內(nèi)蒙古東部典型草原生物量的時(shí)空變化

內(nèi)蒙古東部典型草原生物量的時(shí)空變化

自1960年以來(lái)，生物量的研究主要是由國(guó)際生物計(jì)劃（ibp）制定的。生物量是衡量牧場(chǎng)生產(chǎn)力的參考點(diǎn)之一，也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo)。它對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的形成具有十分重要的影響,代表了生態(tài)系統(tǒng)利用物質(zhì)和能量的能力。中國(guó)科學(xué)院草原生態(tài)系統(tǒng)定位站自1978年以來(lái),在內(nèi)蒙古東部典型草原地區(qū)對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)第一性生產(chǎn)力進(jìn)行了系統(tǒng)觀察,從生態(tài)學(xué)角度探索了大針茅Stipagrandis草原、羊草Leymuschinensis草原地上和地下部生物量季節(jié)變化、增長(zhǎng)速率、群落生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、生物量形成與氣候、土壤水分的關(guān)系。梁燕對(duì)羊草草原不同退化程度植物群落內(nèi)地上部分變化對(duì)群落根系的影響做了研究。周夢(mèng)華研究了云霧山本氏針茅S.bungeana群落根系分布特征得出本氏針茅群落地下生物量、根長(zhǎng)密度、根表面積、比根長(zhǎng)均隨土壤深度增加而減少。大多數(shù)對(duì)天然草地生物量的研究,既探索其本身的變化規(guī)律,也考慮到環(huán)境因素、氣溫、降水的影響,由定性到定量,分析生物量形成與環(huán)境因子的關(guān)系,建立地上部年凈生產(chǎn)量與降水量的回歸方程來(lái)預(yù)報(bào)產(chǎn)量,對(duì)草地生產(chǎn)起到了指導(dǎo)作用。為此分析了不同草地類型的同期地下和地上生物量的變化,為當(dāng)?shù)夭莸睾侠砝靡约巴嘶莸氐幕謴?fù)改良等提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1生態(tài)、氣候條件昭蘇馬場(chǎng)位于中天山山系的昭蘇-特克斯山間盆地,烏孫塔烏山南麓,特克斯河兩岸,地處東經(jīng)80°10′~80°30′,北緯42°38′~43°15′,海拔1600~4800m。地形地貌可分為4個(gè)景觀單元,從北向南依次為阿克喬克山及前山丘陵,發(fā)育著高寒草甸、山地高草草甸和低山丘陵草甸草地;特克斯河北岸河灘階地,發(fā)育著草甸草原草地;特克斯河南岸低山丘陵,發(fā)育著丘陵草原和草甸草原;哈爾克山,發(fā)育著高寒草甸與山地草甸。年均溫0.7~2.9℃;最熱月7月均溫14.6℃,最冷月1月均溫-11.7℃,年極端最高溫33.5℃,最低溫-34.1℃;≥10℃的年積溫僅1328.1℃;無(wú)霜期85~100d;年均降水量平原區(qū)為350~500mm,山區(qū)為600~800mm,4-9月降水量占全年總降水量的84%;年蒸發(fā)量1342mm,是降水量的2.62倍;平均日照時(shí)間2540h。各觀測(cè)點(diǎn)的基本情況見(jiàn)表1。1.2樣地和土柱法2002年5月在昭蘇馬場(chǎng)4個(gè)地貌單元的亞高山草甸、中山草甸、丘陵草甸、山前沖積扇草甸、丘陵草甸草原、河灘階地草原、丘陵草原的草地資源類型中分別設(shè)置了100m×100m的樣地。于2006年7月20-30日在樣地內(nèi),沿對(duì)角線方向布置10個(gè)0.5m×0.5m的樣方進(jìn)行系統(tǒng)取樣;在每個(gè)樣方內(nèi),從莖基部剪下全部地上部分,裝入密封塑料袋,帶回室內(nèi)用百分之一電子天平稱鮮質(zhì)量。同時(shí),采用土柱法同步進(jìn)行地下生物量的測(cè)定,在每個(gè)測(cè)定地上生物量的樣方內(nèi)設(shè)一個(gè)地下生物量測(cè)定樣方,分0~10、10~20、20~30cm3層進(jìn)行取樣;將土體分層裝入布袋中,帶回室內(nèi)進(jìn)行沖洗(由于試驗(yàn)區(qū)條件限制,文中的生物量均采用鮮質(zhì)量)。