应用13C同位素标记法区分羊草草原生态系统呼吸

草原生态系统呼吸在碳循环和气候变化过程中发挥重要作用,它包括土壤呼吸和地上部植物体呼吸,且不同的生态系统呼吸组分对于环境变化有不同的响应机制。为区分生态系统呼吸,探讨草原呼吸对温室气体排放的贡献,研究利用稳定同位素¹³C自然标记法和¹³C脉冲标记法,并结合静态箱-Keeling plot方法对内蒙古锡林河流域羊草草原生态系统呼吸进行了区分, 并分析比较 2 种方法的区分结果。结果表明:1)实验中¹³C自然标记样方和¹³C脉冲标记样方生境一致,两者土壤温度和土壤含水量无显著差异,¹³C自然标记法和¹³C脉冲标记法的区分结果具有可比性。2)对比自然标记法,脉冲标记法显著提高了生态系统呼吸、土壤呼吸和地上部植物呼吸的δ¹³C值(P<0.05)。3)¹³C自然标记法和¹³C脉冲标记法区分结果F_s/F_eco(土壤呼吸通量/生态系统呼吸通量)在2011年分别是(75.2±4.3)%和(73.8±2.9)%,在2012年分别是(89.2±2.0)%和(89.1±1.4%)。统计分析结果表明,2种方法获得的区分结果无显著差异(2011: P=0.567; 2012: P=0.674),表明自然状态下,羊草草原生态系统呼吸、地上部植物体呼吸和土壤呼吸之间的δ¹³C值差异足够用来区分生态系统呼吸,这一发现能够提高同位素标记法区分生态系统呼吸的效率,进而为生态系统碳循环过程的精细研究提供参考。     

中苜一号紫花苜蓿碳同化分配与转移速率的研究

对紫花苜蓿(Medicago sativa L.)(中苜一号)的生长条件进行控制,并在分枝期对其进行¹³C脉冲标记,收集标记后第6,12,18,24,30 d的叶、茎、根以及土壤样品,测定各样品中¹³C含量,以此来探讨苜蓿光合碳的吸收与转移。结果表明:苜蓿各组分光合产物的分配顺序为茎>叶>根;¹³C转移速率为叶>茎>根,随着时间的延长,苜蓿各组分¹³C含量逐渐减少,最终达到稳定状态;渗漏到土壤中的¹³C含量在0~10 cm土壤层显著高于10~20 cm,但10~20 cm的¹³C含量比较稳定。     

宁夏针茅属植物叶片碳稳定同位素特征及其影响因素

植物叶片δ¹³C自然丰度能够揭示植物对环境的适应策略。本研究分析了宁夏6种针茅属植物叶片δ¹³C与环境因子的关系,并量化了气候与土壤因子对δ¹³C的影响程度,结果表明：宁夏针茅属植物叶片δ¹³C范围为-28.07‰～-24.56‰,均值为-26.31‰,其中,戈壁针茅δ¹³值最大(-25.91‰),沙生针茅最小(-27.96‰);δ¹³C与经度呈显著负相关,随纬度和海拔增加呈先上升后下降趋势;土壤因子单独解释量为32.87%,气候因子单独解释了7.54%,二者共同解释量为34.17%。通过蒙特卡洛检验,土壤全磷(TP)是影响针茅叶片δ¹³C的最主要因素,土壤全磷与δ¹³C呈显著正相关,年均温(MAT)、太阳辐射量(SRAD)、土壤容重(BD)与δ¹³C显著负相关。本研究结果可为揭示温性草原针茅属植物响应气候变化的适应策略及大尺度研究提供基础数据支持。     

