安徽省草地生物量空间分布特征

2015-03-26李晓娟

阜阳师范大学学报(自然科学版) 2015年3期

陈杰，李晓娟

(1.阜阳师范学院信息工程学院，安徽阜阳 236041;2.安徽省林业科学研究院森林保护研究所，安徽合肥 230031)

草地是陆地植被的重要组成部分，通过光合作用固定大气中的二氧化碳，在全球碳循环和气候调节中起着重要的作用[1]，具有较高的生态系统服务功能价值[2-3]。随着全球气候变化研究的兴起，包括草地在内的陆地生态系统碳储量越来越受到重视。1990 年代开始，方精云等开展了我国草地生物量与碳储量的研究[4-5]。尽管不少学者已经进行了草地植被的相关研究[6-9]，但相对于森林碳库的研究而言仍然较为薄弱[10-11]。

我国是草地资源大国，现有天然草地面积392.83 ×104km2，占国土面积的40.92%[12]，占世界草地总面积的6% ～8%，碳储量占全球草地总碳储量的9% ～16%[13]，可见我国草地碳储量在全球草地碳库中的重要地位。目前，我国草地植被生物量与碳储量的研究主要集中在北方典型草原区[14-18]，且多在区域及以上水平，而对南方草地和省域水平的研究相对较少[19]。南方草地大多分布于草山、草坡，连片面积小而分散，但各省面积之和仍占全国草地总面积的19.3%[20]。由于南方水热气候条件好，草地植物种类繁多，生长季节长，因此生物量与碳储量相当可观。

在南方各省中安徽的草地面积相对较小，约1.66 ×104km2，占安徽省土地面积的11.93%[12]。安徽地处暖温带与亚热带过渡地区，草地类型多样，具有一定的典型性。本研究通过样地调查，探明安徽省草地植被生物量及其空间分布特征，为进一步分析草地生态系统固碳的现状、机制与潜力奠定基础。

1 样地与取样方法

1.1 样地选择

根据20 世纪80 年代安徽省的草地调查资料[21]，选择了21 个研究样地，按照取样顺序依次编号为01、02、03、…、21。其中，01 ～06 号样地分布在皖北地区;07 ～11 号样地在皖中东部丘陵区;12 ～15 号样地在皖西大别山;16 ～21 号样地在皖南山区(图1)。样地涵盖了安徽境内暖性草丛、热性草丛和热性灌草丛等主要草地类型[22]。

图1 草地生物量调查样地分布

1.2 取样方法

2011 年9 ～10 月进行野外采样，在每个样地选择有代表性的地段设置100 m 样线，每隔10 m 布设一个1 m ×1 m 样方，并依次编号为1、2、3、…、10。

植物地上部分取样:单号样方内植物地上部分全部收割，双号样方按物种分别收割，并收集各样方内的凋落物。现场称量各类样品的总鲜重，同时称取部分或全部地上部样品、分种样品和凋落物，分别装入网袋，置于阴凉通风处。

地下取样:在双号样方用内径为7 cm 的根钻，按0 ～5 ～10 ～20 ～30 cm 的深度分层分别钻取3钻混合，把混合样品用水冲洗干净，分别装入网袋，置于阴凉通风处。由于取样困难，04 与06 号样地仅取0 ～5 cm 和5 ～10 cm 两层，14、16 ～19、21 号样地分别挖取长、宽、深皆为20 cm 的土柱采集根样，没有分层。

植物样品:把野外采集的植物地上部和洗净的地下样品分别装入信封，用恒温烘箱在65 ℃下烘干24 h，称重。

1.3 数据处理

文中数据采用Microsoft Office Excel 2003 处理和IBM SPSS Statistics 19.0 单因素方差分析(ANOVA)的Tukey 方法进行显著性检验。

2 草地生物量空间分布

2.1 地上生物量

草地地上生物量(包括凋落物)具有明显的空间分布特征(见表1)，总体上表现为皖南地区明显高于其他区域，而皖南以外的3 个地区比较接近。在各区域内，除个别样地外，如09、14、20 号等，其他样地的地上生物量差异相对较小。

由表1可知，调查样地的地上生物量总的变化范围是75.73 ～3 729.07 g·m－2，平均值为987.48 g·m－2，有14 个样地(占66.67%)低于500 g·m－2;其中09 号样地最小，18 号样地最大，前者只占后者的2.03%。

