干旱区荒漠生态系统不同生境下植物的养分回收

发布时间：2020-07-11 04:10

【摘要】：养分回收是植物养分利用的重要策略,对植物物种存活、种群发展、群落稳定性维持和生态系统养分循环意义重大。目前关于养分回收的研究主要集中在草地、农田和森林生态系统中,而在寡营养的荒漠生态系统中研究较少,对于该生态系统中的养分回收与长期水分利用效率之间的关系更是鲜有报道。探究荒漠生态系统中植物养分回收特征,不仅有助于理解植物适应养分贫瘠生境的策略,而且为该生态系统中植被的保护和恢复提供理论基础。本研究在群落及个体水平上分析了民勤县境内荒漠生态系统盐化草甸、砾质荒漠和沙漠三种生境下植物叶片氮(N)、磷(P)、钾(K)三种植物生长重要营养元素的回收特征、水分利用效率特征以及其他相关因素对C_3植物个体水平养分回收效率的影响,探讨了养分回收与荒漠植物生态适应性之间的关系。主要研究结果如下:(1)研究区域个体水平植物叶片N、P、K平均回收效率分别为57.63%、56.89%和48.73%,均显著低于全球陆生植物的平均水平。C_3植物稳定碳同位素丰度值(δ~(13)C值)为-25.04‰,C_4植物δ~(13)C值为-14.13‰;C_3植物δ~(13)C值显著高于全球C_3植物平均水平。说明荒漠植物不会因贫瘠而回收更多养分,但因干旱而使C_3植物有较高的水分利用效率。(2)不同生境群落水平植物叶片N、P、K回收效率、δ~(13)C值均存在一定差异。N、P回收效率均呈现出盐化草甸砾质荒漠沙漠的规律;而K回收效率表现为盐化草甸沙漠砾质荒漠。δ~(13)C值呈现出砾质荒漠沙漠盐化草甸的特征,并且三种生境之间差异显著。对N、P、K回收效率、δ~(13)C值、土壤理化性质进行的聚类分析结果可以将调查的30个位点明显分为两大类群:分布于盐化草甸的盐渍化生境群落和集中分布于砾质荒漠生境、沙漠生境下的非盐渍化生境群落,这表明环境对植物群落水平养分回收及δ~(13)C都具有“选择过滤作用”。(3)不同群落养分回收效率及δ~(13)C值主要由建群种决定。芦苇群落具有最高的N回收效率(64.57%)及K回收效率(53.49%);而盐爪爪群落具有最高的P回收效率(53.49%),猫头刺群落P、K回收效率均低于其他群落水平。对于δ~(13)C值而言,芦苇群落平均δ~(13)C值最低(-26.49‰),珍珠猪毛菜群落平均δ~(13)C值最高(-20.55‰)。(4)荒漠植物的养分回收效率及δ~(13)C值具有生活型及功能类群的特异性。N回收效率呈现的规律为禾草类灌木乔木,C_4植物C_3植物;而P回收效率表现为灌木禾本类乔木,C_3植物C_4植物;K回收效率:禾本类乔木灌木;C_4植物C_3植物。δ~(13)C值呈现的规律为乔木灌木禾草类,C_3植物C_4植物;非固氮植物N、P、K回收效率和δ~(13)C值均高于固氮植物。不同科的C_3植物δ~(13)C值不同,柽柳科藜科蒺藜科禾本科其他,而C_4植物则表现为蓼科植物高于藜科植物。(5)对于C_3植物而言,不同因子(土壤、δ~(13)C、叶片养分含量、叶片功能性状)与N、P、K回收效率之间的关系不同。N回收效率与成熟叶片N含量、比叶面积(SLA)无显著相关性,与δ~(13)C值、土壤全氮含量、土壤含水量、pH、电导率、土壤速效氮含量正相关,与衰老叶片N含量、叶片干物质含量(LDMC)负相关。P回收效率与成熟叶片P含量,SLA无显著相关性,与δ~(13)C值显著正相关,与LDMC负相关。K回收效率与LDMC无显著相关性,与SLA正相关,与成熟叶片K含量、δ~(13)C值负相关。结构方程模型结果表明植物叶片养分含量是直接影响C_3植物养分回收效率的主要因素。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q948
【图文】：

2.1 研究区概况民勤县（101°59' E～104°12' E，38°08' N～39°26' N）位于河西走廊东端，石羊河流域下游，县域的东、西、北是腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠，县域内主要是沙漠、碎石戈壁、盐碱地等荒漠生态类型，占县域面积的 94.2%。年均气温 7.87℃，年降水量为 116.50 mm，蒸发量则达到 2383.70 mm[101]，具有典型的温带大陆性气候特点。2.2 材料方法2.2.1 样地设置本研究调查了沙漠、砾质荒漠、盐化草甸三种荒漠类型。每种类型中设置调查采样样地 10 个（表 2-1），共 30 个采样样地。沙漠的代表植物为白刺、梭梭，砾质荒漠代表植物为红砂、泡泡刺，盐渍化草甸的代表植物为盐爪爪、黑果枸杞。

图 2-2 采样位点信息分布图Figure 2-2 Distribution of sampling site information及采样17 年 7 月及 10 月。7 月中旬，在选定的采样，样方间距离不小于 20 m，调查样方群落学特密度、冠幅及高度等信息，采集成熟完整叶片上植株采集成熟期完整叶片，将 3 个样方中同植株标记。同年 10 月初采集植物已衰老，但机取 0～20 cm 土样三份并混合。表 2-2 野外调查采样物种信息Table 2-2 Species information in the study area名 科 名 ana brachypoda 豆 科（Leguminosae）

硕士学位论文 干旱区荒漠生态系统不同生境下植物的养分回.2.5 生境类型对 N、P、K 回收效率和 δ13C 值的影响不同生境下植物叶片 N、P、K 回收效率、叶片 δ13C 值、土壤理化性质进析（图 3-5），通过 Ward 法进行层次聚类后发现这 30 个位点可以明显分为集中分布于盐化草甸的群落和集中分布于砾质荒漠生境、沙漠生境下的非落。

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本文编号：2749940