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黄河三角洲湿地生态系统植物δ~(13)C值对土壤盐分的响应

王文文  
【摘要】:稳定碳同位素组成(δ~(13)C)是环境和生物因子共同作用的综合结果,因而利用植物δ~(13)C信息可以揭示植物的生理生态特征以及外界环境因素的变化情况。土壤盐分在盐碱地和滨海湿地中含量较高,是植物δ~(13)C组成的重要影响因素,探讨土壤盐分与植物δ~(13)C的关系以及判定植物δ~(13)C是否可以作为植物耐盐性的指标,对研究植物耐盐性、改良盐碱地以及保护和恢复滨海湿地的生态环境具有重要的理论和实际意义。基于黄河三角洲湿地生态系统保护和恢复的热点问题以及国内有关土壤盐分与植物δ~(13)C关系研究较薄弱的现状,为了更深入的研究植物δ~(13)C值随盐度的变化规律及变化机制,我们以黄河三角洲湿地生态系统为研究对象,探讨了C_3和C_4植物δ~(13)C的组成特征、空间分异及环境影响因素,重点分析了植物δ~(13)C值对土壤盐分的响应趋势,并尝试从植物氮元素含量和土壤状况等角度探求盐度对植物δ~(13)C的作用机理。主要结果如下: 1.黄河三角洲湿地C_3植物样品的δ~(13)C值的分布范围在-31.97‰和-22.16‰之间,平均值为-28.73‰,变化范围基本处在前人研究结果的范围内,但平均值略微偏负,这与不同研究区的温、湿差异有关。C_4植物δ~(13)C值的分布范围是-18.2‰~-12‰,平均值为-14.46‰,取值范围和平均值均较前人研究的偏负,这可能与研究区所处的土壤环境及所采集植物种的数量有关。研究区C_3植物δ~(13)C与海拔呈较弱的负相关关系,而与经、纬度的相关性并不明显。C_4植物δ~(13)C值与海拔、经度及纬度三个地理变量之间均无明显线性关系。整体来看,研究区植物δ~(13)C值的空间分异并不明显。研究区只有盐分与植物δ~(13)C值的相关性达到显著水平,土壤水分、PH值和有机质含量等土壤要素对植物δ~(13)C值的影响不明显,土壤盐分是影响黄河三角洲湿地植物δ~(13)C值分布特征和变化的主要环境因子。 2.研究区C_3植物整体δ~(13)C值与盐度显著正相关,与前人研究结果基本一致,但盐度系数存在差异,这与研究区范围及植物生活型有关。单个植物种的δ~(13)C值在两个样带随盐度的变化趋势不同,样带2中4种广适性C_3植物的δ~(13)C值与盐度均呈显著正相关关系,而样带1中,碱蓬和芦苇等盐生植物的δ~(13)C值与土壤盐分显著正相关,茵陈蒿和白蒿等非盐生植物的δ~(13)C值对盐度变化反应不敏感。研究区两个样带单个植物种结果的差异,可能与两个样带的盐度差异、植物耐盐性不同、遗传因素的控制及局部微生境的影响有关。对于C_4植物,样品整体及单个植物种的δ~(13)C值与盐度无显著关系。其植物δ~(13)C值取决于ci/ca值和φ值的大小,环境因素对C_4植物δ~(13)C值的影响比C_3植物复杂。 3.研究区植物整体叶片氮含量与盐度无明显相关关系,单个植物种中,只有碱蓬叶片的氮含量与盐度正相关。植物叶片氮含量与δ~(13)C值并未表现出明显的相关性,这可能与植物具有较小的光合氮利用效率有关。单个植物种中,只有样带2中的碱蓬δ~(13)C值随叶片氮含量增加而变轻。土壤盐分没有影响植物叶片氮含量与δ~(13)C值的关系。研究区土壤盐分对C_3植物δ~(13)C值的影响主要是通过渗透作用影响植物光合作用中的气孔导度和光合速率变化等生理活动进行的。对于C_4植物,需要进一步研究确定φ值的大小才能准确合理的解释土壤盐分对其植物δ~(13)C值的作用机理。


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