黔中喀斯特石漠化区不同土壤类型对常见植物叶片δ13C值的影响

通过测定黔中喀斯特区清镇市王家寨小流域内常见种叶片δ13C值,探讨土壤类型和石漠化等级对喀斯特植物水分利用效率的影响.结果表明,小流域内不同土壤类型植物叶片的δ13C值总体差异不显著(P>0.05),黄壤区植物叶片δ13C值分布区间较黑色石灰土区窄,变异系数较小,整体较黑色石灰土区偏负.小流域内黑色石灰土区植物群落δ13C均值随石漠化进行趋正,黄壤区随石漠化呈现出先趋正后趋负的变化格局.方差分析结果显示黄壤区各石漠化植物群落δ13C值间不存在显著差异(P>0.05),黑色石灰土区各石漠化植物群落δ13C值间均存在显著(P<0.05)或极显著差异(P<0.01).相关分析结果显示黄壤区植物叶片δ13C值的主要影响因子为土厚和坡度,黑色石灰土区为土壤含水量.研究区土壤对植被δ13C值的影响是通过调节土壤水分实现的.     

喀斯特高原区5种常见灌木叶片δ~(13)C值的季节变化及其对石漠化程度的响应

测定了贵州高原喀斯特石漠化小流域内5种灌木叶片δ13C值的季节变化,旨在探讨季节及石漠化等级对植物叶片δ13C值的影响。结果表明:不同季节间植物叶片δ13C值呈显著差异,生长初期(4月)叶片的δ13C值显著高于生长中后期(7月、9月及12月);5种灌木种种间差异显著,火棘的叶片δ13C值最负,荚蒾的叶片δ13C值最正,粉枝莓,鼠李和竹叶椒的叶片δ13C值居中;7月不同石漠化等级间植物叶片δ13C值存在显著差异,而在其余月份(即4月、9月及12月)不同石漠化等级间植物叶片δ13C值不存在显著差异,但基本呈现无、轻度石漠化植物叶片小于中度石漠化植物叶片δ13C值的格局;整个生长季中,叶片δ13C值与土壤含水量的相关关系研究表明大多数种在大多数时间随土壤水分的减少其δ13C值增高。     

贵州喀斯特山区植物叶片碳同位素组成研究

通过测定贵州喀斯特山区灌丛12种主要植物叶片的δ13C值,研究了该区植物叶片碳同位素组成特征,以及种间、生境差异和时空变化特征。研究结果表明:该区植物叶片的碳同位素组成的变化范围为-26.98‰--29.15‰,平均值为-28.14‰。研究区δ13C值的分布相对均匀,除高于我国热带雨林区植物外,低于其它地区。研究结果还表明,种间碳同位素组成存在较大的差异。生境的变化对蕨的碳同位素组成影响较大,而对渐尖毛蕨、盐肤木、火棘、马桑影响较小。盐肤木、渐尖毛蕨、云南鼠刺、火棘叶片的δ13C值从生长初期到末期有降低的趋势,但降低的幅度存在差异。植物的δ13C值随小尺度海拔的变化规律与随大尺度海拔变化的规律一致,都是随着海拔的增加δ13C值增大,但不同植物种间变化的幅度是不一样的。     