日粮与牛组织中稳定性碳同位素的相关性研究

研究了日粮中C₃和C₄饲料组成不同时,牛不同组织中δ¹³C值的变化规律。18头12~14月龄的青年牛随机分为6组,分别饲喂C₄植物含量为52.0%,61.6%,71.2%,80.8%,90.4%,100.0%的饲料,其他日粮成分为C₃植物,132 d后屠宰。利用同位素比值质谱仪测定了牛尾毛、脱脂牛肉、粗脂肪、各种饲料的δ¹³C值。结果表明,牛组织中碳同位素组成主要受饲料的影响,随着时间的延长,饲喂同一种饲料的牛个体间碳同位素组成差异减小;牛尾毛、脱脂肌肉、粗脂肪中的δ¹³C值随着C₄植物含量在牛饲料中的比例增大而升高,并且均与C₄植物含量呈极显著的相关性(P＜0.01);牛尾毛、脱脂肌肉、粗脂肪中的δ¹³C值依次递减,三者之间相关性达到极显著水平(P＜0.01)。用牛组织中的δ¹³C值可以预测日粮中C₄植物所占的比例,牛尾毛、脱脂肌肉、粗脂肪均可作为牛肉溯源的材料。     

荒漠植物白刺新固定碳在植物-土壤系统中的分配

定量生长季内荒漠植物新固定碳在植物-土壤的分配规律,对理解全球碳循环有着重要意义。采用野外原位¹³C-CO₂脉冲标记法,测定植物各器官及土壤¹³C丰度值,比较不同标记时间段白刺新固定碳分配在不同器官、土壤和呼吸损失中的分配规律,并量化了白刺光合碳向地上、地下碳库的转移。结果表明:不同标记时间段内¹³C-新固定碳在白刺叶、茎、根、土壤中的分配差异明显。在标记后1 h内,叶片和茎中¹³C丰度值迅速上升到最高值,¹³C丰度值分别达到520.1‰和592.5‰,比对照分别增加14和20倍,此后¹³C丰度值随时间推移逐渐下降,直至趋于稳定;而标记后18 h在根系和土壤中发现被标记的¹³C,¹³C丰度值分别达到9.5‰和-23.8‰,白刺新固定碳经地上部呼吸和土壤呼吸损失量分别在标记1和18 h后达到最大。标记32 d后,白刺新固定碳在地上部和地下部¹³C分配比例分别占35.59%和32.49%,呼吸损失(地上呼吸+土壤呼吸)占31.92%。荒漠植物白刺生长季年固碳量为2895.6 kg C·hm^-2·yr^-1,表明白刺在荒漠生态系统碳循环中起着重要的碳汇作用。     

10年禁牧未改变藏西北高寒荒漠植物水氮利用效率

在气候变化和过度放牧影响下,高寒草地退化日趋严重。当前,围栏封育作为退化草地生态恢复的主要措施之一,其对植物功能性状和生理过程影响的研究相对较少。以藏西北荒漠草原植物为对象,选取植物叶片碳(LCC)和氮含量(LNC)及稳定同位素组成(δ¹³C和δ¹⁵N)来表征植物水分利用效率(WUE)和氮素利用效率(NUE),以期探明围栏封育对高寒荒漠草原植物WUE和NUE的相对影响。结果表明:1)高寒荒漠草原不同功能群植物间LCC、LNC、δ¹³C和δ¹⁵N存在差异;2)在植物群落和功能群水平上,围栏封育对LCC、LNC、δ¹³C和δ¹⁵N均无显著影响;3)土壤含水量和pH值是影响荒漠植物叶片δ¹³C的主要因子,表明植物内在WUE主要受土壤因素的调控。生长季气温是影响叶片δ¹⁵N的主导因子,表明气候条件是影响藏西北荒漠草原生态系统氮循环的主导因素;4)荒漠草原植物WUE和NUE之间无明显权衡关系。综上所述,短期围栏封育并不会显...     

