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1、中国科学院植物研究所 博士学位论文 内蒙古毛乌素沙地不同生境油蒿（Artemisia ordosica Krasch.）灌丛地碳动态研究 姓名：李春萍 申请学位级别：博士 专业：生态学 指导教师：韩兴国;孙建新 20060601 摘要 摘要 油蒿( A r t e m i s i ao r d o s i c aK r a s c h ) 是内蒙古鄂尔多斯高原特有的半灌木，构成 该地区沙地优势植被类型。主要分布在固定、半固定沙丘，同时在流动沙丘也 有少量分布。它在当地经济价值、防风固沙环保方面均处于无以取代的地位。 在毛乌素沙地沙漠化日益扩大的严峻态势下，研究其群落地上、地下过程对生境 变化的
2、响应不仅对维持干旱、半干旱区生态系统稳定的管理措施上有所帮助， 而且也有助于了解全球变化背景下物种对环境条件的长期变化适应策略。 为此，本项研究以毛乌素沙地为研究区域，利用异速生长关系确立不同生 境油蒿生物量最佳回归方程，并调查、比较了毛乌素沙地固定沙丘、半固定沙 丘和流动沙丘三个生境油蒿灌丛地的生物量、土壤和植被的碳储量、生产力和 细根周转、土壤微生物生物量碳、氮和土壤呼吸。具体结果如下： 1 建立并比较了油蒿枝、株两个水平上各部分( 不含细根) 生物量异速生 长关系式，其中枝形态指标( 枝直径B D 、枝长B L 、叶枝长L B L ) 与油蒿叶、 枝、果各部分生物量的异速关系最好；株水平
3、上冠层面积C A 与其叶、枝干、果、 粗根各部分生物量的回归效果较好。不同生境生物量与其生长变量的异速生长 关系存在差异。2 0 0 4 年调查的油蒿灌丛生物量从固定沙丘、半固定沙丘到流动 沙丘分别是3 5 4 8 ，1 7 8 3 和3 0 4gm 一；各部分( 叶、枝干、果、粗根、不同径 级细根的) 生物量都呈递减趋势。地下根与总生物量比值排序为固定 半固定 流 动沙丘。不同生境细根生物量垂直分布存在差异，在固定沙丘根可至1 0 0g i n ， 半固定沙丘达9 0c m ，而在流动沙丘仅为6 0c m ，这些结果有助于使了解不同生 境中的相同物种如何通过自身形态及其生物量调整来适应生境的
4、差异。 2 不同生境油蒿灌丛地植被碳储量和土壤碳储量在P oq一2壶。一oD芎。焉笛 内蒙古毛乌索沙地不同生境油蒿潦丛地碳动态研究 图3 - 6 不同生境油蒿滟丛地单位面积细根量 F 垃3 缶 o r d o f i c a m r n a u t l e s b i o m a s s 幢o l 。“ ) o f b o t h l i v ea n d d e a d f i n er o o t o f d i f f c r c n t r o o ts i z ec l a s s e s i n t h e d i f f c r c m h a b i t a t s S e p
5、 t e m b e r 2 0 0 4 B o x e s “ p r c s e n t t h e m e a n s , a n d v e r t i c a l b a r sr e p r e s e n t S Eo f t h e m 曲监rn = 1 8 ) 3 4 讨论 异速生长关系是利用易测定因子把树木的结构和功能联系，估计树术生物 量常用的方法( H u x l e y , 1 9 3 6 ；N i l d 聃1 9 9 4 ) 。研究发现Y = a 对是估计生物量常用 的异速公式( 这里因变量Y 是生物量，单位是克) ( W h i t t a k e r , 1
6、9 6 5 ；X i a oc ta 1 2 0 0 3 ； X i a oa n dC c u l c r a a n s ，2 0 0 4 a ) ；盖度和株高也是人们在植株水平上预测灌术生物量 常用的形态指标( P e c k ，1 9 7 0 ；O h m a n ne ta i ，1 9 8 1 ；H a l p c mc ta 1 ，1 9 9 6 ) 。枝水平 指标如枝直径、枝长、叶枝长则常被作为预测树木枝、叶生物量的主要变量 ( B l a z i e re la l ，2 0 0 2 ；H e l m i s a a r ie ta 1 ，2 0 0 2 ；X i a oa
7、n dC c u l e m a n s ，2 0 0 4 b ) 。奉文 中研究了不同生境、不同水平上油蒿各部分生物量与植物形夺指标的异速关系 ( 表3 2 ，3 3 ) 。发现不同生境、枝水平油蒿各部分( 叶、枝、果) 生物量与枝 水平形态指标一枝基部直径( B D ) 、叶枝长( L B L ) 、枝长( B L ) 相关性晟好； 而不同生境下株水平上油蒿各部分( 叶、枝干、果、粗根) 生物量与树冠面积 ( C A ) 相关较好。每个生物量预测异速方程都在P ( 00 0 1 下差异显著。关于油 第三章毛乌素沙地油蒿生物量预测模型及其灌丛地生物量分配格局 蒿生物量的异速模型研究初见于王庆
8、锁1 9 9 4 年的两篇报道。当时的研究主体在 某一生境的油蒿的地上部分。他建立了某一生境下枝、株两个水平上地上生物 量异速模型。其中用枝基部直径、枝长预测植物枝水平各部分( 叶、枝、茎) 生物量，其相关系数在0 6 2 7 0 9 8 9 ；株水平上用灌木树冠面积和灌木高度预测 地上总生物量，该方程在P 2r a m ) 和细根组成，每个生境中根生产力的 分配都是粗根生产力大于细根生产力。固定沙丘中，粗根、细根生产力分别是 5 6 6 8 、1 7 6 5gm 宅y r l ，约占固定沙丘总生产力的1 9 2 9 、6 0 1 ；而半固定沙丘 中它们的对应值是2 0 7 7 、5 4 1
