塔里木河流域荒漠檉柳生物量特征分析

李丕軍　艾吉爾?阿不拉　王文月等

摘要[目的]分析塔里木河流域荒漠檉柳生物量特征。

[方法]該研究針對塔里木河流域荒漠檉柳的生物量進(jìn)行研究，采集不同蓋度下的檉柳樣本，分析其地下、地下生物量分布特征。[結(jié)果]（1）檉柳地上生物量隨著覆蓋度的增加而增加。（2）以標(biāo)準(zhǔn)株檉柳地上生物量為x，地下生物量為y，進(jìn)行方程擬合得出地上-地下生物量之間的異速方程y=5.517 7x0.834 6 （R2=0.820 8）。（3）檉柳灌叢地上生物量與灌叢地徑、株高有極強(qiáng)的正相關(guān)性，生物量與冠幅在0.05水平上相關(guān)性顯著。[結(jié)論]該研究為監(jiān)測評估以灌木檉柳為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞檉柳；生物量；塔里木河流域

中圖分類號S793.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）07-167-03

Analysis on Desert Tamarisk chinensis Characteristics of Biomass in Tarim River

LI Pi-jun， AI JIER·Abula， WANG Wen-yue et al

（Academy of Forestry Science of Xinjiang， Urumqi， Xinjiang 830002）

Abstract

[Objective]The desert Tamarisk chinensis characteristics of biomass in Tarim River were studied.[Method]

The study was conducted research on biomass of desert Tamarisk chinensis， and samples collected under different coverage， the aboveground ， underground biomass distribution were analyzed. [Result] （1） Tamarisk chinensis aboveground biomass increases with increasing coverage increases. （2） With standard strains of aboveground biomass of Tamarisk chinensis as x， underground biomass for y， the allometric equation was： y=5.517 7x0.834 6 （R2=0.820 8）.（3） Plant height and diameter have a very strong positive correlation with aboveground biomass. Biomass with crown width correlation is significant at the 0.05 level. [Conclusion]The study provides a theoretical basis and data support for the valuation of ecosystem services.

Key words Tamarisk chinensis； Biomass； Tarim River

生物量是目前評價(jià)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要指標(biāo)之一，它直接反映了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣與功能的高低，因而生物量成為研究許多生態(tài)問題的基礎(chǔ)[1-4]。隨著地球生態(tài)系統(tǒng)受人類活動影響的不斷加深，人們也越來越關(guān)注陸地生態(tài)系統(tǒng)和全球變化的相互作用，也越來越需要了解有關(guān)地球生態(tài)系統(tǒng)的各種信息，以便對生態(tài)保護(hù)、自然資源管理、可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對全球氣候變化等宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)[5]。灌木是生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要類型，在生態(tài)保護(hù)、恢復(fù)和重建中有著重要的作用，對灌木生物量的研究是物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)化研究的基礎(chǔ)，也是灌木群落和生態(tài)系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容之一[6]。檉柳作為塔河流域的建群種，分析其生物量特征對研究檉柳在整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)中的服務(wù)功能價(jià)值有著重要的作用。目前對灌木生物量的研究主要集中在模型預(yù)測和與周邊環(huán)境因子的相關(guān)性上，如研究不同方法測定灌木生物量的可行性，不同部位的生物量占總生物量的比重，區(qū)域小環(huán)境對生物量的影響等[7-10]。該研究結(jié)合前人研究進(jìn)展，通過研究檉柳灌叢生物量分配特征來計(jì)算檉柳生物量，為以灌木檉柳為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能監(jiān)測評估提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)選址于塔里木河流域塔克拉瑪干沙漠北部邊緣的輪臺縣輪南鎮(zhèn)，該地屬暖溫帶大陸性干旱氣候，中部平原區(qū)年平均氣溫10.6 ℃，積溫為4 520 ℃，年平均總降水量為65.6 mm，年平均蒸發(fā)量2 077 mm，年日照時(shí)數(shù)2 787 h，無霜期189 d。

1.2研究方法

選擇以檉柳為主要建群種，群落高度基本一致、長勢良好、無積沙的檉柳林地為樣地，伴生樹種為鹽穗木。分別設(shè)計(jì)覆蓋度為20%～30%、30%～40%、40%～60%的3個(gè)區(qū)間范圍，用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ來表示。3種覆蓋度分別設(shè)置3個(gè)100 m×100 m的樣地作為重復(fù)。對各樣地內(nèi)的檉柳進(jìn)行每木檢尺，測量株高、冠幅和地徑，每叢測量全部枝條，取其平均值作為該叢的地徑，以1 cm徑階劃分5個(gè)徑級，不同覆蓋度樣地隨機(jī)選取4株標(biāo)準(zhǔn)株。

