青藏高原內(nèi)陸不同生態(tài)系統(tǒng)中主要植物δ13C、δN-‰及非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的季節(jié)性變化特征研究.pdf

1、本文以青藏高原腹地北麓河地區(qū)三種不同生態(tài)系統(tǒng)——高寒草甸,沼澤草甸,沙化草原為研究對象,運用穩(wěn)定碳同位素技術(shù),測定了5月到10月三種不同生態(tài)系統(tǒng)中主要植物種穩(wěn)定碳、氮同位素值(δ13C,δN/‰),同時測定了植物單株生物量、葉重、根重、葉片非結(jié)構(gòu)性碳水化合物、根部非結(jié)構(gòu)性碳水化合物等生理指標。分析了不同生態(tài)系統(tǒng)中植物主要植物δ13C,δN/‰和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的組成特點、季節(jié)性變化特征及其與環(huán)境因子之間的關(guān)系,以期闡明影響青藏高原內(nèi)陸

2、主要植物種碳、氮同位素、非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的主要因子,旨在為預(yù)測未來氣候變化條件下高寒草地的響應(yīng)模擬及中國乃至全球碳循環(huán)提供理論支撐,為該地區(qū)畜牧業(yè)管理、可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)與環(huán)境保護等提供一定的科學依據(jù)。研究結(jié)果表明:
　　1.從5月下旬到10月上旬三種生態(tài)系統(tǒng)高寒草甸,沼澤草甸,沙化草原中主要植物種葉重均表現(xiàn)為增重,到10月上旬達到最大;根重則表現(xiàn)為線逐漸上升后又逐步下降;三種不同生態(tài)系統(tǒng)中生物量:沙化草原>高寒草甸>沼澤草甸;葉

3、重:高寒草甸>沙化草原>沼澤草甸;根重:沙化草原>高寒草甸>沼澤草甸;葉/根比:高寒草甸>沼澤草甸>沙化草原,這主要是由于沙化草原土壤水分相對較低,發(fā)達的植物根系有利于吸收深層的水分,也體現(xiàn)出水分因素影響了光合產(chǎn)物在器官間的分配,其中分配在根部的較多,而葉部較少。
　　2.高寒草甸主要植物種葉片δ13C值的變化范圍在-27.99‰~-24.73‰之間;沼澤草甸主要植物種葉片δ13C值的變化范圍在-28.76‰~-24.58‰之間;

4、沙化草原中主要植物種葉片δ13C值的變化范圍在-27.84‰~-23.81‰之間。高寒草甸、沼澤草甸、沙化草原中主要植物種都屬于C3類型的光合代謝途徑,它們都屬于C3植物。
　　3.5-9月,在高寒草甸中δ13C平均值和降水量、2m濕度、20 cm土壤含水量顯著負相關(guān)(p<0.05),和2m溫度負相關(guān)(p>0.05);在沼澤草甸中和降水量相關(guān)性不強(p>0.05),和2m濕度、20 cm土壤含水量顯著負相關(guān)(p<0.05),和2m

5、溫度負相關(guān)(p>0.05);在沙化草原中也表現(xiàn)出和降水量相關(guān)性不強(p>0.05),和2m濕度、20 cm土壤含水量顯著負相關(guān)(p<0.05),和2m溫度負相關(guān)(p>0.05)。對三種生態(tài)系統(tǒng)植物δ13C值進行分析比較,發(fā)現(xiàn)雖然三種生態(tài)系統(tǒng)土壤含水量相差較大,但三種生態(tài)系統(tǒng)δ13C平均值都在-26‰左右,而這三種生態(tài)系統(tǒng)由于距離很近,溫度、降水量相差不大。通過和環(huán)境因子的分析可以看出在三種不同的生態(tài)系統(tǒng)中δ13C值受降水量的影響不大,而

6、主要受溫度的影響,這可能是由于研究區(qū)季節(jié)性凍土溫度升高,凍土融化層擴大,從而土壤含水量增加,為該地區(qū)植物的生長提供了足夠的水分。
　　4.高寒草甸中所測試植物δN/‰的分布區(qū)間在-1.418‰~11.158‰之間,沼澤草甸在-1.713‰~8.666‰之間,沙化草原在-3.458‰~3.203‰之間,平均值分別為2.7443‰,3.3233‰,-0.0764‰,說明δN/‰是自身遺傳性狀和環(huán)境因素共同綜合作用的結(jié)果
　　5.

