高寒沙地不同恢复年限沙棘叶片δ13C和δ15N变化特征及其影响因素

人工植被建植是青海湖流域沙地生态恢复的有效措施,揭示典型固沙植物的水分和养分利用效率,并分析影响其时间和空间变化的因素,有利于更好地理解固沙植被对高寒干旱环境有限资源的利用策略,为促进脆弱沙区的植被恢复提供有效的理论依据和实践指导。以青海湖东沙地不同恢复年限(1987年、2008年和2015年)栽植的沙棘为研究对象,利用稳定碳氮同位素技术测定植物叶片的δ¹³C、δ¹⁵N、单位质量叶的碳(C)含量(%)、氮(N)含量(%)并计算叶的碳氮比(C/N),基于土壤含水量、叶片含水量及局地气象因子等要素,探究δ¹³C和δ¹⁵N在季节和空间尺度的变化特征及其对局地土壤和气候环境的响应。结果表明:(1)在时间尺度上,沙棘叶片的δ¹³C与δ¹⁵N在生长季呈现出先减小后增大再减小的趋势,C含量呈先升高后降低再升高的趋势,N含量呈逐渐降低的趋势,而C/N则呈现逐渐升高的趋势。(2)在空间尺度上,幼龄林的δ¹³C最高而老龄林最低,δ¹⁵N值呈现相反的趋势,沙棘叶片的C含量、N含量及其C/N均没有表现出明显的差异。(3)δ¹³C值在不同恢复年限沙棘中受到不同因子的影响,而δ¹⁵N值与平均相对湿度(MRH)之间具有显著的负相关性(P < 0.05)。沙棘δ¹³C值的季节变化是气象因子综合作用的结果,而δ¹⁵N值的季节变化是局地气象因子与叶片养分含量综合作用的结果。随着固沙年限的增加,沙棘的δ¹³C值逐渐降低,而δ¹⁵N值却在逐渐增加,固沙植被从幼龄向老龄演替进程中植物的水分利用效率(WUE)与氮素利用效率(NUE)之间具有权衡关系。