分区域来看，皖北、皖中东、皖西和皖南4 个地区内部样地地上生物量的差异(个别样地除外)没有地区之间明显，但区域内样地间的差异也达到了显著或极显著水平。4 个区域地上生物量的平均值分别为272.38、315.59、801.41 和2 386.54 g·m－2，从北向南呈增大趋势，并且皖南极显著地高于皖北和皖中东、显著地高于皖西，皖南以外的3个区域间的差异不显著。

2.2 地下生物量

地下生物量较之地上生物量在各样地之间变化更加明显，特别是皖西和皖南地区;不同土壤深度的地下生物量所占比例在不同区域也有所差异(表2)。

表1 草地地上生物量

表2表明，地下生物量最小为09 号样地的129.88 g·m－2，最大为14 号样地的8 134.18 g·m－2，平均值为2 115.50 g·m－2。在4 个区域中，皖北和皖中东地区绝大数样地的地下生物量低于1 000 g·m－2，平均值为608.32 和619.78 g·m－2，地区内样地之间的差异达到显著或极显著水平;皖西和皖南地区多数样地的地下生物量大于2 000 g·m－2，平均值为2 630.76 和4 525.63 g·m－2。区域间只有皖南显著高于皖北和皖中东地区，其他地区间的差异没有达到显著性水平。

不同层次的地下生物量所占比例随着土壤深度增加而减小。其中，0 ～5 cm 层地下生物量比例最大，约占地下总生物量的43% ～77%，大多数样地超过50%，平均为60.40%;5 ～10 cm 层约占20～33%，平均为25. 74%;10 ～20 cm 层约占8 ～24%，平均为13.86%。另外，从不同区域来看，0 ～5 与5 ～10 cm 两层的比例变化不是十分明显，而10 ～20 cm 层的比例波动则相对较大。

2.3 总生物量

不同样地的草地总生物量见表3所示。总生物量的空间变化与地上生物量、地下生物量的变化趋势基本一致，从北向南呈增大趋势，皖南地区明显高于其他地区。

由表3可知，21 个样地总生物量的变化幅度为205.62 ～10 711.05 g·m－2，09 号样地最小，14号最大，平均值为3 102.99 g·m－2，其中15 个样地(占71.43%)的总生物量低于平均值。从4 个地理区域来看，皖北地区6 个样地总生物量的平均值最小，为880.70 g·m－2;皖中东部的平均值与之接近，为935.37 g·m－2;皖西、皖南的平均值分别为3 432.16 和6 912.17 g·m－2，明显高于皖北和皖中东地区。

表2 草地地下生物量及其在不同土层的比例

表3 草地总生物量与地上生物量比例

在总生物量中，大部分样地的地上部分所占比例在25% ～44%之间，平均为32.18%，地下部分约占总生物量的2/3。在各区域中，皖北、皖中东、皖西和皖南的地上部分比例分别为32. 24%、35.15%、24.99%和34.46%。

3 讨论

草地植被生物量与气候[23]、草地类型[6]密切相关，安徽省气候由北向南从暖温带过渡到亚热带，相应地草地类型也从皖北和中东部的暖性草丛发展为皖西、皖南的热性草丛和热性灌草丛[22]。

安徽境内暖性草丛的优势种大多是黄背草、白羊草等相对矮小的种类，而热性草丛的优势种主要是植株高大的芒类，这是皖西和皖南样地的生物量明显高于其他样地的主要原因。本研究中皖北与皖中东地区的地上生物量分别为272. 38 和315.59 g·m－2，与安徽省草业监理总站的淮北区域样地平均风干草产量2 985 kg·hm－2的结果非常接近[22]。但是皖南地区的地上生物量差异较大，可能与调查样地的植被类型有关，芒为本研究中皖南样地的单一优势物种。调查中还发现部分草地开发较重(植树、旱作、放牧等)，特别是皖北和中东部低丘区，改变了原来的优势物种，这也影响到草地生物量的变化。

受样地土壤条件的限制，本研究中对根系的取样主要在20 cm 以内(少数样地取样到50 cm，为了便于分析文中统一到20 cm)，对地下生物量的测定有一定的影响，在以后的研究中应予注意。

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