喀斯特高原黄壤区退化植物群落常见植物叶片氮同位素组成

氮是植物需求量最大的矿质营养元素。由于氮循环诸过程中的化学转化、物理运输等都有可能使其发生同位素分馏,植物稳定氮同位素组成是土壤-植物-大气连续体综合作用的整体响应,能较好的反映流域内与植物生理生态过程相联系的一系列环境信息,具有示踪、整合和指示等多项功能。为探讨喀斯特环境下黄壤区植物稳定氮同位素组成变异的影响因素及其相关关系,以喀斯特高原贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为例,选取流域内黄壤区退化植物群落3种植被类型中的4种常见植物为研究对象,分别对其叶片C、N、P、K、Ca、Mg元素含量和稳定氮同位素进行了测定分析。结果表明:(1)研究区植物叶片δ~(15)N值的变化范围为-3. 25‰～0. 69‰,平均值为-1. 04‰,变异程度较高,离散程度较大,呈负偏态分布。(2)植物叶片δ~(15)N值在群落间和坡位间的差异均不显著(P0. 05);(3)植物叶片δ~(15)N值的种间变化趋势为小果蔷薇(-0. 03‰)火棘(-0. 24‰)过路黄(-1. 58‰)粉枝莓(-2. 29‰),差异显著(P0. 05)。(4)研究区植物叶片δ~(15)N值受群落类型和物种因素的交互影响显著(P=0. 016,R2=0. 870)。(5)研究区植物叶片δ~(15)N值受叶片K营养含量的影响较大,同时与C、N、P、K、Ca元素化学计量比之间的关系密切,叶片K、Ca营养含量间的调控是影响黄壤区植物叶片δ~(15)N值的主要因素。     

植物利用碳酸氢根离子的特征分析

以构树、椿树、金银花、盆肤木等植物为材料,分析植物的碳酸酐酶活力与δ13 C的关系,结果表明,碳酸酐酶的活力与δ13C值呈显著的正相关.以甘蓝型油菜、诸葛菜、构树、桑树为实验材料,通过测定植物叶片稳定碳同位素组成以及光合速率来获得植物利用碳酸氢根离子的信息,结果表明,构树和诸葛菜碳酸氢根离子的利用能力明显地大于桑树和甘...     

喀斯特峡谷区常见植物叶片δ^13C值与环境因子的关系研究

通过对贵州花江峡谷喀斯特石漠化区4种典型石漠化植物群落中11种常见植物种叶片的δ13C值测定,研究了各植物种对影响植物碳同位素分馏的主要环境因子(土壤储水量、大气相对湿度、光照强度、土壤厚度)的响应,分析了石漠化梯度中不同土层土壤储水量、大气相对湿度、土壤有机质、年均气温、光照强度等环境因子梯度变化与植物叶片δ13C值的关系.结果表明,大部分物种的δ13C值对环境因子的变化趋势表现为随环境水分好转呈下降趋势,即水分利用效率下降;也有部分物种呈稳定不变或逆势上升趋势.相关性分析表明,清香木(Pistacia weinmannifolia)、石岩枫(Mallotus repandus)、红背山麻杆(Alchornea trewioides)的主导因子是土层储水量;肾蕨(Nephrolepis cordifolia)、野桐(Mallotus japonicus vat.floccosus)的主导因子是土壤厚度;肾蕨、八角枫(Alangium chinense)、构树(Broussonetia papyrifera)的主导因子是光照强度;而广西密花树(Rapanea kwangsiensis)、圆叶乌桕(Sapium rotundifolium)和灰毛浆果楝(Cipadessa cinerascens)则分辨不出主导因子,即环境影响因素更为综合.总体而占,叶片高δ13C值是对低水分、高光、低资源环境的适应.     

黔中木本植物叶功能性状对退化喀斯特土壤特性的响应

研究不同退化背景下优势木本植物功能性状的适应机制,有助于从功能生态学的角度来解释喀斯特山区的群落演替过程。本研究以贵州普定不同退化背景样地优势木本为研究对象,测定LT、LA、SLA、LDMC、LTD、Chlc6个叶片功能性状指标,分析土壤特性对区域内植被叶片功能性状的作用及影响,揭示喀斯特山区植物对不同环境的适应策略及其演替过程。结果表明:①喀斯特区退化环境下植被叶片向增大化趋势发展,以退耕地经济林最显著;火烧、火烧砍伐、退耕下植被性状差异显著,以LA、LTD、SLA变化范围最大,在相应样地可分别高达121.9%、118.08%、86.00%。②退化样地内叶片性状在乔木、灌木和藤本物种间差异显著,总体上灌木与藤本物种种间变异高于乔木物种,群落处于演替前中期阶段。③不同退化背景下土壤特性差异较大,与植被叶功能性状间具有显著相关性,其中土层深度、土壤养分与土壤含水率是植被叶功能性状的关键土壤特性因子。④退化区域植被叶性状表现出LA大、LT较小、SLA和LTD低、LDMC高、Chlc较低,趋向于发展贫瘠干旱性状组合。揭示了黔中退化喀斯特次生林内在差异性的演替规律,为喀斯特次生林的管理和生物多样性保护提供科学依据。     

