干热河谷植物干旱适应δ-生态位空间研究

In this project we probe to describe the plant niche using stable isotope ratios(expressed as δ-value). This method based on stable isotope analysis provides quantitative information commonly utilized to define ecological niche space.The dry-hot valleys are arid or semiarid valleys with savana vegetation. We focus on the major limited factor-water-in these regions, measure the δD、δ18O、δ13C andδ15N in plant and habitats. These data can provide information about water resource and use process and other metabolism process of plant, including the photosynthesis and nitrogen metabolism. We construct the isotopic niche as an area (in δ-space) with the above-mentioned isotopic values (δ-values) as coordinates. This study not only investigate the transport and fractionation of above-mentioned stable isotope in physiological metabolism, but also explore the niche of species. Through this method we can learn the relationship among the water use and photosynthesis and nitrogen metabolism and explore the plant adaptive strategies under water stress. In the δ-niche space if the species niche are separation or overlap can be showed, so we can discuss the mechanism of community assembly about dry-hot vegetation. Compared with the natural resources δ-space the resource consumption by plant community can be measured, so we can discuss the plant affect and feedback to environment. In short, this project will advance the stuty about plant niche，and deepen our understanding about plant drought adaptation and community assembly in dry-hot valleys.

本研究探索性地以稳定性同位素丰度值（δ-值）来描绘植物生态位，该方法可量化定义生态位空间。以干热河谷地区极端环境和特殊植被为对象，围绕该区主要环境限制因子- - 水分，针对植物对水分的吸收利用及与之密切相关的光合及氮吸收利用过程，测定生境和植物体内的δD、δ18O、δ13C和δ15N，以δ-值为坐标构建δ-生态位空间。探讨植物水分利用来源及吸收传输过程，以及光合和营养物质吸收利用等过程中稳定性同位素的走向和分馏。了解干热河谷植物为适应干旱环境而形成的生态位分布状况，分析水分胁迫对光合作用及氮的吸收利用的影响，揭示植物对水分胁迫的适应对策。了解干热河谷植物与水分相关的生态位是分化还是重叠？探讨干热河谷植物多样性形成与维持机制。探讨群落水平上植被对资源的利用范围和程度，揭示植物对环境的反馈机制。总之，本项目将推进对植物生态位的研究，加深对植物干旱适应对策认识，深化对干热河谷群落构建机理的了解。

本项目以干热河谷地区特殊植被为对象，围绕该区主要环境限制因子——水分，针对植物对水分的吸收利用及与之关系密切的光合和氮利用过程，以稳定性同位素为手段，测定生境和植物体内的δD、δ18O、δ13C和δ15N，获得了δ-值域空间，并据此分析了植物水分利用效率。为揭示δ-值的生态学意义以及植物的干旱适应特征，对干热河谷区典型植物的功能性状进行了研究。研究表明：（1）相对于可以利用的土壤水δD、δ18O值，植物吸收的水分δ-值更为集中和贫化；（2）研究区大部分植物采取C3光合途径，也有少部分植物种采用C4途径；（3）旱季不同海拔植物的δ13C值和水分利用效率存在显著性差异，水分利用效率与海拔梯度间为非线性关系，在中间海拔水分利用效率最高；（4）植物δD、δ18O、δ13C和δ15N值两两之间无显著线性相关关系；（5）在研究植物种功能性状的平均值或进行功能性状的种间比较时，种内变异不能被忽视；（6）随着干湿季节转换，干热河谷区水热环境产生较大差异，随着海拔变化，植物在叶片功能性状上呈现出不同的适应组合；雨季叶密度对海拔变化较为敏感，而在旱季，则是叶片厚度对海拔的变化敏感；雨季的叶片厚度极显著高于旱季，叶密度显著高于旱季；（7）发明了2种技术用于提高戟叶酸模和坡柳的繁殖效率。研究为了解干热河谷植物状况提供了资料，探讨了该区域植物的适应对策，为合理开发利用以及恢复和保护干热河谷提供了科学依据和技术支持。