应用~(13)C同位素标记法区分羊草草原生态系统呼吸

草原生态系统呼吸在碳循环和气候变化过程中发挥重要作用,它包括土壤呼吸和地上部植物体呼吸,且不同的生态系统呼吸组分对于环境变化有不同的响应机制。为区分生态系统呼吸,探讨草原呼吸对温室气体排放的贡献,研究利用稳定同位素~(13)C自然标记法和~(13)C脉冲标记法,并结合静态箱-Keeling plot方法对内蒙古锡林河流域羊草草原生态系统呼吸进行了区分,并分析比较2种方法的区分结果。结果表明:1)实验中~(13)C自然标记样方和~(13)C脉冲标记样方生境一致,两者土壤温度和土壤含水量无显著差异,~(13)C自然标记法和~(13)C脉冲标记法的区分结果具有可比性。2)对比自然标记法,脉冲标记法显著提高了生态系统呼吸、土壤呼吸和地上部植物呼吸的δ~(13)C值(P0.05)。3)~(13)C自然标记法和~(13)C脉冲标记法区分结果F_s/F_(eco)(土壤呼吸通量/生态系统呼吸通量)在2011年分别是(75.2±4.3)%和(73.8±2.9)%,在2012年分别是(89.2±2.0)%和(89.1±1.4%)。统计分析结果表明,2种方法获得的区分结果无显著差异(2011:P=0.567; 2012:P=0.674),表明自然状态下,羊草草原生态系统呼吸、地上部植物体呼吸和土壤呼吸之间的δ~(13)C值差异足够用来区分生态系统呼吸,这一发现能够提高同位素标记法区分生态系统呼吸的效率,进而为生态系统碳循环过程的精细研究提供参考。     

地下水埋深对塔里木河下游建群种植物叶片δ13C值的影响

通过对塔里木河下游不同地下水埋深梯度下胡杨和柽柳叶片δ¹³C值的测定,分析了地下水埋深变化对胡杨和柽柳的长期水分利用效率的影响,为塔里木河下游退化生态系统植被保育和恢复提供科学依据。研究结果表明,随着地下水埋深从2.4 m增加到9.1 m,胡杨叶片δ¹³C值呈现出先升后降的趋势,且在9.1 m处胡杨很可能是通过减少地上生物量的方式来适应加剧的干旱;而柽柳叶片δ¹³C值则随着地下水埋深的增加而逐渐增加,其水分利用效率不断增加,且对地下水埋深变化的适应宽度也较大。对比同一地下水埋深下胡杨和柽柳叶片的δ¹³C值发现,随着地下水埋深不断增加,胡杨的抗旱性比柽柳的弱;对比不同地下水埋深的植物叶片的δ¹³C值发现,胡杨在不同的地下水埋深采取不同的策略适应干旱环境,而柽柳在不同的地下水埋深则通过增加水分利用效率来抵御加剧的干旱。     

荒漠草原猪毛蒿的生长特征与稳定碳同位素间的关系

植物的稳定碳同位素组成（δ¹³C）能反映植物对干旱环境的适应能力。为研究荒漠草原区猪毛蒿（Artemisia scoparia）的生存策略,本研究以猪毛蒿为试验对象,分析了猪毛蒿同化枝δ¹³C值与土壤因子,种群数量特征,以及猪毛蒿个体生物量分配间的关系。结果表明：猪毛蒿同化枝δ¹³C值分布为-29.76‰~-25.10‰。试验区内土壤体积含水率、土壤硬度对猪毛蒿同化枝δ¹³C的影响不显著。δ¹³C值与密度呈显著负相关关系（P<0.05）,与盖度、株高和冠幅呈极显著正相关关系（P<0.01）。δ¹³C值与营养器官生物量、繁殖器官生物量、地上生物量、地下生物量和总生物量均呈极显著正相关关系（P<0.01）;猪毛蒿营养器官生物量与繁殖器官生物量呈极显著正相关（P<0.01）。综上可得,猪毛蒿同化枝δ¹³C值与植株种群数量特征、个体生物量分配存在明显的相关性,表明猪毛蒿为适应荒漠草原环境,能够采取独特的生存适应策略。     

水分胁迫对两种荒漠灌木幼苗生长与水分利用效率的影响

通过盆栽试验测定了不同水分胁迫下霸王和柠条幼苗的生长生理特性,长期水分利用效率(WUE_L)和叶片碳同位素组成(δ¹³C 值),并对各生长指标、δ¹³C 值与WUE_L进行了相关性分析。结果表明,1)重度水分胁迫显著降低霸王和柠条的总生物量、地上生物量、总叶面积、叶数;2)随水分胁迫程度增加,霸王和柠条的WUE_L与叶片δ¹³C值逐渐提高,且WUE_L与δ¹³C 值呈显著正相关(P<0.05);3)霸王和柠条的WUE_L与总叶面积、总叶数呈极显著负相关(P<0.01),与总生物量呈显著负相关(P<0.05);4)柠条的生物量和总叶面积显著小于霸王,但其根冠比较高,且在水分胁迫时,生物量、叶面积、叶数大幅度降低,对水分胁迫反应更敏感;5)同一水分梯度,柠条的WUE_L较低,但δ¹³C值相对较高。     