贵州荔波喀斯特与非喀斯特地区土壤水运移的对比研究

以我国西南地区典型的喀斯特与非喀斯特样地为研究对象,采集大气降水和土壤水,根据其δD值、δ18O值和水量特征探讨土面生境非植物主根区土壤水的运移特征。结果表明:喀斯特样地土壤基质流的混合作用较弱,非喀斯特样地表层(0～20 cm)土壤基质流的混合作用也较弱,但随深度增加基质流的混合作用增强;喀斯特与非喀斯特样地土壤基质流都可能存在活塞流运移机制,尤其是喀斯特样地,活塞流很可能是基质流的一种重要运移机制;喀斯特样地土壤介质中存在优先流,优先流空间异质性较大;蒸发作用对非喀斯特样地表层土壤基质孔隙水影响较大,而对喀斯特样地土壤水的影响较小。这为喀斯特区水资源的管理和合理利用,以及区域植物水分利用和营养元素循环利用等研究奠定基础。     

喀斯特地区浅层地下水对植被退化的水文地球化学响应——以贵州荔波拉桥小流域为例

喀斯特地区植被退化的水文地球化学响应是喀斯特研究的重要内容之一,具有重要的科学和现实意义。选择贵州荔波拉桥小流域中四个不同植被类型的样地作为对象,按月采集浅层地下水(土壤水和表层泉水),对其进行水文地球化学各参数的分析。结果表明,土壤水中Ca2+、Mg2+、HCO3-、EC和pH值,表层泉水中Cl-、NO3-和SO24-等对植被退化响应敏感;而土壤水中NO3-和SO24-,表层泉水中Mg2+、NH4+、HCO3-和EC,以及土壤水和表层泉水中δ13 CDIC值则可能还受到其他过程的影响,需谨慎使用。由此可见,对于土壤层,阳离子和与土壤CO2气体浓度有关的HCO3-可能有较好的响应,而对于表层泉水,HCO3-以外的阴离子可能更敏感。     

贵州喀斯特地区典型土壤碳酸盐垂直分布特征及其同位素组成研究

以贵州为中心的西南喀斯特地区的石漠化是我国实施西部大开发战略中所面临的根本性地域环境问题之一,喀斯特地区石漠化是一种与脆弱生态背景和人类活动相关联的土地退化过程,而土壤退化是土地退化的核心部分。本研究采集了贵州喀斯特地区的砂岩黄壤剖面和石灰土剖面的土壤样品,测定了剖面样品的土壤有机碳含量、土壤碳酸盐含量和土壤碳酸盐δ~(13)C。结果表明,砂岩黄壤和石灰土碳酸盐含量在剖面上的分布存在差异,黑色石灰土碳酸盐含量在剖面上的总体变化均表现出从上到下逐渐减小的趋势,土壤碳酸盐含量主要集中在表层土壤,而黄色石灰土和砂岩黄壤碳酸盐含量在剖面上的变化不大。而且在砂岩黄壤和石灰土中,土壤碳酸盐δ~(13)C值在剖面深度上的变化情况不同,表明了土壤有机碳向无机碳转化的程度,不同的成土过程及程度和成土环境的差异可能是砂岩黄壤和石灰土中土壤碳酸盐δ~(13)C值组成差异的主要原因。本研究提高了对区域碳库特征的认识,为喀斯特生态系统土壤有机质的生物地球化学循环研究提供了理论支撑。     