9、；流动沙丘上，油蒿灌丛地粗根、细根生产力分 别是3 2 3 1 、4 9 4 。这里从固定，半固定沙丘到流动沙丘其地下生产力在相应总 生产力中的比重是逐渐增加的( 图5 2 ，5 3 ) 这里细根分两个径级，根直径为1 2m i l l 称为较细根，根直径 1 衄称为 极细根。它们在生境不同生境下的垂直分布如图5 4 所示，极细根( D 1r a m ) 生产力大于较细根( D ，1 - 2r a m ) 生产力，3 0c m 土层内，极细根、较细根生产力 分别占到对应生境( 即按照固定、半固定、流动沙丘顺序) 、相同根径总生产力 的5 6 8 0 和6 3 1 0 0 ，土层6 0c m 以
10、下根分布很少。每一生境中的活根生产力都 大于死根生产力，细根生产力从固定沙丘到流动沙丘呈下降趋势。不同生境中 直径为1 2m m 死根生产力差异不显著，直径小于1n l l T l 的死根生产力在固定沙丘 和流动沙丘，流动沙丘与半固定沙丘之间显著差异；直径为1 2m i l l 的活细根生 产力差异在流动和半固定之间不显著，而直径小于1m m 的活细根生产力在三种 类型生境下差异显著沪 0 0 5 ) ( 见图5 5 ) 。 4 9 内蒙古毛鸟素沙地不同生境油蒿灌丛地碳动态研究 0 2 0 4 0 3 主帅 8 8 0 i 淞 j 、 取一。 手户 广广 矿一1 u 霄 I 拧 硒c dd u
11、 n e! j i 。 dS h i f t i n gd J n n O l 0 2 O G O0 1 0 2 0U 0 00 1 0 蚴啪 F i 肚m m N P P n i 日( 。g 锄) 圈5 4 不同生境油蒿灌丛地不同径级细擞密度 “9 5 4v c n h t d i s t r i b u t i o n ( m g o fr o o t N P P d e n s i t y o f l i v e l o o t s o fd i f f e r e n t n o ts i z e c l a s s e s i n l h c Ao r d o s i c as h
12、m b l a n d s o f t h e d i f f e r e n t h a b i t a t s V a l u e sr e p r e s e n t a n de i T o r b a r sr e p r e s e n t ! S E o f t h e m c a l n $ ( n = 1 8 ；A u g u s t 2 0 0 5 d e 呻 F i x e dd u f l eS e m i f i x e dd u n eS h i n i n gd u n e 幽5 - 5 不同生境油蒿灌丛地单位面积死细根和活细根净生产力 F i 9 5 - 5 A
13、 o r d o s i c as h m b l a n d s N P P 幢m 2y f l ) o f b o t h l i v ea n d d e a d m Io f d i f f e r e n t m ts i z e c l a s s e s i n t h e d i f f e r e n th a b i t a t sB o x e s r e p r e s e n L d l e m e a n sa n d v e r t i c a lb a r sr e p r e s e n t S E o f t h e m e a s 伽= 1 8 ，A u
14、g u s t 2 1 ) 0 5d a 啪 第五章毛乌素沙地不同生境油蒿灌丛地生产力、细根周转研究 5 3 3 不同生境油蒿灌丛地细根周转率的比较 细根周转率定义是一年所产生的所有的根量与根的平均的现存生物量的比 值。平均细根生物量这里是2 0 0 5 年5 月至9 月共5 个月的生物量的平均值，所有根 生产力是2 0 0 4 年8 月至2 0 0 5 年8 月一年的所有根量。本文取根土深是1m 。这罩三 种生境下( 固定、半固定和流动沙丘) 的( D = 2m m ) 细根总周转率分别为0 5 4 + 0 0 3 ，O 4 3 0 0 3 ，0 1 6 0 0 3y r l ，很显然它们从
15、固定沙丘到流动沙丘逐渐降低， 并且它们之间差异显著( 尸 0 0 5 ) ；而且直径为 1m m 细根周转率要大于总细根 周转率( 见5 6 ) 。它们( 按照上述样地顺序) 分别为2 0 5 0 2 0 ，1 5 8 0 1 4 ，0 5 3 0 0 8y r “ 1 ，不同生境中直径小于1m m 的细根周转率也差异显著i f , 0 0 5 ) 。 _ 、 文 、- 一 昱 皇 矗 言 暑 皇 芑 2 警 匠 F i x e d d u n eS e m i f i x e dd u n eS h i f t i n gd u n e 图5 - 6 不同生境下油蒿灌丛地细根周转率 F i
16、g 5 - 6 F i n er o o tt u r n o v e rr a t e ( y r “ 1 ) o f A o r d o s i c as h m b l a n d si nt h r e eh a b i t a t s B o xr e p r e s e n t t h em e a n s ，a n dv e r t i c a lb a r sr e p r e s e n t i - S E o ft h em e a n s ( n = 1 8 ；2 0 0 5d a t a ) ，v a l u e ( a ，bO rc ) o n t h eb o xi n d i c a t en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s ( t S Dt e s t ) b e t w e e n
