基于稳定同位素示踪技术对不同建植年限人工草地碳固定能力、氮素吸收利用及其耦合机制研究

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三江源地区的高寒草甸有近1.0×107hm2的重度退化草地。目前对于重度退化草地的恢复,通常以采用建植人工或半人工草地的方式进行快速恢复。不同龄期的人工草地具有不同的物种丰富度、群落结构并处于不同的演替阶段。因此,准确评估人工草地生态系统碳氮变化,将有助于理解全球气候变化与草地生态系统之间的反馈关系,进而指导高寒草地资源的可持续利用。基于此,本研究以天然草甸、重度退化草地和由其恢复建植的2龄(2Y)、5龄(5Y)、10龄(10Y)和12龄(12Y)人工草地为研究对象,采用稳定性同位素13C和15N标记的方法研究碳氮循环过程的变化,旨在评估不同龄期人工草地生态系统碳库及其动态变化,植物间对碳固持的差异,揭示优势植物种对不同氮源吸收的偏好性和在器官中分配特点。主要研究结果如下:  1.天然草甸地上生物量最大,重度退化草地地上生物量最小。对于人工草地,12龄人工草地地上生物量显著高于其它龄期人工草地,12龄人工草地物种丰富度最大且显著高于2龄和5龄人工草地。  2.13C同位素标记后,6种类型草地茎叶中13C滞留率在整个标记期间都符合指数递减形式,一致的下降趋势说明固定的碳快速分配到了地下。在标记期间所有的标记时间点不同龄期人工草地根部13C的滞留率差异显著。同位素标记的4个时间点,12龄人工草地土壤滞留的13C均最高且显著高于其它5种草地。12龄人工草地垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb)叶中碳转移和散失速率低于2龄和5龄人工草地。叶中同化碳的损失率较低是12龄人工草地生态系统碳储存较大的原因。  3.重度退化草地上的优势种甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)偏好吸收硝态氮,2龄和12龄人工草地上的优势种垂穗披碱草偏好吸收硝态氮。12龄人工草地对硝态氮、铵态氮和甘氨酸的吸收值及对15NO3--N、15NH4+-N和Glycine-15N的滞留率显著高于其它龄期人工草地。6种草地生物量、R/S、物种丰富度和LRB×SRA对3种氮源的滞留率之间分别有显著线性关系。垂穗披碱草生物量和对3种氮源的吸收值存在显著线性关系。  4.该试验的6种草地全碳含量为1.90%-5.49%,全氮含量为0.27%-0.40%,δ13C为-24.69‰~-23.57‰,δ15N为14.14‰~166.17‰,C/N比为6.44~16.75。土壤0-10cm层δ13C与δ15N呈正相关。地上部δ13C与N%含量呈正相关。土壤δ13C与δ15N之间有显著相关性,地上部碳同位素与氮含量有显著相关性。
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