季节性干旱下喀斯特次生林不同树种水分利用效率变化

植物叶片水分利用效率(WUE)对环境变化的响应特征和机制是理解生态系统碳循环和水循环及其耦合关系的基础。为探讨季节性干旱下喀斯特次生林中不同植物的WUE变化,以普定次生林通量观测站内的喀斯特次生林为例,在连续干旱背景下分别对8种常见植物的叶片WUE进行了测定分析。结果表明:(1)研究区常见植物的叶片WUE日间主要在0.65～7.73μmol/mmol之间变化。8种植物的叶片WUE均以上午9点最大,厚果崖豆藤(Millettia pachycarpa)、朴树(Celtis sinensis)和马桑(Coriaria nepalensis)的WUE均在下午3点就降到最低,而铁线莲(Clematis florida)、木通(Akebia quinata)、石岩枫(Mallotus repandus)、梓树(Catalpa ovata)和构树(Broussonetia papyrifera)的WUE则在下午5点才降到最低。厚果崖豆藤、铁线莲、石岩枫、朴树、构树的WUE日间变化均较显著。(2)研究区植物叶片的WUE以藤本植物最高。上午9点、11点和下午3点,植物叶片WUE的种间差异均不显著,而在下午1点、5点,植物叶片WUE在种间均存在显著差异。(3)石岩枫和木通的叶片WUE与环境光照强度均呈显著正相关关系。朴树和铁线莲的叶片WUE与环境相对湿度均呈极显著正相关关系。厚果崖豆藤的叶片WUE与环境空气温度间也呈现出极显著的正相关关系。朴树、构树、马桑、石岩枫、铁线莲、厚果崖豆藤的叶片WUE与净光合速率均显著正相关,木通的叶片WUE与蒸腾速率显著负相关。研究区8种植物叶片WUE与叶面水汽压亏缺间的相关性均不显著。(4)植物种和外部环境对研究区植物叶片的WUE均有显著影响,木通、厚果崖豆藤、铁线莲在遭遇连续干旱后叶片WUE均较高,对生境恶劣的喀斯特环境具有较强的适应能力。     

喀斯特峡谷区常见植物叶片δ13C值与环境因子的关系研究

通过对贵州花江峡谷喀斯特石漠化区4种典型石漠化植物群落中11种常见植物种叶片的δ¹³C值测定,研究了各植物种对影响植物碳同位素分馏的主要环境因子（土壤储水量、大气相对湿度、光照强度、土壤厚度）的响应,分析了石漠化梯度中不同土层土壤储水量、大气相对湿度、土壤有机质、年均气温、光照强度等环境因子梯度变化与植物叶片δ¹³C值的关系.结果表明,大部分物种的δ¹³C值对环境因子的变化趋势表现为随环境水分好转呈下降趋势,即水分利用效率下降;也有部分物种呈稳定不变或逆势上升趋势.相关性分析表明,清香木（Pistacia weinmannifolia）、石岩枫（Mallotus repandus）、红背山麻杆（Alchornea trewioides）的主导因子是土层储水量;肾蕨（Nephrolepis cordifolia）、野桐（Mallotus japonicus var.floccosus）的主导因子是土壤厚度;肾蕨、八角枫（Alangium chinense）、构树（Broussonetia papyrifera）的主导因子是光照强度;而广西密花树（Rapanea kwangsiensis）、圆叶乌桕（Sapium rotundifolium）和灰毛浆果楝（Cipadessa cinerascens）则分辨不出主导因子,即环境影响因素更为综合.总体而言,叶片高δ¹³C值是对低水分、高光、低资源环境的适应.     

贵州喀斯特森林34个优势种叶片构建成本特征

探讨喀斯特森林优势种叶片构建成本特征可为优势种对喀斯特环境的适应与生存策略、喀斯特退化生态系统植被恢复与重建研究提供理论依据。本研究分析了贵州喀斯特森林34个优势种叶片构建成本(CC),讨论了其与叶片比叶面积、糖类、水溶性酚、脂类、蛋白质、木质素、矿物质和有机酸含量之间的关系。结果表明:1)喀斯特地区植物叶片CC为1.37±0.05g glucose/g DW,显著低于非喀斯特地区(p0.05);2)叶片中有机酸和矿物质含量与叶片CC负相关,可能与植物适应喀斯特地区高碱环境策略有关;3)纸质叶和落叶有机酸和蛋白质含量分别显著高于革质叶和常绿叶,前者CC低于后者,纸质叶和落叶物种更加有利于喀斯特地区植被恢复;4)植物对钙的适应程度越高,叶片CC越低,嗜钙、喜钙植物对喀斯特地区植被恢复具有潜在重要意义。     