1.3處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理均采用Excel和DPS軟件進(jìn)行。2結(jié)果與分析2.1cm土層中的地下生物量昭蘇馬場(chǎng)不同草地類型的地下生物量隨土層深度的不同而異(表2)。其地下生物量主要分布在0~10cm土層中。亞高山草甸和山前沖積扇草甸的地下生物量在0~10cm土層中分布最大,分別占地下總生物量的84.36%和86.89%;10~20cm土層中的地下生物量分別占13.50%和8.81%;20~30cm土層中的生物量分別占2.14%和4.30%。河灘階地草甸草原的地下生物量最小,0~10cm的土層中分布的生物量約占地下總生物量的82.49%,10~20和20~30cm土層中的地下生物量分別占地下總生物量的13.61%和3.89%。2.2地下光合產(chǎn)物分配從表3可以看出,亞高山草甸地下生物量、地上生物量最大,分別為5480.75和2623.22g/m2;河灘階地草甸草原的地下生物量、地上生物量最小,分別為1996.25和1566.91g/m2。地下生物量與地上生物量的比值可以反映分配給地下部分光合產(chǎn)物的比例,是群落或生態(tài)系統(tǒng)的重要參數(shù)之一,對(duì)草地生產(chǎn)具有十分重要的意義。河灘階地草甸草原的地下生物量與地上生物量比值最小,為1.27,這是由于河灘階地草甸草原處于水分條件差、放牧利用過(guò)重的地段,草地地上生物量小,能夠提供給地下部分的光合產(chǎn)物也就少,致使地下生物量也少,地下與地上生物量的比值最小;而中山草甸水分條件最好,給植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了良好的條件,植物種類豐富,地下、地上生物量比值最大,達(dá)2.70。表現(xiàn)在草地類型的生物量變異上,地上、地下生物量沿著草甸、草甸草原、草原的生態(tài)系列逐級(jí)降低,其中亞高山草甸最高,河灘階地草甸草原最低,其變率有2個(gè)較為明顯的峰值,即由草甸向草甸草原的變化和由山地草原向河灘階地草甸草原的變化,變化量都在前一類型的50%左右。3氣候、土壤深度對(duì)植物分布的影響昭蘇馬場(chǎng)不同草地類型的地下生物量具有空間梯度上的垂直分布不均勻性。主要分布在0~10cm的草皮層中,分布呈“T”型,即各層生物量呈遞減趨勢(shì)。各草地類型在0~10cm土層中地下生物量所占地下總生物量的比例均表現(xiàn)在84.36%以上,而20~30cm土層中的地下生物量所占比例均在4.30%以下。昭蘇馬場(chǎng)不同草地類型地下生物量的垂直分布特征與當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤有很密切的關(guān)系。該地區(qū)水熱同季,植物大部分根系分布在0~10cm的表土層中,以利用這一有利條件,獲取更多的熱量、水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng),同時(shí)表層土壤通氣條件較好,這些都為根系生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造了較有利的條件;隨著土壤深度的增加,土壤溫度、含水量和通氣條件變劣,根量也隨之減少,這顯示了草地植物對(duì)生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性。在植被的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中地上生物量和地下生物量之間是相輔相成,息息相關(guān),既互相依存,又互相競(jìng)爭(zhēng),構(gòu)成一個(gè)比例協(xié)調(diào)且與環(huán)境條件相適應(yīng)的有機(jī)整體。植物根系發(fā)育良好,地下生物量較高,則能促進(jìn)植物地上部的生長(zhǎng)發(fā)育,獲得較高的地上生物量。各類型的地下生物量和地上生物量密切相關(guān),地下和地上生物量的比值越大,地上生物量就越高。其中,比值最小的河灘階地草甸草原水分條件差,其地下與地上生物量的比值最小;而中山