基于土壤和植物穩(wěn)定碳氮同位素對高寒草地退化演替的判別分析研究.pdf

1、穩(wěn)定同位素技術(shù)、遙感技術(shù)和數(shù)學(xué)模型被認(rèn)為是對全球變化的研究中三大現(xiàn)代技術(shù)，其中，穩(wěn)定同位素技術(shù)在生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用在近幾十年經(jīng)歷了快速的發(fā)展。但將該技術(shù)應(yīng)用于高寒草甸退化方面研究還鮮有報(bào)道。研究針對國際上關(guān)于高寒草甸退化與否的爭議，通過穩(wěn)定同位素技術(shù)分析植物和土壤中碳氮含量及其穩(wěn)定同位素特征，分析比較植物與土壤碳穩(wěn)定性同位素組成的差異揭示土壤碳循環(huán)的干擾，研究高寒草甸長時(shí)間和大空間尺度生態(tài)過程與機(jī)制，揭示高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)功能的變化規(guī)律

2、。樣品采自黃河源區(qū)瑪沁縣和達(dá)日縣的高寒草甸，共采集植物種樣品58個(gè)，樣方植物樣32個(gè)，土壤樣品180個(gè)。分析了區(qū)內(nèi)主要植物、退化草甸（未退化、輕度退化和嚴(yán)重退化）以及人工改良高寒草地土壤與地上植被碳、氮組成及其穩(wěn)定同位素特征。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴58種主要植物碳元素含量在28.64％~51.55％之間變化；氮元素含量介于0.89％~4.04％；δ13C值變化范圍介于-29.50‰~-24.69‰；δ15N值介于-4.57‰

3、~8.32‰之間。58種主要植物均屬C3植物，沒有發(fā)現(xiàn)C4和景天酸代謝（CAM）植物，低的年均溫可能是制約該區(qū)C4植物分布的主要因素。⑵不同樣地植物碳元素含量的大小順序?yàn)槿斯げ莸兀?5.54±1.49％）>未退化草甸（43.18±0.89％）>輕度退化草甸（42.18±1.25％）>嚴(yán)重退化草甸（39.68±2.63％），氮元素平均含量依次為2.28％、2.30％、2.13％和2.10％，草甸退化能引起植物碳含量的降低，但對植物氮含量影

4、響不顯著。⑶不同覆被高寒草甸植物δ13C值主要集中在-27.00‰至-26.00‰間，δ15N值主要集中在-1.00‰~1.00‰。植物δ13C值隨草地退化程度加劇而逐漸降低，但δ15N值不存在該趨勢，群落植物組成變化是導(dǎo)致δ13C值降低的主要因素。⑷不同覆被高寒草甸土壤有機(jī)碳濃度介于1.28~4.08％之間，全氮濃度介于0.16~0.44％之間，土壤碳氮比在最小值為7.89，最大值為9.97，平均碳氮比為8.71。隨著土層深度的增加，

5、土壤有機(jī)碳（SOC）濃度和土壤總氮（TN）濃度呈逐漸降低的趨勢，與植物根系以及進(jìn)入土壤的凋落物分布于上層土壤密切相關(guān)。土壤碳氮比變化反映了有機(jī)物質(zhì)的礦化差異。⑸未退化草甸、輕度退化草甸、嚴(yán)重退化草甸和人工草地0~30cm土壤碳密度依次為8.17、7.14、6.67和6.46kg?m-2，全氮密度依次為0.94、0.83、0.77、0.75kg?m-2。植被退化和建立人工草地引起土壤碳氮密度的顯著降低，這種變化主要發(fā)生在0~20cm土層。

6、⑹高寒草甸土壤δ13C值介于-25.42‰~-24.20‰之間，高出植物δ13C值近2個(gè)千分點(diǎn)；δ15N值介于3.37‰~4.69‰之間，顯著高于大氣δ15N值。不同覆被高寒草甸土壤碳氮穩(wěn)定同位素δ13C和δ15N豐度有顯著差異（P<0.05）。無論δ13C值，還是δ15N值均存在隨土壤深度加深而增大的趨勢。植物吸收、生長有利于12C和14N的輸出，而將較重的15C和15N留在了土壤中。⑺人工草地土壤（0~30cm）δ13C值要比輕度和