利用Rb/Sr值、有机碳氮同位素及14C重建贵州喀斯特地区古环境变化

本文利用碳酸盐岩风化剖面土壤中Rb/Sr值、有机碳氮的稳定同位素值(δ~(13)C_(org)和δ~(15)N_(org))并结合~(14)C定年结果,讨论了贵州黔西南喀斯特地区晚更新世以来的植被和气候变化情况。结果表明:(1)晚更新世以来,研究区气候在千年尺度上经历了多个冷热、干湿循环过程,植被以C4植物为主;(2)研究区在14 750 a BP时期可能发生过较为极端的气候事件;(3)Rb/Sr值和δ~(13)C_(org)值可以用来指示古环境变化情况,高Rb/Sr值和高δ~(13)C_(org)值指示湿热气候,低Rb/Sr值和低δ~(13)C_(org)值指示干冷气候。     

黔北优势植物对槽谷型喀斯特生境的适应策略:基于功能性状与生态化学计量相关联的证据

以黔北槽谷型喀斯特地区三种优势植物化香(Platycarya strobilacea)、马尾松(Pinus massoniana)和烟管荚蒾(Viburnum utile)为研究对象,测定其叶片、枝条和根系的功能性状与C、N、P、Ca、Mg元素含量,分析植物不同器官间功能性状和生态化学计量学的特征与关联,探讨优势物种对槽谷喀斯特环境的适应策略。结果表明:(1)叶片干物质含量在物种间无显著差异,比叶面积、枝干物质含量、枝密度、粗根密度和中根密度在种间差异显著,比叶面积种间变异最大(32. 13%),而叶干物质含量种间变异最小(12. 76%)。(2)比叶面积与叶干物质含量、粗根和中根密度呈显著负相关,叶干物质含量、枝干物质含量、枝密度、粗根密度和中根密度两两正相关。(3)植物C含量在叶片、枝条和根系中的分配较为均匀,N、P、Mg含量均表现为叶片枝条根系,C/N、C/P表现为根系枝条叶片;叶片N/P范围为10. 89～27. 39,平均值为17. 75。(4)在相应器官内,N与P元素和N/P显著正相关,C与Ca、Mg元素显著负相关,Ca与Mg显著正相关,叶片Ca与叶片P显著负相关。(5)比叶面积与叶片N、P、Mg含量显著正相关,与叶片C含量显著负相关;粗根和中根组织密度与根Ca含量极显著正相关。这说明黔北槽谷喀斯特地区的优势植物在功能性状上产生分化,减少生态位重叠,以降低资源竞争。为适应干旱贫瘠环境,植物一方面形成低比叶面积、高干物质含量和高组织密度的功能性状组合,另一方面改变器官间的元素分配,增加枝条和根系的投资。     

普定喀斯特生态系统观测研究站的生物样地建设与监测工作

生长和适应于喀斯特地貌环境的生态系统,即喀斯特生态系统,因人类活动干扰和石漠化进程影响,其结构和功能均发生退化,因此,定位、长期监测喀斯特生态系统的组成、结构、过程和功能,以及人类活动的影响和响应,对研究该类特殊生态系统的格局和动态变化具有重要意义。作为中国科学院生态系统观测网络(CERN)仅有的两个喀斯特台站之一,普定喀斯特生态系统观测研究站的生物监测总目标是开展喀斯特高原常绿落叶阔叶混交林的植被生态学(结构、过程、功能)监测与研究,及其退化植被的恢复生态学示范,建立喀斯特植被恢复与重建的优化模式和范式。本文初步介绍了普定站的生物观测网络,以普定县后寨河流域的天龙山常绿落叶阔叶混交林样地作为永久监测样地(主观测场),以陈旗不同干扰方式下的植被恢复样地、赵家田皆伐样地、沙湾主站址退耕样地作为辅助监测样地(辅观测场),以高羊河流域陈家寨坡耕地恢复和滇柏林改造样地作为生态重建示范样地(辅观测场),配合流域内外诸多样地与试验点(站区调查点),可初步定位监测和预测代表性喀斯特森林和灌丛的长期变化与未来发展趋势。     

