北方草地生态系统碳、氮、硅生物地球化学特征

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1、北方草地生态系统碳、氮、硅生物地球化学特征Biogeochemicalcharacteristicsofcarbon,nitrogen,andsiliconingrasslands,northChina学科专业：环境科学作者姓名：许子娟指导教师：宋照亮教授天津大学环境科学与工程学院二零一七年十二月摘要草地生态系统碳（C）、氮（N）、硅（Si）生物地球化学特征对草地的功能与演化具有重要影响。本论文以内蒙古不同草地生态系统为研究对象，通过分析草甸草原、典型草原、荒漠草原植物和土壤中C-N-Si含量、储量、化学计量比及其与环境因子的相关性，

2、阐明了中国北方草地生态系统C、N、Si生物地球化学特征及其对环境因子的响应机制，为草地生态系统的可持续利用提供科学参考。主要研究结果为：（1）典型草原植物C（41.55±0.53%）、Si（0.84±0.03%）含量均低于其他两类草原。荒漠草原植物N含量（2.53±0.51%）最高。草甸草原植物稳定碳同位素比值（δ13C）（-27.85±0.18‰）显著低于其他两类草原，但其稳定氮同位素比值（δ15N）（5.29±0.07‰）却最高。这些研究结果表明不同草原类型植物C、N、Si生物地球化学特征存在显著差异，温度、降水是造成这些差异的主

3、要因素。（2）草甸草原（30.95±8.55）和典型草原（21.31±10.79）植物C:N显著高于荒漠草原（17.11±4.08）；典型草原（4.96±1.92）植物C:Si显著低于其他两类草原，草甸草原植物N:Si比值（0.07±0.03）显著低于其他两类草原。所有的结果表明荒漠草原植物对N的利用效率最高，草甸草原植物对有效硅（Siavail）吸收能力最强。（3）土壤有机碳（SOC）、N含量在草甸草原表层土壤最高，在典型草原深层土壤最高。有机碳、N在土壤不同粒径中的分布为：粘粒>粉粒>粗砂>细砂。土壤非结晶态硅分布为：无定型硅>铁

4、锰氧化物结合态硅>土壤Siavail>可氧化态硅。荒漠草原土壤δ13C值、δ15N值最高。这些研究结果表明土壤C、N、Si生物地球化学特征在不同草原类型间存在显著差异，气候因子和土壤质地是造成这些差异的主要原因。（4）草甸草原（14.61±5.24）和典型草原（13.21±1.37）土壤C:N显著高于荒漠草原（8.13±0.35），说明荒漠草原土壤N的矿化能力较强。草甸草原（46.01±34.11）土壤C:Siavail显著高于其他两类草原，说明草甸草原土壤Siavail主要来自无定型硅的分解转化。草甸草原（2.70±1.39）和典型

5、草原（2.34±0.55）土壤N:Siavail显著高于荒漠草原（1.32±0.11），说明随着土壤湿度的增加，土壤N的相对积累量大于Siavail。关键词：北方草地，植物，土壤，碳，氮，硅，化学计量IABSTRACTThebiogeochemicalcharacteristicsofcarbon(C),nitrogen(N)andsilicon(Si)ingrasslandecosystemhavesignificantimpactsonthefunctionandevolutionofgrasslands.Inthepresent

6、research,weanalyzedthecontent,storageandstoichiometricratioofC-N-Siinplant-soilsystemofmeadowsteppe,typicalsteppeanddesertsteppeinInnerMongolia.Thecorrelationsoftheseparameterswithenvironmentalfactorswerealsoinvestigated.Thisthesiselucidatedthebiogeochemicalcharacterist

7、icsofC,NandSiandtheirresponsetoenvironmentalfactorsofgrasslandsinnorthernChinaaimingatprovidingscientificreferenceforthesustainableuseofgrasslands.Mainresultsandconclusionsareasfollows:(1)TheplantC(41.55±0.53%),Si(0.84±0.03%)contentintypicalsteppewassignificantlylowerth

8、anthatinothertwograsslandtypes.TheplantNcontent(2.53±0.51%)indesertsteppewasthehighestamongthreegrasslandtypes