塔里木河流域荒漠檉柳生物量特征分析

李丕軍　艾吉爾?阿不拉　王文月等

摘要[目的]分析塔里木河流域荒漠檉柳生物量特征。

[方法]該研究針對塔里木河流域荒漠檉柳的生物量進行研究，采集不同蓋度下的檉柳樣本，分析其地下、地下生物量分布特征。[結果]（1）檉柳地上生物量隨著覆蓋度的增加而增加。（2）以標準株檉柳地上生物量為x，地下生物量為y，進行方程擬合得出地上-地下生物量之間的異速方程y=5.517 7x0.834 6 （R2=0.820 8）。（3）檉柳灌叢地上生物量與灌叢地徑、株高有極強的正相關性，生物量與冠幅在0.05水平上相關性顯著。[結論]該研究為監測評估以灌木檉柳為主的生態系統服務功能提供了基礎數據。

關鍵詞檉柳；生物量；塔里木河流域

中圖分類號S793.5文獻標識碼A文章編號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

生物量是目前評價生態系統生產力的重要指標之一，它直接反映了生態系統結構的優劣與功能的高低，因而生物量成為研究許多生態問題的基礎[1-4]。隨著地球生態系統受人類活動影響的不斷加深，人們也越來越關注陸地生態系統和全球變化的相互作用，也越來越需要了解有關地球生態系統的各種信息，以便對生態保護、自然資源管理、可持續發展和應對全球氣候變化等宏觀決策提供科學依據[5]。灌木是生態系統中的一個重要類型，在生態保護、恢復和重建中有著重要的作用，對灌木生物量的研究是物質循環、能量轉化研究的基礎，也是灌木群落和生態系統研究的重要內容之一[6]。檉柳作為塔河流域的建群種，分析其生物量特征對研究檉柳在整個森林生態系統中的服務功能價值有著重要的作用。目前對灌木生物量的研究主要集中在模型預測和與周邊環境因子的相關性上，如研究不同方法測定灌木生物量的可行性，不同部位的生物量占總生物量的比重，區域小環境對生物量的影響等[7-10]。該研究結合前人研究進展，通過研究檉柳灌叢生物量分配特征來計算檉柳生物量，為以灌木檉柳為主的生態系統服務功能監測評估提供了基礎數據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗選址于塔里木河流域塔克拉瑪干沙漠北部邊緣的輪臺縣輪南鎮，該地屬暖溫帶大陸性干旱氣候，中部平原區年平均氣溫10.6 ℃，積溫為4 520 ℃，年平均總降水量為65.6 mm，年平均蒸發量2 077 mm，年日照時數2 787 h，無霜期189 d。

1.2研究方法

選擇以檉柳為主要建群種，群落高度基本一致、長勢良好、無積沙的檉柳林地為樣地，伴生樹種為鹽穗木。分別設計覆蓋度為20%～30%、30%～40%、40%～60%的3個區間范圍，用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ來表示。3種覆蓋度分別設置3個100 m×100 m的樣地作為重復。對各樣地內的檉柳進行每木檢尺，測量株高、冠幅和地徑，每叢測量全部枝條，取其平均值作為該叢的地徑，以1 cm徑階劃分5個徑級，不同覆蓋度樣地隨機選取4株標準株。

生物量研究方法：將標準株整叢挖出，采用人工溝壕挖掘法和根系跟蹤法將植物根系暴露出來，在挖掘的過程中盡量保持根系位置不變，挖掘至無法辨認出根系為止，深度為3.5 m。將挖出的根系去除土壤后稱重。采用全稱重法野外實測地上部分鮮質量，將各部分分別取樣，裝入袋中帶回實驗室（當樣品鮮重不足250 g時，取其全部作為試驗樣品；當樣品鮮重大于250 g時，取250 g作為試驗樣品），先置于烘箱內105 ℃恒溫烘 2 h，然后調至85 ℃恒溫烘5 h進行第1次稱重，然后每隔 2 h 稱重1次，直至2次稱重相對誤差 ≤1.0%，稱量樣品的干重。

1.3數據分析

利用Excel 2007整理數據，利用SPSS 17.0軟件對不同覆蓋度的生物量進行分析。

2結果與分析

2.1 檉柳地上部分生物量

檉柳灌叢地上生物量隨著覆蓋度的增加而增大（圖1）。覆蓋度為 Ⅰ 、 Ⅱ 和Ⅲ的檉柳灌叢地上生物量平均為3.11、4.09和15.25 kg。覆蓋度為 Ⅰ 的檉柳樣地徑級分布比較均勻（圖2），

主要原因是由于成林的時間較短，林木處于生長期；覆蓋度為Ⅱ的檉柳樣地，徑級在1～3 cm的植株較多，4～5 cm徑級分布較少；覆蓋度為Ⅲ的檉柳樣地徑級分布比較均勻，整體分布趨于成熟。植被覆蓋度對檉柳灌叢的地上生物量有著顯著的影響，覆蓋度越大，單位面積內檉

