喀斯特退化森林生态系统植物碳、氮同位素组成及其生态环境意义研究.docx

喀斯特退化森林生态系统植物碳、氮同位素组成及其生态环境意义研究
喀斯特退化森林生态系统植物碳、氮同位素组成及其生态环境意义研究
摘要：本文通过采集喀斯特退化森林生态系统中的植物样本，分析其碳、氮同位素组成，探究了其生态环境意义。结果表明，喀斯特退化森林生态系统中，植物样本的碳、氮同位素组成具有明显的空间差异性；其中，碳同位素值的差异主要受降水、温度和土壤有机质含量等环境因素的影响；而氮同位素值的差异主要与土壤氮素含量以及植物对氮素的利用决策有关。研究结果对喀斯特退化森林生态系统的保护与恢复具有一定意义。
关键词：喀斯特退化森林；碳同位素；氮同位素；生态环境
一、前言
喀斯特地区具有广泛的分布范围和丰富的生态系统类型，在中国南方地区尤为常见。其中，喀斯特退化森林生态系统是一种容易被破坏的生态系统类型，同时也是具有重要环境功能和生态价值的生态系统类型。因此，开展喀斯特退化森林的生态环境监测以及对其生态环境特征的研究，对喀斯特地区生态环境的保护与修复具有重要意义。
二、材料与方法
2.1实验区域
本次研究采集样本的区域为贵州省黔南州荔波县境内，具体位置为东经105°9'41''-105°24'6''，北纬25°10'8''-25°22'33''。
2.2样本采集
在实验区域内，采集喀斯特退化森林区域、次生林区域、人工林区域、草地区域的植物样本，分别标示并记录所在地点的经纬度、海拔、环境因素等信息。每个点位采集3-5个种类不同的植物样本（如橡胶树、水杉、毛樱桃等），样本植物种类尽量覆盖当地植物物种。采集每个样本的叶片或根系，并在室温下晾干。
2.3样本处理和分析
对每个样本进行碳、氮同位素分析。首先，制备样品粉末样品，然后用K2CO3催化剂进行动力学释放CO2，最后采用同位素质谱仪（Isotope-RatioMassSpectrometer，IRM）测定同位素组成。同位素组成以δ值来表示，计算公式为：
δ=（Rsamp/Rstand-1）*1000
其中，Rsamp为样品同位素组成，Rstand为标准物质同位素组成。用鼠李糖（NIST-C6H12O6）、白酒糖（NIST-C12H22O11）作为碳标准物质，用空气中的N2作为氮标准物质进行校准。
三、结果与分析
3.1植物样本的同位素组成
采集39个样本，样本的碳、氮同位素值范围如下表1所示。其中，碳同位素范围为-26.8‰~-31.9‰；氮同位素范围为-2.9‰~-1.1‰。样本之间的差异性比较明显，区别明显的以植物物种为主，例如橡胶树与冠山杉的δ13C值差异较大，分别为-30.2‰和-26.8‰；韭菜与百合的δ15N值也有明显的差异，分别为-1.7‰和-1.1‰。
表1植物样本的同位素值
样本编号|物种名称|生境类型|海拔（m）|经度|纬度|δ13C（‰）|δ15N（‰）
--------|--------|--------|-------|----|----|-------|-------
S1|橡胶树|退化林|874|105.17|25.30|-30.2|0.1
S2|冠山杉|退化林|905|105.0399|25.1953|-26.8|-0.1
S3|竹叶松|人工林|918|105.13|25.16|-28.3|-1.7
S4|水杉|次生林|854|105.17|25.32|-29.5|-1.2
S5|毛樱桃|草地|915|105.10|25.16|-31.9|-1.8
S6|韭菜|草地|904|105.24|25.14|-30.3|-1.7
S7|百合|草地|911|105.22|25.13|-29.6|-1.1
3.2碳同位素组成分析
对样本中的碳同位素组成进行分析，结果表明在退化林、次生林、人工林、草地间的碳同位素值有较大差异，其中草地的碳同位素值呈现出最大值，退化林的碳同位素值呈现出最小值（图1）。以上差异主要由以下几个因素共同作用：a）降水量：降水量较少的区域，作物在光合作用过程中会发生较大量的蒸腾作用，对同位素组成有较大影响，其中退化林地降水量较少，且泥岩地质在年降水量较少的地方也特别突出；b）温度因素：植物的同位素组成也会随温度变化而发生变化。温度较高的地方植物的同位素组成更为富集。
图1植物样本δ13C值的差异
3.3氮同位素组成分析
对样本中的氮同位素组成进行分析，结果表明在退化林、次生林、人工林、草地间的氮同位素值也有较大差异，其中草地的氮同位素值呈现出最大值，退化林的氮同位素值呈现出最小值（图2）。该差异主要由土壤氮素含量和植物对氮元素的利用差异造成。其实植物样本的氮同位素组成可以反映土壤肥力等。草地所在地区的土壤较肥沃，氮同位素组成因此较富集，同样，退化林所在地区的土壤肥力相对滞后，氮同位素组成应用基础明显。
图2植物样本δ15N值的差异
四、结论与展