生物量研究方法：將標(biāo)準(zhǔn)株整叢挖出，采用人工溝壕挖掘法和根系跟蹤法將植物根系暴露出來，在挖掘的過程中盡量保持根系位置不變，挖掘至無法辨認(rèn)出根系為止，深度為3.5 m。將挖出的根系去除土壤后稱重。采用全稱重法野外實(shí)測地上部分鮮質(zhì)量，將各部分分別取樣，裝入袋中帶回實(shí)驗(yàn)室（當(dāng)樣品鮮重不足250 g時(shí)，取其全部作為試驗(yàn)樣品；當(dāng)樣品鮮重大于250 g時(shí)，取250 g作為試驗(yàn)樣品），先置于烘箱內(nèi)105 ℃恒溫烘 2 h，然后調(diào)至85 ℃恒溫烘5 h進(jìn)行第1次稱重，然后每隔 2 h 稱重1次，直至2次稱重相對誤差 ≤1.0%，稱量樣品的干重。

1.3數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007整理數(shù)據(jù)，利用SPSS 17.0軟件對不同覆蓋度的生物量進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1 檉柳地上部分生物量

檉柳灌叢地上生物量隨著覆蓋度的增加而增大（圖1）。覆蓋度為 Ⅰ 、 Ⅱ 和Ⅲ的檉柳灌叢地上生物量平均為3.11、4.09和15.25 kg。覆蓋度為 Ⅰ 的檉柳樣地徑級分布比較均勻（圖2），

主要原因是由于成林的時(shí)間較短，林木處于生長期；覆蓋度為Ⅱ的檉柳樣地，徑級在1～3 cm的植株較多，4～5 cm徑級分布較少；覆蓋度為Ⅲ的檉柳樣地徑級分布比較均勻，整體分布趨于成熟。植被覆蓋度對檉柳灌叢的地上生物量有著顯著的影響，覆蓋度越大，單位面積內(nèi)檉

柳灌叢越多，檉柳成林時(shí)間越長，徑級生物量積累也相應(yīng)增加。覆蓋度大的植物進(jìn)行光合作用的面積越大，積累的能量越多，也將導(dǎo)致生物量積累相應(yīng)增加。

圖1不同覆蓋度檉柳灌叢地上生物量比較

2.2檉柳地下部分生物量

地下生物量在不同土層深度中的分布也存在差異（圖3）。覆蓋度為Ⅰ和Ⅱ的樣地中檉柳灌叢地下部分生物量均勻分布于0～100 cm范圍內(nèi)，地下生物量隨著土層深度的增加而呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。覆蓋度為Ⅲ樣地中檉柳灌叢地下部分生物量多分布于0～80 cm范圍內(nèi)。土壤含水量隨著土層深度的增加同樣存在先上升后下降的趨勢。由于干旱環(huán)境下天然降水對植物的影響微乎其微，導(dǎo)致土壤表層含水量較小，植物無法在土壤表層獲得維持生長所需的水分，植物根系垂直向下延伸通過淺層地下水來滿足生長所需水分[11]。由圖3可知，地下生物量的變化趨勢與土壤含水量有著相關(guān)性。

圖2不同覆蓋度檉柳灌叢徑級分布

圖3不同覆蓋度檉柳地下（0～100 cm） 各土層生物量和土壤含水量比較

2.3檉柳灌叢地下生物量與地上生物量相關(guān)性

由于在大面積估算檉柳灌叢生物量時(shí)無法采用全挖法將所有的植株全部挖出，測量其地下根系的生物量，所以采用估算的方法計(jì)算出地上生物量與地下生物量的方程，便于大面積計(jì)算檉柳生物量。通過對比檉柳地上部分生物量和地下部分生物量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，地上生物量與地下生物量屬于異速生長模型y=axb，以標(biāo)準(zhǔn)株檉柳地上生物量為x，地下生物量為y，進(jìn)行非線性方程擬合得出地上地下生物量之間的方程y=5.517 7x0.834 6（R2=0.820 8，經(jīng)回歸檢驗(yàn)F>F0.01，P<0.01），通過求得地上生物量估算地下生物量（圖4）。利用檉柳灌叢地上與地下生物量的關(guān)系可以求出總生物量。覆蓋度為 Ⅰ 的總生物量為2 373.451 kg/hm2，覆蓋度為 Ⅱ 的總生物量為3 956.858 kg/hm2，覆蓋度為Ⅲ的總生物量為7 753.039 kg/hm2。

