基于植硅体形态的黄旗海流域草原C3/C4植物判定与植被重建

Phytoliths, as an important vegetation evolution index, have significant advantages (e.g., high content; a good index for Gramineae) in studying grassland ecosystems, which will provide potentials to explore the grassland vegetation functional groups (e.g., C3/C4 plants). In this project, we will investigate the vegetation and collect phytolith morphology data of the areas surrounding the Huangqihai. Simultaneously, we will analyze the phytolith morphology of modern plant and surface soils to establish phytolith morphology combination index of different C3/C4 plants. Besides, we plan to reveal the transport processes of phytoliths under the force of wind and water by analyzing the phytolith morphology of modern surface soils, riverway surface sediments and lake surface sediments. This will ensure the phytolith composition of the lake sediments could reflect the surrounding vegetation. Based on the above results, we could reconstruct the C3/C4 plants dynamic of forest-steppe ecotone during the last 2000 years based on the phytolith morphology of the Huangqihai lake sediments, combining with the existing pollen record and chronology results. The aim of this study is to enrich our understanding about the role of phytoliths in reconstructing the grassland vegetation evolution. This study will also help to recover vegetation dynamic of grassland ecosystem under the impact of the future climate changes and anthropogenic activities.

植硅体作为植被演化重要指标，在草本植物中产量大、对禾本科植物指示性好等特点使其在草原生态系统的研究中具有优势，不同功能类群植物植硅体形态的差异为研究草原植物功能类群C3、C4植物提供可能性。本研究拟以植被对气候变化敏感的黄旗海流域为研究区域，通过植被调查和草本种植硅体形态数据的收集，并分析现代植物和表土中植硅体的形态，建立指示C3/C4植物植硅体形态组合指标；通过对比现代表土、河道、湖表沉积物的植硅体形态组成，揭示风力和水力作用对植硅体迁移的影响，提出基于湖泊沉积物植硅体复原流域植物功能类群组成的方案；基于以上研究结果，利用黄旗海沉积物中植硅体形态组合、沉积物碳同位素，结合已有测年结果和孢粉记录，重建近2000年以来林草交错带草原C3/C4植物的动态演变过程。为今后利用植硅体重建过去草原植物演化奠定基础，为研究未来气候变化和人类活动影响下草原生态系统植被变化提供参考。

植硅体在草本植物中含量较高且在沉积物中可长时间保留，因此可作为草原生态系统植被演化的重要指标。通过植物中植硅体形态和碳同位素（δ13C）的研究，可探讨植硅体在C3/C4植物演替的应用潜力。植硅体是植物中硅（Si）的主要部分，而植物中的植硅体在植物凋落或死亡后沉积在土壤中，成为土壤Si的一部分。通过植物和土壤中Si含量的研究，可深入了解自然草原生态系统中的Si对植物碳（C）、氮（N）和磷（P）等元素的作用。此外，通过黄旗海沉积物中有机碳（TOC）的分析和碳沉积速率（CAR）的计算，分析了气候和植被动态对碳沉积的影响。通过植物、表土和沉积物的采样分析，对以上三方面内容的研究，得到以下主要结论：1）糙隐子草植硅体的形态大小没有受到气候和人为活动强度的显著影响，表土、河道和湖泊表层沉积物三部分的的植硅体组合的判定函数分析没有指示出植硅体的主要迁移动力；2）植硅体δ13C在一定程度上可以区分C3和C4植物，但植硅体和其对应的植物δ13C之间存在差异，且这种差异在不同物种之间不同，这可能与不同物种的植硅体形态组合与植硅体包裹碳组分差异有关；3）自然草原生态系统中Si可促进植物对N和P的利用，禾本科植物中的Si可以替代部分C组分起到支撑作用，进而影响植物C、N和P的化学计量；4）黄旗海和林草交错带的其他13个湖泊的沉积物中CAR受到森林比例和植被盖度的影响，森林的扩张促进湖泊CAR，然而该研究区的CAR和主导影响因素的空间差异性较大。通过以上的研究，植硅体形态和植硅体δ13C的研究可为林草交错带的植被动态提供参考，而植被动态与碳沉积的关系可为陆地植被变化对全球碳循环研究提供理论依据。此外，现代草地的植硅体和Si对植物营养元素的利用和累积具有重要作用，对草原生态系统管理具有重要意义。