青藏高原高寒牧区土—草—畜—人物质循环过程中稳定碳、氮同位素的分析

摘要

稳定性同位素是指原子核稳定，本身不会自发进行放射性衰变或者核裂变的同位素，是存在于自然界中不具有放射性的一类同位素。生态系统各组成要素中由于自然环境等条件的不同而产生的稳定同位素丰度值的不同能够反映各要素元素组成特点以及元素在要素间流动时的特点。
　　青藏高原被誉为地球的第三极，环境恶劣，生态系统简单且脆弱。特殊的地理、气候特点使得青藏高原生态系统生来便具有脆弱易受破坏、破坏后难以恢复等特点。氮素是生态系统中一种重要的营养元素，是每种生物在生长发育过程中必不可少的营养元素之一。而碳循环是自然界物质循环中最重要同时也是最基础组成部分之一。因此，对于青藏高原草地生态系统中碳、氮元素的流动、转化特点的研究至关重要。
　　我们的试验选取了青藏高原5个不同海拔高度的地区；以牧场土壤、家畜可食牧草、牦牛尾毛、藏羊毛、牧民头发为研究对象；测定这些样品中的稳定碳、氮同位素δ13C、δ15N值，全碳、全氮含量；旨在1.分析青藏高原草地生态系统各组成要素中稳定碳、氮同位素δ13C、δ15N值特点；2.试分析青藏高原草地生态系统各组成要素之间，碳、氮元素在土壤-牧草-家畜毛组织-人头发这一物质流动过程中稳定碳、氮同位素的转化、富集情况。通过样品的处理、测定以及数据的分析，我们得出了以下几个结论：
　　1.5个样品采集地区81份土壤样品中有机碳含量的分布范围是2.53~13.26g/kg，总平均值为6.161g/kg；δ13C值范围在-28.03‰~-18.55‰，平均值为-25.29‰，两者整体呈现显著负相关关系（P<0.05）。全氮含量的分布范围是1.18~0.21g/kg，总平均值为0.54g/kg；δ15N值范围在9.33‰~2.30‰，平均值为5.82‰，两者整体呈现不显著负相关关系。
　　2.5个样品采集地区85份牧草样品中全碳含量52.21~26.42g/kg，平均值为42.30g/kg；δ13C值范围在-29.62‰~-24.96‰，平均值为-27.36‰；牧草样品中的全碳含量和δ13C值均存在不显著的正相关关系（P>0.05）。全氮含量的分布范围是4.73~1.23g/kg，总平均值为2.42g/kg；δ15N值范围在8.39‰~-2.52‰，平均值为2.87‰，两者整体呈现极显著正相关关系（P<0.01）。5个样品采集地区总计315份牦牛尾毛样品中，δ13C值大小在-21.32‰~-25.05‰之间，平均δ13C值含量-23.64‰，样品分布均匀；δ15N值变化范围在7.92~2.21‰之间，平均δ15N值4.22‰。
　　3.5个样品采集地区总计258份藏羊毛组织样品中，δ13C值大小在-20.02‰~-24.75‰之间，平均δ13C值含量-23.30‰，样品分布均匀；δ15N值变化范围在8.02‰~2.39‰之间，平均δ15N值4.64‰；5个地区之间藏羊毛样品中δ15N值均相互不存在显著性差异。
　　4.食用相同地区的同一片草原，藏羊毛组织比牦牛尾毛组织更多的富集稳定碳、氮同位素，即同一地区δ13C羊值＞δ13C牛值，δ15N羊值＞δ15N牛值。
　　5.年龄阶段、年龄与地区的交互作用两个测试指标对牦牛、藏羊毛发组织中稳定碳、氮同位素丰度δ13C、δ15N值影响甚微。地区之间不同的海拔差异是造成牦牛或藏羊毛发组织中稳定碳、氮同位素丰度δ13C、δ15N值显著差异的主要因素。
　　6.5个地区共146份头发样品中δ13C值分布范围-20.18‰~-24.19‰，平均δ13C值-21.87‰；δ15N值在8.97‰~2.95‰之间，平均δ15N值为7.02‰。性别与地区两项差异指标均分别对牧民头发样品中δ13C值造成显著影响（P<0.05）。
　　7.在青藏高原生态系统中，牧草-家畜阶段δ13C值富集因子在3.5‰?4.5‰之间；而家畜-人阶段δ13C值富集因子在1.0‰?2.0‰之间。土壤-牧草阶段平均δ15N值富集因子为2.95‰；在牧草-家畜阶段稳定氮同位素平均富集因子在0.5‰-1.0‰之间。牧民头发相对于家畜毛组织δ15N值富集约2.3‰左右。