塔里木河流域荒漠柽柳生物量特征分析

李丕军　艾吉尔?阿不拉　王文月等

摘要[目的]分析塔里木河流域荒漠柽柳生物量特征。

[方法]该研究针对塔里木河流域荒漠柽柳的生物量进行研究，采集不同盖度下的柽柳样本，分析其地下、地下生物量分布特征。[结果]（1）柽柳地上生物量随着覆盖度的增加而增加。（2）以标准株柽柳地上生物量为x，地下生物量为y，进行方程拟合得出地上-地下生物量之间的异速方程y=5.517 7x0.834 6 （R2=0.820 8）。（3）柽柳灌丛地上生物量与灌丛地径、株高有极强的正相关性，生物量与冠幅在0.05水平上相关性显著。[结论]该研究为监测评估以灌木柽柳为主的生态系统服务功能提供了基础数据。

关键词柽柳；生物量；塔里木河流域

中图分类号S793.5文献标识码A文章编号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

生物量是目前评价生态系统生产力的重要指标之一，它直接反映了生态系统结构的优劣与功能的高低，因而生物量成为研究许多生态问题的基础[1-4]。随着地球生态系统受人类活动影响的不断加深，人们也越来越关注陆地生态系统和全球变化的相互作用，也越来越需要了解有关地球生态系统的各种信息，以便对生态保护、自然资源管理、可持续发展和应对全球气候变化等宏观决策提供科学依据[5]。灌木是生态系统中的一个重要类型，在生态保护、恢复和重建中有着重要的作用，对灌木生物量的研究是物质循环、能量转化研究的基础，也是灌木群落和生态系统研究的重要内容之一[6]。柽柳作为塔河流域的建群种，分析其生物量特征对研究柽柳在整个森林生态系统中的服务功能价值有着重要的作用。目前对灌木生物量的研究主要集中在模型预测和与周边环境因子的相关性上，如研究不同方法测定灌木生物量的可行性，不同部位的生物量占总生物量的比重，区域小环境对生物量的影响等[7-10]。该研究结合前人研究进展，通过研究柽柳灌丛生物量分配特征来计算柽柳生物量，为以灌木柽柳为主的生态系统服务功能监测评估提供了基础数据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验选址于塔里木河流域塔克拉玛干沙漠北部边缘的轮台县轮南镇，该地属暖温带大陆性干旱气候，中部平原区年平均气温10.6 ℃，积温为4 520 ℃，年平均总降水量为65.6 mm，年平均蒸发量2 077 mm，年日照时数2 787 h，无霜期189 d。

1.2研究方法

选择以柽柳为主要建群种，群落高度基本一致、长势良好、无积沙的柽柳林地为样地，伴生树种为盐穗木。分别设计覆盖度为20%～30%、30%～40%、40%～60%的3个区间范围，用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ来表示。3种覆盖度分别设置3个100 m×100 m的样地作为重复。对各样地内的柽柳进行每木检尺，测量株高、冠幅和地径，每丛测量全部枝条，取其平均值作为该丛的地径，以1 cm径阶划分5个径级，不同覆盖度样地随机选取4株标准株。

生物量研究方法：将标准株整丛挖出，采用人工沟壕挖掘法和根系跟踪法将植物根系暴露出来，在挖掘的过程中尽量保持根系位置不变，挖掘至无法辨认出根系为止，深度为3.5 m。将挖出的根系去除土壤后称重。采用全称重法野外实测地上部分鲜质量，将各部分分别取样，装入袋中带回实验室（当样品鲜重不足250 g时，取其全部作为试验样品；当样品鲜重大于250 g时，取250 g作为试验样品），先置于烘箱内105 ℃恒温烘 2 h，然后调至85 ℃恒温烘5 h进行第1次称重，然后每隔 2 h 称重1次，直至2次称重相对误差 ≤1.0%，称量样品的干重。

1.3数据分析

利用Excel 2007整理数据，利用SPSS 17.0软件对不同覆盖度的生物量进行分析。

2结果与分析

2.1 柽柳地上部分生物量

柽柳灌丛地上生物量随着覆盖度的增加而增大（图1）。覆盖度为 Ⅰ 、 Ⅱ 和Ⅲ的柽柳灌丛地上生物量平均为3.11、4.09和15.25 kg。覆盖度为 Ⅰ 的柽柳样地径级分布比较均匀（图2），

主要原因是由于成林的时间较短，林木处于生长期；覆盖度为Ⅱ的柽柳样地，径级在1～3 cm的植株较多，4～5 cm径级分布较少；覆盖度为Ⅲ的柽柳样地径级分布比较均匀，整体分布趋于成熟。植被覆盖度对柽柳灌丛的地上生物量有着显著的影响，覆盖度越大，单位面积内柽