不同高寒草甸土壤碳氮稳定同位素和密度的差异

为了解不同类型高寒草甸土壤碳氮稳定同位素和密度的差异,采用稳定同位素质谱仪Isoprime100对采自黄河源区不同高寒草甸覆被条件下0~30 cm土壤进行了碳氮稳定同位素组成特征和密度分析。结果表明,高寒草甸土壤δ¹³C值介于-25.42‰~-24.20‰之间,δ¹⁵N值介于3.37‰~4.69‰之间,显著高于大气δ¹⁵N值。δ¹³C值和δ¹⁵N值均随土壤深度加深而增大。人工草地土壤δ¹³C值显著低于轻度和重度退化草甸(P<0.05),而δ¹⁵N值显著高于轻度和重度退化草甸(P<0.05)。土壤碳氮比最小值为7.89,最大值为9.97,平均碳氮比为8.71。土壤有机碳含量和全氮含量呈正相关(P<0.01),二者的回归方程为y=0.0963x+0.0336(R²=0.9619)。轻度退化草甸、严重退化草甸和人工草地0~30 cm土壤碳密度依次为7.14、6.67和6.46 kg/m²;全氮密度依次为0.83、0.77和0.75 kg/m²。植物吸收、生长有利于¹²C和¹⁴N的输出,而将较重的¹³C和¹⁵N留在了土壤中。人工草地植物生长势强,形成的地上生物量多,吸收了较多的土壤氮素¹⁴N,导致土壤¹⁵N升高。植被退化或种植人工草地均可导致土壤碳氮密度的显著降低,这种变化主要发生在0~20 cm土层。     

草地早熟禾对干旱及旱后复水的生理响应研究

为了进一步明确冷季型草坪草形态、水分生理和碳分配模式对干旱及复水处理的反应,本试验以草地早熟禾草的3个栽培种:新歌来德、午夜和奖金为材料,进行人工模拟干旱处理21d,然后再恢复浇水21d。期间测定了草坪质量、叶片相对含水量(RWC)、总的非结构性碳水化合物(TNC)含量及¹⁴C同化物在根、茎、叶的分配率。试验结果表明,干旱胁迫造成3个品种的草坪质量和RWC明显下降,变化幅度因品种和处理时间不同而存在差异;复水后,草坪质量和RWC不同程度地得到恢复,其中奖金表现出较强的恢复能力。干旱胁迫初期,3个品种根部¹⁴C分配率明显增加,干旱14d时,3个品种¹⁴C分配模式为:根＞茎＞叶。随着干旱胁迫的进行,¹⁴C由根部向茎和叶片转移,其茎和叶片中¹⁴C分配率明显升高。复水21d后,3个品种中¹⁴C分配率模式为:茎＞叶＞根;干旱胁迫期间,3个品种的叶片、茎和根之间TNC积累量一直发生变化,干旱胁迫21d时,3个品种TNC含量在根、茎、叶中的积累模式为:叶＞茎＞根。复水后,3个品种根、茎、叶中TNC积累量较干旱胁迫21d时各自对应器官中TNC积累量有不同程度下降,但TNC在根、茎、叶中的积累模式与干旱胁迫期间保持一样。试验结果表明,在干旱和复水处理中碳同化物在植物体内不同器官不同分配率及碳水化合物在植物体内不同器官中积累是草坪草对干旱胁迫及复水处理的一种生理调节反应,将为今后研究草坪草在其他逆境胁迫下的抗性提供了一定的科学参考。     