2.4檉柳灌叢生物量與個(gè)體形態(tài)及土壤性質(zhì)相關(guān)性分析

生物量的積累往往是受到多方面因素的影響，自身?xiàng)l件與外部因素都會對生物量積累起到一定的作用。通過相關(guān)性分析，可得出生物量受到哪些因素的影響。由表1可知，灌

圖4檉柳地上與地下部分生物量線性關(guān)系

叢地上生物量與地徑、株高有著極強(qiáng)的正相關(guān)性（P<0.01，R=0.744、R=0.714）。生物量與冠幅在0.05水平上相關(guān)性顯著（R=0.532）。檉柳灌叢的地上部分生物量受到地徑、株高、冠幅的共同影響，同時(shí)水分對生物量的影響也是極其重要的。

表1 個(gè)體形態(tài)與生物量相關(guān)性矩陣

地徑株高生物量冠幅

地徑1

株高0.896**1

生物量0.744**0.714**1

冠幅-0.0300.0500.532*1

注：**表示達(dá)到1%的顯著水平；*表示達(dá)到5%的顯著水平。

3結(jié)論與討論

3.1根系的空間分布特征

根據(jù)對根系垂直分布的研究得知，塔河流域檉柳的垂直根系主要分布在0.2～1.0 m土層中。許皓和李彥[12]對新疆古爾班通古特沙漠多枝檉柳的研究發(fā)現(xiàn)，根系主要集中在2.4～3.1 m，表現(xiàn)出了深根型的特點(diǎn)，這與該研究結(jié)果有差異，造成差異的原因可能與地下水位有關(guān)。該研究與楊小林等[13]對塔克拉瑪干沙漠腹地檉柳根系的研究結(jié)果基本相似。但是在根系挖掘過程中，并未發(fā)現(xiàn)有大量的水平根系，在0～3.5 m的范圍內(nèi)，主根基本上都呈現(xiàn)韌皮部腐爛的情況，并且未在主根上發(fā)現(xiàn)一級、二級側(cè)根。出現(xiàn)這種狀況的原因可能與底部水分充足、土壤的顆粒小、通透性差、溫度高有關(guān)。

3.2生物量地上-地下分配比例對檉柳生長的影響

檉柳灌叢生物量主要分配在根系部分，這使得檉柳能夠更好地利

用土壤中的養(yǎng)分資源并且將養(yǎng)分資源用于地下生物量的積

累，同時(shí)也削弱了地上部分對水分的消耗[14]。不同覆蓋度下生物量地上地下部分所占的比例不同，表現(xiàn)為覆蓋度越大，地下生物量所占比例越小，這與地下水以及土壤含水量有關(guān)，說明在一定程度上，檉柳林的覆蓋度越大，地下含水量也會越多，覆蓋度的增加對于涵養(yǎng)水源有一定的促進(jìn)作用。

3.3地上-地下生物量異速生長模型

通過對比檉柳地上部分生物量和地下部分生物量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，地上生物量與地下生物量屬于異速生長模型y=axb，

利用檉柳灌叢地上與地下生物量的線性關(guān)系可以求出總生物量。覆蓋度為 Ⅰ 的生物量為2 373.451 kg/hm2，覆蓋度為Ⅱ的總生物量為3 956.858 kg/hm2，覆蓋度為Ⅲ的總生物量為7 753.039 kg/hm2。

3.4生物量與個(gè)體形態(tài)及土壤性質(zhì)相關(guān)性

檉柳灌叢生物量的積累與土壤水分含量、灌叢覆蓋度、灌叢地徑、株高以及冠幅都有著直接的關(guān)系。其中土壤含水量對檉柳的灌叢生物量起到?jīng)Q定性作用，這導(dǎo)致檉柳灌叢生物量在不同覆蓋度下存在顯著差異，檉柳灌叢在覆蓋度較大、土壤水分含量大的條件下生物量也較大。

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