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植物碳氮同位素组成（δ13C和δ15N）在一定的时间和空间上能够综合反映碳氮循环特征，为理解生态系统中的碳氮循环提供有用信息。探明植物δ13C、δ15N的空间变异特征及其对气候因子的响应规律有助于深入理解全球气候变化对草地生态系统碳、氮循环的影响，并为科学的认识和预测气候变化条件下草地生态系统的演化和发展趋势提供科学依据。中国草地样带涵盖了中国大部分的草地类型，为研究草地生态系统植物δ13C、δ15N随全球变化驱动因素的梯度变化提供了理想的研究场所。本论文以中国草地样带为研究平台，基于全国陆地生态信息气象栅格数据库，分别在物种与群落水平分析植物叶片δ13C、δ15N的空间变异特征以及其对气候因子的响应，并最终确定植物叶片δ13C、δ15N的空间格局的主控因子。此外，本论文也对植物叶片δ13C、δ15N与叶片营养元素的关系以及环境因素对该关系的影响进行分析研究，以期将植物C、N、P等元素化学计量与生态系统碳、氮、水循环联系起来。论文的主要研究结果如下:
(1)群落水平植物叶片δ13C、δ15N变异系数低于物种水平;内蒙古地区植物叶片δ15N显著高于青藏高原;不同生活型植物叶片δ13C差异显著，但在不同区域表现不同，内蒙古地区，草本植物叶片δ13C低于灌木，青藏高原情况相反;豆科植物叶片δ15N显著低于非豆科植物，包含豆科植物的功能群植物叶片δ15N低于不包含豆科植物的功能群植物;C3植物δ13C存在叶片＜根系这一普遍规律，而叶片与根系间的δ15N差异没有统一规律。
(2)植物叶片δ13C，在青藏高原和内蒙古地区均随海拔的升高而增大，随经纬度增加而减小，在整个草地样带空间格局并不显著;植物叶片δ15N，在整个草地样带和青藏高原随海拔升高而减小，随经纬度增加而增大，在内蒙古，叶片δ15N随海拔升高而增大，随经纬度增加而减小。此外，群落水平植物叶片δ13C和δ15N随地理梯度的变化率要低于物种水平，并且内蒙古地区叶片δ13C、δ15N随地理梯度的变化率高于青藏高原。
(3)内蒙古地区，降水和温度分别是影响植物叶片δ13C和δ15N空间格局的主要因子;青藏高原，大气压强是影响植物叶片δ13C和δ15N空间格局的主要因子;整个草地样带，降水和大气压强以及温度和大气压强分别决定了植物叶片δ13C和δ15N的空间格局，但是降水和温度分别是最主要的决定因子。
(4)由于环境因素的影响，不同区域植物叶片δ13C和δ15N与叶片元素及元素比率的关系不同。内蒙古地区，植物δ13C与叶片N、C/P和N/P正相关;与叶片C不相关甚至负相关;与叶片P和C/N负相关。青藏高原，植物叶片δ13C与叶片N和N/P不相关;与叶片C、C/N和C/P正相关;与叶片P负相关。在所有叶片元素中，只有叶片K在不同区域均与植物叶片δ13C显著负相关。整个草地样带和青藏高原，植物叶片δ15N与叶片N负相关，而内蒙古地区，植物叶片δ15N与叶片N正相关。
综上所述，不同地区植物叶片δ13C和δ15N的驱动因子不同，导致不同地区植物叶片δ13C和δ15N随环境梯度的变化率不同;群落水平植物叶片δ13C和δ15N随环境梯度的变化率低于物种水平，体现了在气候变化背景下，物种多样性可能在维持生态系统碳氮循环稳定起重要作用。环境因素通过改变植物叶片元素与光合效率或气孔导度或土壤N有效性的关系，进而影响植物叶片元素与叶片δ13C和δ15N的关系。