祁连山东段高寒草甸高原鼢鼠和白牦牛营养生态位及其种间关系

了解同域分布的高原鼢鼠和家畜的营养生态位关系,对于正确认识高原鼢鼠在草地生态系统中的功能和位置,以及科学界定其危害具有重要意义。本研究选择祁连山东段高寒草甸同域分布的高原鼢鼠与白牦牛作为研究对象,通过稳定性同位素(¹³C和¹⁵N)技术研究二者的营养生态位及其种间关系。结果表明,高原鼢鼠食物源中的¹⁵N和¹³C稳定同位素在其肌肉中富集的时间最短,在毛发和骨骼中富集的时间最长,而白牦牛食物源中的¹⁵N和¹³C稳定同位素在其毛发中富集的时间最短,在肌肉和骨骼中富集的时间最长;白牦牛各组织中,肌肉组织的营养层次(NR)、摄食来源的多样性水平(CR)、δ¹³C/δ¹⁵N围成的总面积(TA)和校正后的总面积(SEA_C)最高,其次是骨骼组织,在毛发中最低,而在高原鼢鼠各组织中,骨骼组织的上述4种生态位指标最高,其次是肌肉组织,在毛发中最低;2种食草动物只有在肌肉组织中有生态位重叠,重叠面积为0.192‰<...     

盐胁迫对不同种质小黑麦幼苗水分利用效率和渗透调节的影响

为探讨小黑麦幼苗经过盐胁迫后水分利用效率和渗透调节系统的响应机制,选用10份不同种质小黑麦为对象,以土壤含盐量0.6%NaCl为胁迫组,正常浇水为对照组(CK),研究盐胁迫对小黑麦生长、水分利用特征、渗透调节物质含量的影响,以明确不同种质小黑麦苗期耐盐能力的强弱,为宁夏地区耐盐小黑麦品种评价提供理论依据。结果表明：盐胁迫抑制小黑麦的正常生长,促进其水分利用效率和渗透调节物质的积累与转移。在盐胁迫下,X-520的株高最高,X-516次之,SD的分蘖数和地上生物量最多;此外,SD、X-520和X-516的稳定碳同位素(δ¹³C)含量较高,分别为-27.33‰、-27.40‰和-27.39‰;SD的脯氨酸、可溶性蛋白和淀粉含量均为最高。相关分析表明,δ¹³C与相对含水量、有机渗透调节物质、根系钠离子、叶片钾离子间均显著正相关(P<0.05)。通过聚类分析得出,不同种质小黑麦耐盐能力强弱可分为3类,耐盐性较好(SD、X-520、X-516),耐盐性一般(JIN、J-46),耐盐性较差(T-5、HN、T-9、XJ、T-11);同时,经主成分综合评...     

放牧、氮添加对荒漠草原植物和土壤碳氮的影响

为了探究放牧和氮添加对内蒙古荒漠草原植物—土壤碳、氮循环的影响,在禁牧(UG,0只羊单位·hm^-2)和重度放牧(HG,1.74只羊单位·hm^-2)样地进行氮添加处理,各处理水平为：对照(CK,0 g·m^-2·a^-1)、低氮(LN,5 g·m^-2·a^-1)、中氮(MN,10 g·m^-2·a^-1)和高氮(HN,20 g·m^-2·a^-1)。通过对短花针茅(Stipa breviflora)叶片和土壤全碳(Total carbon, TC)、全氮(Total nitrogen, TN)、稳定碳同位素(Stable carbon isotopes, δ¹³C)、稳定氮同位素(Stable nitrogen isotopes, δ¹⁵N)及土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)、速效氮(Available nitr...     

转色期叶果比对果桑13C同化物分配及果实品质的影响

以果叶兼用桑树品种中桑5801号为试材，在田间调查叶果比的基础上，采用¹³C同位素标记技术，研究桑果转色期不同叶果比对桑叶光合作用、糖代谢、¹³C同化物分配和果实品质的影响。结果表明：疏叶后10 d桑果处于盛熟期，适度疏叶提高了叶片叶绿素含量、中部叶位叶片的净光合速率(P_n)和蔗糖含量；疏叶后20 d挂果量骤减，叶片叶绿素含量、P_n和蔗糖含量均大幅度下降。¹³C同化物输出量比率和果实¹³C含量随叶果比下降先增加后降低，均以T2处理组(叶果比0.6)最大。除了T1组(叶果比0.4),其余处理组的果实综合品质均较好。研究表明，在桑果转色期适度疏叶使得树冠微环境良好，透光透风，能够有效提高光合同化物向果实的转运效率和转运量，保证良好的果实品质。     

