新疆18种典型灌木及立地土壤有机稳定碳同位素组成特征

发布时间：2017-10-28 09:12

  本文关键词：新疆18种典型灌木及立地土壤有机稳定碳同位素组成特征

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【摘要】：灌木是新疆荒漠植被的主要组成部分,分布面积广且种类众多,对维护干旱、半干旱地区生态系统的稳定性起着重要作用。灌木及其立地土壤中有机稳定碳同位素组成特征,既可以评价各灌木的抗旱性,也可以探究环境因子对灌木δ13C值的作用机理,还可以确定灌木-土壤系统δ13C的分馏幅度,因而对荒漠区生态保育、受损生态系统的恢复重建以及灌木-土壤系统碳循环过程具有重要意义。基于此,本研究以新疆境内18种常见的灌木为研究对象,按其分布面积和生境特征(共34个样地),在测定其叶片(C3)/同化枝(C4)δ13C值、C含量、N含量,以及其立地土壤δ13C值、SOC含量的基础上,分析了灌木叶片/同化枝碳同位素组成、变化特征以及与环境因子之间的关系。主要的研究结果如下:(1)梭梭同化枝δ13C值的分布区间为-13.14‰~-15.38‰,平均值为-14.15‰。其同化枝δ13C值不同于C3植物δ13C值的分布范围(-23.00‰~-38.00‰),表明梭梭是C4植物。环境梯度上,梭梭同化枝δ13C值与年平均降水量和年平均温度呈显著负相关关系,而与日照时数、潜在蒸散量和海拔呈显著正相关关系。在不同生境中,梭梭同化枝的碳同位素组成也存在显著差异,当其主要伴生种为白刺和红砂时,同化枝δ13C值最高;当主要伴生种为沙拐枣和假木贼时,δ13C值最低。除此之外,灰漠土与灰棕漠土中梭梭同化枝δ13C值显著高于其在棕钙土、风沙土、石质土中δ13C值;盆地中梭梭同化枝δ13C显著值低于其在平原、山地、丘陵中δ13C值。这些结果表明:梭梭水分利用效率在不同环境梯度和生境中,存在着显著不同,表现出显著的适应策略差异。(2)新疆荒漠区内18种灌木叶片的δ13C值的变化范围为-12.95‰~-29.40‰。其中,C3灌木叶片δ13C值的变化范围为-22.89‰~-29.40‰,平均值为-26.63‰,与全球范围内C3植物δ13C的平均值比较明显偏正;C4植物δ13C值的变化范围为-12.95‰~-15.00‰,平均值为-13.96‰。不同灌木植物种间其长期水分利用效率存在差异,研究区内的15种C3灌木中,盐穗木、镰叶碱蓬、红砂、柽柳、麻黄属和盐爪爪属这6种灌木具有相对较高的长期水分利用效率,而骆驼刺、木蓼、白刺的长期水分利用效率相对较低。研究区内C3植物与C4植物的叶片δ13C值均随着碳含量、碳氮比的增加而降低,二者呈显著的负相关关系。C3灌木植物种的δ13C值、C含量、N含量以及C:N在各器官之间的分配均存在显著差异。其叶、枝、茎的δ13C值是逐渐偏正的。C4灌木植物种同化枝δ13C值的变化范围为-12.95‰~-15.00‰,平均值为-13.96‰;茎的变化范围为-12.51‰~-14.87‰,平均值为-13.64‰,茎较同化枝的δ13C值略微偏正。(3)研究区内33个样地中,表层土壤(0~5 cm)SOC的分布范围为0.14~102.91g·kg-1,其中有24个样地(均为温性荒漠类样地)的表层土壤SOC含量小于10g·kg-1,占样地总数的70%以上,这表明新疆荒漠地区表土有机质比较贫乏。垂直方向上,SOC含量随着土层深度总体呈以下变化特征:从表层土壤的最大值开始呈现急剧降低的趋势,其后缓慢降低并在深部土层保持稳定,但不同样地中SOC在垂直方向的降低速度又各有不同。与SOC相反,灌木立地土壤有机质δ13C值大多呈现出先随着土层深度的增加而升高,随后表现为逐渐降低并趋于稳定的趋势。但是,由于地表植被发育状况和发育历史的不同,个别样地土壤有机质δ13C值则随着土层深度的增加而略有降低。总体而言,灌木植物叶片/同化枝与表层土壤有机质δ13C值之间存在极显著的正相关关系。
【关键词】：灌木 稳定碳同位素 环境因子 水分利用效率 梭梭 土壤有机碳
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 立题背景与研究意义9-10
• 1.2 国内外研究进展10-18
• 1.2.1 植物中稳定碳同位素的分馏机理10-12
• 1.2.2 植物的光合作用类型和碳同位素分馏模式12-14
• 1.2.3 植物稳定碳同位素研究进展14
• 1.2.4 环境因子对植物δ~(13)C的影响14-17
• 1.2.5 土壤有机质稳定碳同位素组成的研究意义17-18
• 第二章 材料与方法18-24
• 2.1 研究区概况18-19
• 2.1.1 地理位置和地形地貌18-19
• 2.1.2 气候特点19
• 2.2 研究内容19-20
• 2.3 技术路线20-21
• 2.4 样品采集与分析21-23
• 2.4.1 样品采集21-23
• 2.4.2 样品分析23
• 2.5 气候数据获取23-24
• 第三章 荒漠植物梭梭稳定碳同位素组成与环境因子的关系24-32
• 3.1 梭梭同化枝δ~(13)C值组成特征24-26
• 3.2 环境因子对梭梭同化枝δ~(13)C值的影响26-27
• 3.3 不同生境下梭梭同化枝δ~(13)C值的变化特征27
• 3.4 讨论27-32
• 3.4.1 梭梭δ~(13)C值组成特征27-28
• 3.4.2 环境因子对梭梭同化枝δ~(13)C值的影响28-30
• 3.4.3 不同生境下梭梭同化枝δ~(13)C值的变化特征30-32
• 第四章 新疆典型灌木稳定碳同位素组成研究32-45
• 4.1 灌木叶片稳定碳同位素组成33-34
• 4.2 灌木叶片δ~(13)C值与C%、N%、C:N之间的关系34-35
• 4.3 环境因子对灌木叶片C%、N%、C:N及δ~(13)C值的影响35-38
• 4.4 δ~(13)C、C%、N%在灌木各器官的分配差异38-40
• 4.5 讨论40-45
• 4.5.1 灌木叶片稳定碳同位素组成特征40-41
• 4.5.2 叶片元素含量对δ~(13)C值的影响41-42
• 4.5.3 环境因子对灌木叶片δ~(13)C值的影响42-45
• 第五章 土壤SOC含量与有机质δ~(13)C值垂直分布特征45-55
• 5.1 土壤SOC含量垂直分布特征45-52
• 5.2 土壤有机质δ~(13)C值垂直分布特征52-53
• 5.3 灌木-表土系统δ~(13)C的分馏幅度53-55
• 第六章 结论与展望55-58
• 6.1 结论55-57
• 6.1.1 荒漠植物梭梭稳定碳同位素组成与环境因子的关系55
• 6.1.2 新疆典型灌木稳定碳同位素组成研究55-56
• 6.1.3 土壤SOC含量与有机质δ~(13)C值垂直分布特征56-57
• 6.2 存在的问题与展望57-58
• 参考文献58-70
• 谢辞70-71
• 作者简介71

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