柳灌丛越多，柽柳成林时间越长，径级生物量积累也相应增加。覆盖度大的植物进行光合作用的面积越大，积累的能量越多，也将导致生物量积累相应增加。

图1不同覆盖度柽柳灌丛地上生物量比较

2.2柽柳地下部分生物量

地下生物量在不同土层深度中的分布也存在差异（图3）。覆盖度为Ⅰ和Ⅱ的样地中柽柳灌丛地下部分生物量均匀分布于0～100 cm范围内，地下生物量随着土层深度的增加而呈现先增加后下降的趋势。覆盖度为Ⅲ样地中柽柳灌丛地下部分生物量多分布于0～80 cm范围内。土壤含水量随着土层深度的增加同样存在先上升后下降的趋势。由于干旱环境下天然降水对植物的影响微乎其微，导致土壤表层含水量较小，植物无法在土壤表层获得维持生长所需的水分，植物根系垂直向下延伸通过浅层地下水来满足生长所需水分[11]。由图3可知，地下生物量的变化趋势与土壤含水量有着相关性。

图2不同覆盖度柽柳灌丛径级分布

图3不同覆盖度柽柳地下（0～100 cm） 各土层生物量和土壤含水量比较

2.3柽柳灌丛地下生物量与地上生物量相关性

由于在大面积估算柽柳灌丛生物量时无法采用全挖法将所有的植株全部挖出，测量其地下根系的生物量，所以采用估算的方法计算出地上生物量与地下生物量的方程，便于大面积计算柽柳生物量。通过对比柽柳地上部分生物量和地下部分生物量的关系发现，地上生物量与地下生物量属于异速生长模型y=axb，以标准株柽柳地上生物量为x，地下生物量为y，进行非线性方程拟合得出地上地下生物量之间的方程y=5.517 7x0.834 6（R2=0.820 8，经回归检验F>F0.01，P<0.01），通过求得地上生物量估算地下生物量（图4）。利用柽柳灌丛地上与地下生物量的关系可以求出总生物量。覆盖度为 Ⅰ 的总生物量为2 373.451 kg/hm2，覆盖度为 Ⅱ 的总生物量为3 956.858 kg/hm2，覆盖度为Ⅲ的总生物量为7 753.039 kg/hm2。

2.4柽柳灌丛生物量与个体形态及土壤性质相关性分析

生物量的积累往往是受到多方面因素的影响，自身条件与外部因素都会对生物量积累起到一定的作用。通过相关性分析，可得出生物量受到哪些因素的影响。由表1可知，灌

图4柽柳地上与地下部分生物量线性关系

丛地上生物量与地径、株高有着极强的正相关性（P<0.01，R=0.744、R=0.714）。生物量与冠幅在0.05水平上相关性显著（R=0.532）。柽柳灌丛的地上部分生物量受到地径、株高、冠幅的共同影响，同时水分对生物量的影响也是极其重要的。

表1 个体形态与生物量相关性矩阵

地径株高生物量冠幅

地径1

株高0.896**1

生物量0.744**0.714**1

冠幅-0.0300.0500.532*1

注：**表示达到1%的显著水平；*表示达到5%的显著水平。

3结论与讨论

3.1根系的空间分布特征

根据对根系垂直分布的研究得知，塔河流域柽柳的垂直根系主要分布在0.2～1.0 m土层中。许皓和李彦[12]对新疆古尔班通古特沙漠多枝柽柳的研究发现，根系主要集中在2.4～3.1 m，表现出了深根型的特点，这与该研究结果有差异，造成差异的原因可能与地下水位有关。该研究与杨小林等[13]对塔克拉玛干沙漠腹地柽柳根系的研究结果基本相似。但是在根系挖掘过程中，并未发现有大量的水平根系，在0～3.5 m的范围内，主根基本上都呈现韧皮部腐烂的情况，并且未在主根上发现一级、二级侧根。出现这种状况的原因可能与底部水分充足、土壤的颗粒小、通透性差、温度高有关。

3.2生物量地上-地下分配比例对柽柳生长的影响

柽柳灌丛生物量主要分配在根系部分，这使得柽柳能够更好地利

用土壤中的养分资源并且将养分资源用于地下生物量的积

累，同时也削弱了地上部分对水分的消耗[14]。不同覆盖度下生物量地上地下部分所占的比例不同，表现为覆盖度越大，地下生物量所占比例越小，这与地下水以及土壤含水量有关，说明在一定程度上，柽柳林的覆盖度越大，地下含水量也会越多，覆盖度的增加对于涵养水源有一定的促进作用。

3.3地上-地下生物量异速生长模型

通过对比柽柳地上部分生物量和地下部分生物量的关系发现，地上生物量与地下生物量属于异速生长模型y=axb，

利用柽柳灌丛地上与地下生物量的线性关系可以求出总生物量。覆盖度为 Ⅰ 的生物量为2 373.451 kg/hm2，覆盖度为Ⅱ的总生物量为3 956.858 kg/hm2，覆盖度为Ⅲ的总生物量为7 753.039 kg/hm2。

3.4生物量与个体形态及土壤性质相关性

柽柳灌丛生物量的积累与土壤水分含量、灌丛覆盖度、灌丛地径、株高以及冠幅都有着直接的关系。其中土壤含水量对柽柳的灌丛生物量起到决定性作用，这导致柽柳灌丛生物量在不同覆盖度下存在显著差异，柽柳灌丛在覆盖度较大、土壤水分含量大的条件下生物量也较大。

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