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。     

渗透胁迫下两种生物质能源植物的抗渗透胁迫能力及稳定碳同位素组成

本研究以麻疯树(Jatropha curcas L.)和油桐(Vernicia fordii H.)幼苗为材料,考察了麻疯树和油桐幼苗的生理指标和稳定碳同位素组成对渗透胁迫的响应情况。结果表明,麻疯树比油桐更具有抗渗透胁迫能力,主要体现在:随着渗透胁迫程度的加剧,麻疯树叶片相对含水量与叶绿素含量的下降幅度均小于油桐,脯氨酸含量和可溶性糖含量的增加幅度高于油桐,相对电导率的上升幅度小于油桐;随着渗透胁迫程度的加剧,两种植物幼苗叶片的δ13 C值也都显著升高,但是在同一渗透胁迫水平下,麻疯树幼苗叶片的δ13 C值较油桐高,表明其拥有较高的水分利用效率,能够在干旱胁迫下更好地生长,暗示着植物叶片的δ13 C值在一定情况下可以表征植物的抗旱性。     

花江小流域石漠化过程中的土壤有机碳氮的变化

以花江峡谷区1.2 km2小流域为研究对象,通过设置不同喀斯特石漠化强度的样地,研究不同等级石漠化样地的土壤有机碳、全氮含量在石漠化过程中的变化。结果表明,喀斯特生境中土壤具有高度异质性,人为干扰方式对土壤有机碳、全氮含量变异性的影响很大;樵采石漠化样地小生境土壤有机碳、全氮含量维持在较高水平,开垦石漠化样地小生境土壤有机碳、全氮含量较低;随着石漠化程度的加剧,樵采和开垦系列样地土壤有机碳、全氮含量呈现不断降低的趋势,这在一定程度上体现了石漠化过程的土壤退化本质。小流域内石漠化成因类型的划分对揭示石漠化过程中的土壤退化是必须的。     

北方典型荒漠及荒漠化地区植物叶片氮磷化学计量特征研究

区域尺度植物叶片氮磷元素的化学计量特征对于认识陆地生态系统空间格局变化规律、未来变化趋势的预测,以及对全球变化的响应具有重要意义.通过野外调查和文献整理,对中国北方典型荒漠及荒漠化地区214种植物叶片氮磷含量及化学计量比的分布特征及其与水热要素的相关关系进行了研究.结果表明,北方典型荒漠及荒漠化地区214种植物叶片N含量的平均值为(24.45±8.1)mg/g,P含量的平均值为(1.74±0.88)mg/g,氮磷比平均值15.77±7.5.与全球、全国以及区域尺度的研究结果相比,这些区域植物具有相对较高的叶片N和P含量,但是叶片N/P无显著差异,具有保守性的特点.北方典型荒漠及荒漠化地区不同生活型植物叶片N、P含量N/P之间存在显著差异,灌木植物和非禾本科植物具有相对较高的N含量,非禾本科植物具有相对较高的P含量,灌木植物具有相对较高的氮磷比,说明不同生活型植物具有不同的养分利用策略.北方典型荒漠及荒漠化地区不同研究区植物叶片N含量无显著差异,但P和N/P含量差异显著.科尔沁沙地和毛乌素沙地植物叶片P含量较高.塔里木盆地、准噶尔盆地以及阿拉善高原的大部分植物叶片N/P16,科尔沁沙地的大部分植物叶片N/P14,说明不同研究区的土壤养分有效性存在差异.北方典型荒漠及荒漠化地区植物叶片N、P含量以及N/P与各研究区年平均温度没有明确相关性,但多年平均降水与叶片P含量以及N/P分别呈显著正相关和负相关关系.