本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：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。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,得到以下結(jié)果和結(jié)論:1)58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‰~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。2)不同樣地植物碳元素含量的大小順序?yàn)槿斯げ莸?45.54±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,但對植物氮含量影響不顯著。3)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。4)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,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。5)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)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(P0.05)。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。7)人工草地土壤(0~30cm)δ13C值要比輕度和重度退化草甸的均低,但δ15N值顯著地高于輕度和重度退化草甸的(P0.05)。未退化、輕度退化和嚴(yán)重退化草甸的δ13C值差異主要發(fā)生在0~10cm土層中,而在10~30cm土層中無顯著差異(P0.05)。退化草地翻耕造成土壤有機(jī)碳的損失,繼而引起穩(wěn)定13C的相對豐富度減少。人工草地植物生長勢強(qiáng),形成的地上生物量多,吸收了較多的土壤氮素14N,導(dǎo)致土壤δ15N升高。
【學(xué)位授予單位】：青海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S812

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