青藏高原河湖湿地典型植物碳氮动态特征及其对环境的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 柴思帆 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 卜红梅 |
| 关键词 | 青藏高原 河湖湿地 典型植物 碳氮动态特征 碳氮稳定同位素 环境因素 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 青藏高原河湖湿地生态系统是最为复杂的高寒生态系统，其湿地植物碳氮动态特征对气候变化和环境扰动极为敏感。在青藏高原地区开展湿地植物碳氮动态特征研究，对于理解湿地生态系统的功能、稳定性和应对气候变化以及维持湿地生态系统的养分循环、能量流动和生态系统服务具有重要的意义。 本研究于2019–2023 年期间，在青藏高原的青海、西藏及川西地区主要河湖湿地生态系统开展了5 次野外调查，设置了38 个采样点，系统采集了192 份典型湿地植物样本，并通过室内分析，测定了植物含水率、碳氮含量、碳氮比及其同位素组成，河/湖水理化指标、离子组成、微量和营养元素等，以及土壤样品的碳氮含量及其同位素值，同步收集了采样点的经纬度、海拔高度、气温和降水等信息。基于多元统计方法、广义相加模型（GAM）和偏最小二乘法-结构方程模型（PLS-SEM），重点分析了青藏高原地区湿地植物的碳氮动态特征，探究其对地理梯度、水环境和土壤环境的响应。主要结论如下： （1）青藏高原河湖湿地采集的38 种典型湿地植物的碳氮变量在种类和空间上具有显著差异（P<0.05）。湿地植物碳（C）含量均值为（386.0±89.62）mg/g，低于全球均值，氮（N）含量均值为（20.52±8.90）mg/g，高于中国湿地均值。碳氮比（C︰N）与碳氮同位素（δ¹³C: -30.74~-12.28‰；δ¹⁵N: -1.48~24.22‰）呈现显著种间差异与空间分异（P<0.05）。植物的C 含量与N 含量呈极显著正相关（P<0.01），δ¹³C 与C 含量负相关（P<0.01），这一代谢特征与陆生植物普遍负相关相反，表明高寒湿地植物通过协同储存策略应对氮限制的适应性进化。 （2）地理梯度对植物碳氮变量的影响在4.9%~40.8%之间，经度和降水是影响植物碳氮变量最为显著的因子，植物C 含量和δ15N 对地理梯度调控的响应最强。通过线性回归分析表明，经度增加驱动植物C 含量与C︰N 比上升，解释率分别为28.7%和6.7%；降水与植物δ¹³C 和δ15N 呈显著负相关，解释率分别为6.9%和20%，表明水热改善抑制同位素分馏。GAM 模型结果显示，地理梯度对植物碳氮变量解释率的总和为62.39%，表明地理因子的主导作用。逐步回归分析表明，地理各因子交互作用分别预测了植物C 含量和δ¹⁵N 值的40.8%和28.4%，说明碳氮代谢对环境敏感性存在显著的分异。 （3）水环境对植物碳氮变量的影响在4.6%~57.4%之间，水环境中的理化因子氧化还原电位（ORP）及离子SiO2 显著影响了植物C 含量，调控湿地植物的碳氮代谢与同位素分馏。水体的ORP 升高促进植物C 固定（r=0.353, P<0.05），植物C︰N 比与溶解氧呈显著正相关（r=0.222, P<0.05），反映富氧环境优化碳固定效率；GAM 模型量化分析显示，水环境因子中ORP 及SiO2 对植物碳氮变量的解释率为16.2%和15.6%（P<0.05），表明离子调控的主导作用。逐步回归分析结果显示，水环境变量能够预测植物C 含量的57.4%（P<0.001），说明高寒湿地植物受水体氧化还原状态、离子种类及营养元素等多重驱动。 （4）土壤环境对植物碳氮变量的影响在4.2%-33.9%之间，土壤δ¹³C 和δ¹⁵N值是调控植物养分吸收的关键因素。相关分析表明，植物的δ¹³C 和δ¹⁵N 值分别与土壤δ¹³C 值之间极显著相关（r=0.260 和r=-0.311, P<0.01），说明土壤同位素组成影响植物养分吸收与同位素分馏。GAM 模型进一步揭示，土壤δ¹⁵N 和δ¹³C 值分别解释了植物碳氮变量的17.4%和20.0%（P<0.001），表明了土壤同位素信号在调控植物碳氮代谢中的核心作用。逐步回归分析中，土壤变量预测了植物δ¹⁵N值的33.9%，说明湿地植物并非单纯被动的响应土壤碳氮含量变化，而是通过同位素分馏机制主动适应土壤环境变化。 （5）植物碳氮变量对环境的综合响应程度在8.7%~39.4%之间，各环境因子的多尺度联合作用对湿地植物的C 含量和δ¹⁵N 值产生的影响更显著。PLS-SEM模型显示，环境的综合作用对湿地植物的C 含量和δ¹⁵N 值的解释率分别为39.4%和34.7%。地理因子对植物C 含量作用的路径系数为0.481（P<0.01），具有直接正向作用；水环境中的阴阳离子和微量元素对植物C 含量的路径系数分别为0.628（P<0.05）和-0.737（P<0.01），对植物δ15N 的路径系数分别为-0.849 和0.939（均P<0.001），反映了离子种类差异对同位素分馏特异性调控。地理-气候-水-土环境之间的多因子协同作用表明，植物C 含量受地理直接驱动作用较大，而δ15N 受水环境因子中的阴阳离子和微量元素影响较大，表明大尺度环境梯度主导了碳固定，而氮循环更多受局域生境异质性调控。 本研究为揭示青藏高原河湖湿地典型植物对生态环境的响应和适应策略提供了数据支撑，为青藏高原生态环境保护和维持生态屏障功能提供了理论依据。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 99 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/215709]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 柴思帆. 青藏高原河湖湿地典型植物碳氮动态特征及其对环境的响应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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