柳灌叢越多，檉柳成林時間越長，徑級生物量積累也相應增加。覆蓋度大的植物進行光合作用的面積越大，積累的能量越多，也將導致生物量積累相應增加。

圖1不同覆蓋度檉柳灌叢地上生物量比較

2.2檉柳地下部分生物量

地下生物量在不同土層深度中的分布也存在差異（圖3）。覆蓋度為Ⅰ和Ⅱ的樣地中檉柳灌叢地下部分生物量均勻分布于0～100 cm范圍內，地下生物量隨著土層深度的增加而呈現先增加后下降的趨勢。覆蓋度為Ⅲ樣地中檉柳灌叢地下部分生物量多分布于0～80 cm范圍內。土壤含水量隨著土層深度的增加同樣存在先上升后下降的趨勢。由于干旱環境下天然降水對植物的影響微乎其微，導致土壤表層含水量較小，植物無法在土壤表層獲得維持生長所需的水分，植物根系垂直向下延伸通過淺層地下水來滿足生長所需水分[11]。由圖3可知，地下生物量的變化趨勢與土壤含水量有著相關性。

圖2不同覆蓋度檉柳灌叢徑級分布

圖3不同覆蓋度檉柳地下（0～100 cm） 各土層生物量和土壤含水量比較

2.3檉柳灌叢地下生物量與地上生物量相關性

由于在大面積估算檉柳灌叢生物量時無法采用全挖法將所有的植株全部挖出，測量其地下根系的生物量，所以采用估算的方法計算出地上生物量與地下生物量的方程，便于大面積計算檉柳生物量。通過對比檉柳地上部分生物量和地下部分生物量的關系發現，地上生物量與地下生物量屬于異速生長模型y=axb，以標準株檉柳地上生物量為x，地下生物量為y，進行非線性方程擬合得出地上地下生物量之間的方程y=5.517 7x0.834 6（R2=0.820 8，經回歸檢驗F>F0.01，P<0.01），通過求得地上生物量估算地下生物量（圖4）。利用檉柳灌叢地上與地下生物量的關系可以求出總生物量。覆蓋度為 Ⅰ 的總生物量為2 373.451 kg/hm2，覆蓋度為 Ⅱ 的總生物量為3 956.858 kg/hm2，覆蓋度為Ⅲ的總生物量為7 753.039 kg/hm2。

2.4檉柳灌叢生物量與個體形態及土壤性質相關性分析

生物量的積累往往是受到多方面因素的影響，自身條件與外部因素都會對生物量積累起到一定的作用。通過相關性分析，可得出生物量受到哪些因素的影響。由表1可知，灌

圖4檉柳地上與地下部分生物量線性關系

叢地上生物量與地徑、株高有著極強的正相關性（P<0.01，R=0.744、R=0.714）。生物量與冠幅在0.05水平上相關性顯著（R=0.532）。檉柳灌叢的地上部分生物量受到地徑、株高、冠幅的共同影響，同時水分對生物量的影響也是極其重要的。

表1 個體形態與生物量相關性矩陣

地徑株高生物量冠幅

地徑1

株高0.896**1

生物量0.744**0.714**1

冠幅-0.0300.0500.532*1

注：**表示達到1%的顯著水平；*表示達到5%的顯著水平。

3結論與討論

3.1根系的空間分布特征

根據對根系垂直分布的研究得知，塔河流域檉柳的垂直根系主要分布在0.2～1.0 m土層中。許皓和李彥[12]對新疆古爾班通古特沙漠多枝檉柳的研究發現，根系主要集中在2.4～3.1 m，表現出了深根型的特點，這與該研究結果有差異，造成差異的原因可能與地下水位有關。該研究與楊小林等[13]對塔克拉瑪干沙漠腹地檉柳根系的研究結果基本相似。但是在根系挖掘過程中，并未發現有大量的水平根系，在0～3.5 m的范圍內，主根基本上都呈現韌皮部腐爛的情況，并且未在主根上發現一級、二級側根。出現這種狀況的原因可能與底部水分充足、土壤的顆粒小、通透性差、溫度高有關。

3.2生物量地上-地下分配比例對檉柳生長的影響

檉柳灌叢生物量主要分配在根系部分，這使得檉柳能夠更好地利

用土壤中的養分資源并且將養分資源用于地下生物量的積

累，同時也削弱了地上部分對水分的消耗[14]。不同覆蓋度下生物量地上地下部分所占的比例不同，表現為覆蓋度越大，地下生物量所占比例越小，這與地下水以及土壤含水量有關，說明在一定程度上，檉柳林的覆蓋度越大，地下含水量也會越多，覆蓋度的增加對于涵養水源有一定的促進作用。

3.3地上-地下生物量異速生長模型

通過對比檉柳地上部分生物量和地下部分生物量的關系發現，地上生物量與地下生物量屬于異速生長模型y=axb，

利用檉柳灌叢地上與地下生物量的線性關系可以求出總生物量。覆蓋度為 Ⅰ 的生物量為2 373.451 kg/hm2，覆蓋度為Ⅱ的總生物量為3 956.858 kg/hm2，覆蓋度為Ⅲ的總生物量為7 753.039 kg/hm2。

3.4生物量與個體形態及土壤性質相關性

檉柳灌叢生物量的積累與土壤水分含量、灌叢覆蓋度、灌叢地徑、株高以及冠幅都有著直接的關系。其中土壤含水量對檉柳的灌叢生物量起到決定性作用，這導致檉柳灌叢生物量在不同覆蓋度下存在顯著差異，檉柳灌叢在覆蓋度較大、土壤水分含量大的條件下生物量也較大。

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