利用13C、15N同位素标记技术研究羊草碳、氮动态对刈割的响应

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1、学校代码：10200研究生学号：2015102275分类号：Q14密级：无硕士学位论文利用13C、15N同位素标记技术研究羊草碳、氮动态对刈割的响应ExploringtheresponsesofcarbonandnitrogendynamicsofLeymuschinensistoclippingtreatmentbyusingthe13Cand15Nisotopelabellingtechnology.作者：董雪指导教师：孙伟教授一级学科：生态学研究方向：植物生理生态学学位类型：学历硕士东北师范大学学位评定委员会2018年6月本研究由以下项目资助（1）国家自然科学基金面上项目（3157

2、0470）（2）国家重点基础研究发展计划项目（2015CB150800）摘要放牧和刈割是草地的主要利用方式，牧草遭受刈牧后的再生是一个缓慢而复杂的过程，研究牧草刈牧后的碳、氮资源的分配和转移对解释牧草的再生机制有非常重要的意义。本研究利用盆栽控制实验，以松嫩草甸的典型物种羊草（Leymuschinensis）为研究对象，进行了中度刈割处理和对照处理，并设置了为期1个月的10次取样，涵盖了羊草刈割后再生的初期、中期和后期阶段。尝试从贮藏化合物的再分配、残茬的光合同化、根系对氮素的吸收三个方面阐释羊草刈割后的碳、氮动态，明晰这些因素在再生的不同时间阶段所扮演的角色，从而探究牧草刈割后的再生机

3、制。同时，利用13C和15N稳定同位素标记技术，追踪羊草刈割后新吸收的碳、氮元素的分布及其随时间的变化，对比分析羊草叶、茎、根中13C和15N的回收率和分配率。实验还测定了株高、生物量等形态指标以及光合速率、可溶性糖、铵态氮和硝态氮等生理指标。本研究得出的主要结论有：（1）中度刈割处理后的第2周，羊草累计地上生物量和总生物量的增加量最多，第3周地下生物量的增加量最多。羊草通过牺牲地下部分的生长达到补偿和保障地上部分叶片再生的目的，在刈割后的第2周起实现了超补偿生长。（2）贮藏碳水化合物分解为可溶性糖并用于叶片再生，这一过程在羊草遭受中度刈割处理后再生的初期发挥了主要作用。叶片的可溶性糖含

4、量增加，而茎部和根系的可溶性糖含量下降，贮藏碳水化合物分解后向地上转移。刈割处理后的中、后期，叶片的净光合速率逐渐增强，叶片利用后剩余的可溶性糖转移至茎部和根系贮存。（3）光合作用受中度刈割处理影响显著。刈割处理后的前2天为生理伤害期；之后，叶片的净光合速率逐渐恢复，在刈割处理后第4天至第14天内对羊草再生发挥了主要作用；刈割处理后的后期，羊草叶片也维持着较高的净光合速率。（4）中度刈割处理增加了新吸收的碳、氮元素向地上的分配。刈割处理下，羊草叶片13C的回收率于刈割处理后的第7天至第35天内均显著大于对照处理；刈割处理后的中、后期，茎和根部13C的回收率呈下降趋势。刈割处理后的第21、

5、28、35天，刈割处理下羊草地上部分15N的分配率大于根系，说明羊草新吸收的15N向地上部分的分配是刈割处理后的后期再生生长的主要作用因素。（5）中度刈割处理促进了土壤中有效氮含量的上升，有利于羊草根系的吸收，从而增强羊草的光合作用和再生生长。本研究结果表明，中度刈割处理后的前期，贮藏碳水化合物分解为可溶性糖供给叶片在羊草再生过程中发挥了主要作用；除去刈割后的生理伤害期，叶片净I光合速率的恢复与增强在羊草再生过程中一直发挥着十分重要的作用；羊草新吸收的15N向地上部分分配是刈割处理后的后期羊草再生生长的主要作用因素。本研究为羊草面对刈割干扰时采取的补偿生长策略和再生机制提供了一定的理论依

6、据。关键词：羊草；刈割；补偿生长；再生机制；稳定性同位素标记技术；碳、氮动态IIAbstractGrazingandclippingaremainwaysofgrasslandutilization.Theregenerationofherbageafterdefoliationisaslowandcomplicatedprocess.Studyonthedistributionandtransferofcarbonandnitrogenresourcesafterclippingisveryimportanttoexplaintheregenerationmechanismsofher

7、bage.Usingthepotexperiment,westudiedcarbonandnitrogendynamicsandregrowthoftypicalspeciesofSongnenmeadow,Leymuschinensis.Wesetupmoderateclippingtreatmentandcontroltreatmentandsetup10samplingtimeswhichlasted1monthandcove