退化喀斯特森林群落植物生理生态响应的同位素示踪研究

Ecological adaptability of karst plants and physio-ecological response and regulation mechanism under environmental variation are the key scientific questions which must be clearly understood for stability maintenance of karst forest ecosystem and restoration and reconstruction of degraded ecosystem. Our early experiment results showed that carbon and nitrogen isotopic composition is significantly different in different stage of degradation, which provide a basis for the stable isotope tracer physio-ecological response of plant to the environmental variation. The degraded karst forest communities of monitoring study area which belong to the Puding Karst Ecosystem Research Station, Chinese Academy of Sciences is to be selected in this project. Using carbon and nitrogen isotopic composition of dominant plants at different successional stages in degraded karst forest communities, the study focus on the spatial distribution similarities of plant nutrient elements, soil nutrient elements and photosynthesis on different succession stages. The objective of this study is to determine the coupling relationship among the carbon and nitrogen isotopic composition of plants, photosynthesis, Content of nutrients, and environmental conditions, which improve our understanding of plant and soil associated degradation process and regulation mechanism on physio-ecological adaptation of plants.The results of the study will also provide basic data and theory support for ecological control of rocky desertification, the selection of plant species for vegetation restoration and stability maintenance of Karst forest ecosystem.

喀斯特植物的生态适应性及其对环境变异的生理生态响应和调控机制是喀斯特森林生态系统稳定性维护和退化生态系统恢复重建必需明确的关键科学问题。申请者前期实验表明喀斯特不同程度退化区植物碳、氮同位素组成总体差异显著，为应用稳定同位素技术示踪植物对环境变异的生理生态响应提供了基础。本项目拟以中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站监测研究区内的退化喀斯特森林群落为研究对象，以不同演替阶段优势植物的碳、氮同位素组成为主线，考察不同演替阶段群落中植物、土壤营养元素的空间分布特征和植物光合作用特征，探讨植物稳定碳、氮同位素组成与植物光合作用和营养元素含量及环境条件间的耦合关系，加深对喀斯特山地土壤-植被关联退化过程及植物生理生态适应性调控机制的认识，为喀斯特石漠化生态治理植被恢复的物种筛选和喀斯特森林生态系统稳定性的维护提供基础数据和理论支持。

喀斯特植物的生态适应性及其对环境变异的生理生态响应和调控机制是喀斯特森林生态系统稳定性维护和退化生态系统恢复重建必需明确的关键科学问题。本项目以中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站监测研究区内的嵌套子流域—陈旗小流域（高原喀斯特小流域）为例，在陈旗小流域内选取典型的稀灌草丛、藤刺灌丛、灌木林、乔灌过渡林和乔木林等退化喀斯特森林群落为研究对象，以不同演替阶段植物群落中优势植物的碳、氮同位素组成为主线，对退化喀斯特森林群落不同演替阶段土壤-植物系统营养元素的空间分布特征和植物光合作用特征进行了研究，并对同样是喀斯特高原区的王家寨小流域和喀斯特斜坡过渡地带的拉桥小流域进行了必要的对比研究。通过研究，完成了预期目标。进一步明确了天然稳定同位素具有示踪、整合和指示等多项功能。植物稳定碳、氮同位素组成的变异是对生境条件的响应。在响应灵敏度上，稳定氮同位素较稳定碳同位素敏感，植物稳定氮同位素较土壤稳定氮同位素敏感。加深了对喀斯特山地土壤-植被关联退化过程及植物生理生态适应性调控机制的认识。研究结果可为喀斯特地区的生态环境保护，特别是喀斯特石漠化生态治理中的物种筛选和生态系统稳定性的维护提供理论支持和决策参考。.依托本项目资助，已发表相关学术论文23篇，其中，国内核心刊物14篇，国内一般刊物5篇，SCI刊物4篇，CSCD刊物11篇，发表论文全部标注了该项目基金资助。资助项目执行期间，1人晋升中级职称，2人晋升副高职称，1人晋升正高职称。1人学历由硕士研究生提升为博士研究生，1人博士研究生毕业。项目负责人获得贵州省青年科技奖，并入选贵州省优秀青年科技人才和贵州省高层次专家人才。项目负责人指导该项目相关的本科毕业论文10篇，指导学生申报并获批立项该项目相关的大学生科研项目2项，创新创业训练计划项目6项（其中，国家级2项，省级2项，校级4项），指导本科生发表该项目相关的学术论文6篇。