内蒙古东部典型草原生物量的时空变化

内蒙古东部典型草原生物量的时空变化

自1960年以来，生物量的研究主要是由国际生物计划（ibp）制定的。生物量是衡量牧场生产力的参考点之一，也是植物生长发育的重要指标。它对生态系统结构的形成具有十分重要的影响,代表了生态系统利用物质和能量的能力。中国科学院草原生态系统定位站自1978年以来,在内蒙古东部典型草原地区对草原生态系统第一性生产力进行了系统观察,从生态学角度探索了大针茅Stipagrandis草原、羊草Leymuschinensis草原地上和地下部生物量季节变化、增长速率、群落生产结构、生物量形成与气候、土壤水分的关系。梁燕对羊草草原不同退化程度植物群落内地上部分变化对群落根系的影响做了研究。周梦华研究了云雾山本氏针茅S.bungeana群落根系分布特征得出本氏针茅群落地下生物量、根长密度、根表面积、比根长均随土壤深度增加而减少。大多数对天然草地生物量的研究,既探索其本身的变化规律,也考虑到环境因素、气温、降水的影响,由定性到定量,分析生物量形成与环境因子的关系,建立地上部年净生产量与降水量的回归方程来预报产量,对草地生产起到了指导作用。为此分析了不同草地类型的同期地下和地上生物量的变化,为当地草地合理利用以及退化草地的恢复改良等提供科学依据。1材料和方法1.1生态、气候条件昭苏马场位于中天山山系的昭苏-特克斯山间盆地,乌孙塔乌山南麓,特克斯河两岸,地处东经80°10′~80°30′,北纬42°38′~43°15′,海拔1600~4800m。地形地貌可分为4个景观单元,从北向南依次为阿克乔克山及前山丘陵,发育着高寒草甸、山地高草草甸和低山丘陵草甸草地;特克斯河北岸河滩阶地,发育着草甸草原草地;特克斯河南岸低山丘陵,发育着丘陵草原和草甸草原;哈尔克山,发育着高寒草甸与山地草甸。年均温0.7~2.9℃;最热月7月均温14.6℃,最冷月1月均温-11.7℃,年极端最高温33.5℃,最低温-34.1℃;≥10℃的年积温仅1328.1℃;无霜期85~100d;年均降水量平原区为350~500mm,山区为600~800mm,4-9月降水量占全年总降水量的84%;年蒸发量1342mm,是降水量的2.62倍;平均日照时间2540h。各观测点的基本情况见表1。1.2样地和土柱法2002年5月在昭苏马场4个地貌单元的亚高山草甸、中山草甸、丘陵草甸、山前冲积扇草甸、丘陵草甸草原、河滩阶地草原、丘陵草原的草地资源类型中分别设置了100m×100m的样地。于2006年7月20-30日在样地内,沿对角线方向布置10个0.5m×0.5m的样方进行系统取样;在每个样方内,从茎基部剪下全部地上部分,装入密封塑料袋,带回室内用百分之一电子天平称鲜质量。同时,采用土柱法同步进行地下生物量的测定,在每个测定地上生物量的样方内设一个地下生物量测定样方,分0~10、10~20、20~30cm3层进行取样;将土体分层装入布袋中,带回室内进行冲洗(由于试验区条件限制,文中的生物量均采用鲜质量)。1.3处理数据数据统计和处理均采用Excel和DPS软件进行。2结果与分析2.1cm土层中的地下生物量昭苏马场不同草地类型的地下生物量随土层深度的不同而异(表2)。其地下生物量主要分布在0~10cm土层中。亚高山草甸和山前冲积扇草甸的地下生物量在0~10cm土层中分布最大,分别占地下总生物量的84.36%和86.89%;10~20cm土层中的地下生物量分别占13.50%和8.81%;20~30cm土层中的生物量分别占2.14%和4.30%。河滩阶地草甸草原的地下生物量最小,0~10cm的土层中分布的生物量约占地下总生物量的82.49%,10~20和20~30cm土层中的地下生物量分别占地下总生物量的13.61%和3.89%。2.2地下光合产物分配从表3可以看出,亚高山草甸地下生物量、地上生物量最大,分别为5480.75和2623.22g/m2;河滩阶地草甸草原的地下生物量、地上生物量最小,分别为1996.25和1566.91g/m2。地下生物量与地上生物量的比值可以反映分配给地下部分光合产物的比例,是群落或生态系统的重要参数之一,对草地生产具有十分重要的意义。河滩阶地草甸草原的地下生物量与地上生物量比值最小,为1.27,这是由于河滩阶地草甸草原处于水分条件差、放牧利用过重的地段,草地地上生物量小,能够提供给地下部分的光合产物也就少,致使地下生物量也少,地下与地上生物量的比值最小;而中山草甸水分条件最好,给植物的生长发育提供了良好的条件,植物种类丰富,地下、地上生物量比值最大,达2.70。表现在草地类型的生物量变异上,地上、地下生物量沿着草甸、草甸草原、草原的生态系列逐级降低,其中亚高山草甸最高,河滩阶地草甸草原最低,其变率有2个较为明显的峰值,即由草甸向草甸草原的变化和由山地草原向河滩阶地草甸草原的变化,变化量都在前一类型的50%左右。3气候、土壤深度对植物分布的影响昭苏马场不同草地类型的地下生物量具有空间梯度上的垂直分布不均匀性。主要分布在0~10cm的草皮层中,分布呈“T”型,即各层生物量呈递减趋势。各草地类型在0~10cm土层中地下生物量所占地下总生物量的比例均表现在84.36%以上,而20~30cm土层中的地下生物量所占比例均在4.30%以下。昭苏马场不同草地类型地下生物量的垂直分布特征与当地的气候、土壤有很密切的关系。该地区水热同季,植物大部分根系分布在0~10cm的表土层中,以利用这一有利条件,获取更多的热量、水分和矿质营养,同时表层土壤通气条件较好,这些都为根系生长发育创造了较有利的条件;随着土壤深度的增加,土壤温度、含水量和通气条件变劣,根量也随之减少,这显示了草地植物对生态环境的适应性。在植被的整个生长过程中地上生物量和地下生物量之间是相辅相成,息息相关,既互相依存,又互相竞争,构成一个比例协调且与环境条件相适应的有机整体。植物根系发育良好,地下生物量较高,则能促进植物地上部的生长发育,获得较高的地上生物量。各类型的地下生物量和地上生物量密切相关,地下和地上生物量的比值越大,地上生物量就越高。其中,比值最小的河滩阶地草甸草原水分条件差,其地下与地上生物量的比值最小;而中山