7、從5-9月高寒草甸中δN/‰值和2m濕度、2m溫度顯著正相關(guān)(p<0.05),和20 cm土壤含水量正相關(guān)(p>0.05),沼澤草甸中δN/‰值和20 cm土壤含水量正相關(guān),但未達到顯著性水平(p>0.05),和2m溫度及其它環(huán)境因子相關(guān)性不強(p>0.05)。在沙化草原中δN/‰值和10cm土壤含水量顯著負相關(guān)(p<0.05),和降水量負相關(guān),但未達到顯著水平(p>0.05)。和溫度及其它環(huán)境因子相關(guān)性不強(p>0.05)。說明在高寒

8、草甸和沼澤草甸中δN/‰值受降水量的影響不大,而沙化草原則受到降水量的影響。對三種生態(tài)系統(tǒng)δN/‰值進行綜合比較,發(fā)現(xiàn)三種不同生態(tài)系統(tǒng)δN/‰值主要受水分的影響,尤其是土壤含水量的影響。
　　6.淀粉、可溶性總糖、果糖和蔗糖均表現(xiàn)為根部的含量高于葉的含量,說明寒區(qū)植物根系是非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的貯備庫。可溶性總糖、蔗糖和果糖在不同生態(tài)型中根、葉的變化均一致,即沙化草原>沼澤草甸>高寒草甸。葉片的淀粉含量:沙化草原>沼澤草甸>高寒草甸

9、,而根部淀粉含量:高寒草甸>沼澤草甸>沙化草原。表明,適度水分脅迫處理使植物葉片和根系中可溶性蔗糖含量升高、淀粉含量顯著降低。沙化草原根系淀粉含量相對較低,可溶性糖較高,說明寒區(qū)條件下,一定的水分限制,加速了根部糖分的轉(zhuǎn)化,改變了糖分的貯藏形式,以維持細胞滲透調(diào)節(jié)能力。
　　7.從5-9月在三種不同的生態(tài)系統(tǒng)中,對于植物根部NSC含量,高寒草甸中植物根部NSC含量和10cm土壤含水量顯著正相關(guān)(p<0.05),和降水量正相關(guān),但未

10、達到顯著性水平(p>0.05);和2m濕度、20 cm土壤含水量、2m溫度相關(guān)性不強(p>0.05)。植物葉片NSC含量和2m濕度、10cm土壤含水量、20cm土壤含水量、2m溫度顯著正相關(guān)(p<0.05);和降水量相關(guān)性不強(p>0.05)。
　　沼澤草甸中植物根部NSC含量和降水量顯著正相關(guān)(p<0.05);和2m濕度、10cm土壤含水量、20 cm土壤含水量、2m溫度相關(guān)性不強(p>0.05),植物葉片NSC含量和降水量、2

11、m濕度顯著負相關(guān)(p<0.05);和2m溫度顯著負相關(guān)(p<0.05),和10cm土壤含水量、20 cm土壤含水量相關(guān)性不強(p>0.05)。
　　沙化草原中植物根部 NSC含量和降水量、20 cm土壤含水量、2m濕度、2m溫度顯著正相關(guān)(p<0.05);和10cm土壤含水量相關(guān)性不強(p>0.05),植物葉片 NSC含量,和降水量顯著負相關(guān)(p<0.05),和20cm土壤含水量顯著正相關(guān)(p<0.05),和2m濕度、2m溫度正相