植物氮同位素组成与其影响因子的关系研究进展

植物氮同位素组成(δ¹⁵N)能够综合反映氮循环特征,研究植物δ¹⁵N与其影响因子的关系,有助于理解气候变化对生态系统氮循环的影响。通过概述菌根类型、叶片N含量、氮源、温度、降水、大气CO₂浓度、土壤N有效性等生物和非生物因素对植物氮同位素组成(δ¹⁵N)的影响以及植物δ¹⁵N随海拔的变化趋势,指出目前研究中存在的不足,提出在群落水平上,采用野外调查和控制试验相结合的方法,研究环境因素(尤其是大气CO₂浓度)对植物δ¹⁵N的影响规律及机理将是今后该领域的研究重点。     

紫花苜蓿水分利用效率对水分胁迫的响应及其机理

采用盆栽试验,测定了3种紫花苜蓿品种的光合(Pn)、蒸腾(Tr)、胞间CO₂浓度(Ci)、气孔密度和叶片碳同位素组成(δ¹³C)等,探讨不同紫花苜蓿品种在水分胁迫下的水分利用效率(WUE)的变化。结果显示,陇东苜蓿和新疆大叶苜蓿叶片WUE在50%田间持水量(FWC)水分胁迫下最高,在75%FWC下最低,而阿尔冈金苜蓿则相反;以日为尺度,各品种在25%FWC下WUE最高,在75%和50%FWC下WUE大小则因品种不同而表现不同;Pn/Ci随水分胁迫增加而下降,而气孔密度上升;δ¹³C值也随水分胁迫的增加而增加。上述结果表明,水分胁迫可提高紫花苜蓿水分利用效率,但品种间有差异;气孔因素和叶片羧化效率共同影响紫花苜蓿的水分利用。     

基于构件特征的内蒙古典型草原植物羊草个体地上生物量估算

生物量是评价草原生态系统生产力的重要指标,草原主要植物个体地上生物量估算模型的建立,可为采用非刈割方法获取较准确的草原地面数据资料提供新方法。通过分析内蒙古典型草原植物羊草的主要构件特征(叶片数、叶长宽积、茎粗、茎高和株高)与其个体地上生物量之间的关系,比较并筛选出能较好预测羊草个体生物量变化的构件指标,采用Minitab软件的回归分析方法,分别利用6月、7月和8月采集的90株和总体270株羊草植物样本,建立羊草不同生长阶段(生长初期、生长旺盛期和生长末期)以及总体样本的个体地上生物量估算方程,并对实测值与模拟值进行t检验分析。结果表明,叶长宽积和株高相对于其他构件信息能够更好地描述羊草个体地上生物量,方程Y=-0.193+0.009X₂+0.011X₅(X₂为叶长宽积,X₅为株高,P<0.01,R²=0.854)为最优羊草个体生物量估算模型。     

干旱胁迫对‘青燕1号’燕麦器官生长及水分利用效率的影响

为探究干旱胁迫后燕麦（Avena sativa）生长及水分利用的响应变化，本研究选择‘青燕1号’（Avena sativa ‘Qingyan No.1’）进行干旱胁迫处理，研究水分亏缺对燕麦生长发育的影响。结果显示：燕麦株高、茎粗和叶面积随着胁迫程度和次数增加下降明显；干旱胁迫抑制了根、茎、叶和穗鲜重的增加，各处理以苗期-拔节期、孕穗-抽穗期、开花-乳熟期持续性中度和重度干旱降幅最大；干旱胁迫后光合性能变化明显，蒸腾速率下降幅度达4.11~10.35 mmol·m^-2·s^-1，净光合速率降幅达3.10~16.59 μmol·m^-2·s^-1，气孔导度降幅达0.03~0.34 mol·m^-2·s^-1；干旱胁迫后燕麦水分利用效率（water use efficiency，WUE）以苗期-拔节期、开花-乳熟期轻度干旱处理最高（4.95），各器官稳定碳同位素分辨率（△¹³C）有增有减，其中△¹³C_sp与WUE呈极显著负相关，△¹³C_le和△¹³C_st与WUE呈显著负相关。整体水平来看，干旱胁迫程度和次数对燕麦形态特征、器官鲜重及光合性能的影响大小表现为：中度和重度胁迫、胁迫3次影响最大。