高寒草甸优势物种吸收土壤氮素多元化途径研究

论文摘要

本论文试图以青藏高原高寒草甸生态系统为研究背景,利用植物营养生态学的理论知识,定量研究高寒优势植物种在无竞争环境中对土壤氨基酸和无机氮的吸收、野外原位研究嵩草草甸优势物种在土壤氮素的吸收形态上发生生态位分化的程度,检验群落中主要植物种在土壤氮资源吸收过程中产生生态位分化的程度,揭示高寒植物有机营养特征,加深对陆地高寒草甸生态系统氮循环的理解,为青藏高原高寒草甸生态系统的可持续发展模式提供科学依据。研究结果如下:（1）高寒矮嵩草草甸、藏嵩草草甸和退化矮嵩草草甸土壤中的优势个体游离氨基酸分别是:苯丙氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、精氨酸、脯氨酸、谷氨酸和甘氨酸,它们占总游离氨基酸含量的70-90%,且这种趋势随草地类型与时间的变化不明显。藏嵩草草甸整个生长季总游离氨基酸态氮平均浓度为6.90mg mg/kg干土,在5.47-8.29 mg/kg范围内变化,最高值出现在6月30日左右。矮嵩草草甸平均浓度为7.44mg N/kg干土,在4.50-10.82 mg/kg范围内变化,最高值出现在5月31日左右。退化矮嵩草草甸土壤总氨基酸氮季节变化不显著,平均浓度为5.04 mg/kg.（2）燕麦、垂穗披碱草、老芒麦和中华羊茅对不同形态和浓度的氮素（无机和有机氮）处理的表现不同。燕麦根茎比对不同形态氮处理表现总体不是十分明显。不同浓度硝酸钾、硝酸铵和苯丙氨酸处理对垂穗披碱草根茎比影响显著,均表现为随浓度升高根茎比显著降低。老芒麦除了对不同浓度甘氨酸表现不显著外,对其他几种无机氮、有机氮浓度变化表现出显著的差异,均随着浓度增加根茎比显著下降。而中华羊茅仅对不同浓度的氯化铵和硝酸铵表现出明显的差异,随浓度升高根茎比显著降低。垂穗披碱草在各类氮素培养液中随着氮素浓度的升高,植物体内氮积累量逐渐升高。但燕麦在各类氮形态培养液中植株氮素积累量表现不一致。但可以说明两种植物在无菌氮素培养条件下均可以吸收有机氮。（3）在高寒矮嵩草草甸和藏嵩草草甸野外原位注射15N标记的15NH4Cl、K15NO3、15N甘氨酸和15N天冬氨酸溶液,结果证明:高寒草甸除豆科植物共生固氮外,还有藏嵩草沼泽草甸藏嵩草、华扁穗草、黑褐苔草,矮嵩草草甸麻花艽具有特殊的吸收氮素营养的方式,应该属于非豆科固氮植物。这可能是首次在高寒草甸生态系统发现多种具特殊方式获取氮源的植物,对高寒湿地生态系统氮循环有重要的理论指导意义;从高寒草甸主要植物利用土壤有机氮的能力看:矮嵩草草甸的矮嵩草、藏嵩草草甸的毛茛、草地早熟禾、针叶苔草、冷地早熟禾吸收甘氨酸的能力比其他植物种强,从土壤吸收的氮中25-35%是由甘氨酸贡献的。这些数据证实:高寒草甸有多种植物尤其是湿、中生植物可以有效利用可溶性有机氮源,特别是氨基酸,而且不同的植物种之间在氮素吸收上存在多样化特点。借此可以解释在速效氮为限制因子的生境中,为什么能形成丰富的物种多样性,植物又是如何高效利用限制性氮资源的。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 土壤中有机氮的形态
• 2.2 土壤自由氨基酸的来源
• 2.3 植物对土壤氨基酸的吸收利用
• 2.4 土壤环境中植物与微生物对氨基酸吸收的竞争
• 2.5 植物对氨基酸的吸收机制
• 2.6 本论文的研究目标、特色和创新点
• 参考文献
• 第三章 高寒草甸土壤游离氨基酸及其土壤可溶性有机氮动态变化
• 3.1 研究地区自然地理概况
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 样地选设
• 3.2.2 取样与分析
• 3.2.3 统计与分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 高寒矮嵩草草甸、藏嵩草草甸和退化矮嵩草草甸土壤游离氨基酸种类
• 3.3.2 高寒矮嵩草草甸、藏嵩草草甸和退化矮嵩草草甸土壤总氨基酸态氮含量
• 3.3.3 矮嵩草草甸可利用性氮形态之间的相互关系
• 参考文献
• 第四章 水培条件下不同形态氮素对高寒草甸优势禾本科牧草生长和氮吸收的影响
• 4.1.材料与方法
• 4.1.1 材料及设计
• 4.1.2 测定项目和方法
• 4.1.2.1 植物根茎比的测定
• 4.1.2.2 可溶性糖含量用蒽酮比色法测定
• 4.1.2.3 脯氨酸含量测定
• 4.1.2.4 氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定根系活力
• 4.1.2.5 硝酸还原酶活性测定
• 4.1.3 数据分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 不同氮素形态、氮素浓度对牧草根茎比的影响
• 4.2.2 不同氮素形态、氮素浓度对垂穗披碱草和燕麦氮积累的影响
• 4.2.3 不同形态氮处理对燕麦和垂穗披碱草可溶性糖含量的影响
• 4.2.4 不同形态氮处理对燕麦和垂穗披碱草组织脯氨酸含量的影响
• 4.2.5 不同形态氮处理对燕麦和垂穗披碱草植物根系活力的影响
• 4.2.6 不同形态氮处理对燕麦和垂穗披碱草组织硝酸还原酶活性的影响
• 4.3 讨论
• 参考文献
• 第五章 野外原位高寒草甸植物种对不同氮化合物的吸收和利用
• 5.1 研究地区自然地理概况
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 样地设置
• 5.2.2 取样及分析
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 高寒草甸优势植物地上组织氮浓度季节动态
• 5.3.2 高寒草甸植物群落主要植物组成及其地上生物量
• 5.3.3 高寒嵩草草甸优势植物吸收土壤氮素多元化途径研究
• 5.4 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文及参加科研项目