凉水和宝天曼地区稳定性碳氮同位素分布格局研究

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目前利用稳定同位素技术在生态学领域运用非常广泛,比如同位素示踪技术在农业生态系统中元素的吸收、利用和转移中的应用。自然丰度下稳定同位素的研究主要倾向于两个方向,一个是全球或者区域尺度范围内稳定同位素分布的格局性研究;另一个是特定生态系统内部能量流动与元素循环过程的机理性研究。但是,在区域尺度内,能够将植物土壤的稳定性同位素分布与植物各器官的功能形态属性之间联系起来的研究非常少,而本研究则打算做一次方法论上的尝试,通过对温带两个森林生态系统中主要乔木树种的叶片、细根和土壤的化学形态属性的测定,将稳定性碳氮同位素分布格局与之相结合,得出其中影响稳定性同位素分布的因素。  本研究通过对凉水和宝天曼两个系统内主要常见乔木树种新鲜叶片、凋落叶、土壤(0-5cm和5-10cm)和细根(1级和4级)稳定同位素δ15N和δ13C以及相应的化学(C、N浓度)和形态属性的测定主要得出了以下四个结论:⑴δ13C与植物的某些功能属性间具有很好的关系,例如比叶面积与新鲜叶δ13C含量成显著负相关(r=-0.537,p<0.05),而新鲜叶δ13C又与植物水分利用效率具有共变性,所以这种共变性体现了植物会因环境的不同而调整自己生理活动的生活策略;而不同器官中的δ15N受土壤的化学特征影响显著,这种格局体现了土壤作为植物养分循环中重要的节点,是营养元素的“源-汇”共有体。⑵两种元素的稳定性同位素δ15N和δ513C因不同程度的同位素分馏效应而导致具有一定的器官特异性和具有明显的区域特征。这说明稳定同位素的分布格局不但受控于外界环境条件的变化,还受植物体自身的生理活动的影响,最终形成的格局是内因和外因共同作用的结果。⑶凉水和宝天曼两个地区叶片在元素再吸收过程中由于N在叶片中的存在形式不同,造成宝天曼地区存在明显的“重素歧视效应”,而凉水则未检测到此现象。这说明在生理生态学研究中,更加微观的分子生态学能够使一些宏观问题得到较为新颖透彻的研究角度。⑷凉水和宝天曼地区阔叶树种的叶片形态并无显著差异;对于同一地点的不同级别细根的直径、比根长和组织密度,凉水和宝天曼都具有相似的变化趋势。说明植物的叶片形态特征随着环境的变化有一定的阈值范围,并且因为不同地域植物的细根一般在生理活动中行使类似的功能,所以细根不同级别之间的变化趋势在区域甚至更大尺度范围内是相似的。
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