植物生物量研究概述(综述)

介绍了生物量的概念、发展历史和现状,将生物量的测定方法分为传统方法和现代方法进行论述,对各种生物量测定方法的利弊做了比较分析,并对生物量测定的发展趋势进行预测。     

云南松苗木生长与生物量的相关性及通径分析

为了解云南松苗木生长对生物量的影响程度和相对重要性,以采自云南省昆明市宜良县禄丰村林场种子培育的2年生云南松苗木为材料,对苗高、地径、主根长、侧根长、针叶长和侧根数6个生长性状及各组分生物量进行测定,运用相关性分析和逐步回归分析剔除了对生物量影响不大的性状,在此基础上采用通径分析方法研究了云南松苗木生长性状指标与生物量指标间的关系。结果表明：云南松苗木生长性状和生物量之间均呈现极显著的正相关关系。各生长性状对生物量均有直接或间接的正向效应,直接影响云南松苗木生物量的优势因素为地径和苗高,针叶长、侧根长和主根长对生物量的影响也起正向效应。各生长性状对生物量的直接效应均较大,而通过其他性状的间接效应均较小,其中侧根长通过其他性状对生物量产生的间接影响最大。依据相关性分析和通径分析,建立了云南松各组分生物量与生长性状之间的数学模型,可用于云南松苗期生物量的估测。     

天台山七子花群落下土壤微生物生物量的季节动态

研究天台山七子花群落下土壤微生物生物量的季节变化规律及生态特性。根据实测数据分别对根际、根围微生物生物量碳、氮与土壤环境因子之间进行相关性分析,并建立了土壤微生物指标与环境因素之间的回归方程,以此为基础对天台山七子花群落下土壤微生物生物量的季节变化进行预测。回归分析表明：土壤温度、水分对微生物生物量的影响大于土壤pH值对微生物生物量的影响,而且土壤温度、水分对微生物生物量氮的影响大于对微生物生物量碳的影响。土壤温度对微生物生物量碳、氮的影响最大。     

冷杉天然林下地表主要苔藓斑块生物量及其影响因素

调查分析了大渡河上游藓类-冷杉天然林下5种主要地表苔藓斑块（锦丝藓、赤茎藓、大羽藓、塔藓及锦丝-大羽藓）的生物量,同时测定了各斑块相关环境因子（斑块表面气温、空气湿度、光照强度及基质湿度等）。对苔藓生物量和相关环境因子进行综合分析表明,不同苔藓斑块的生物量有差异,且不同斑块环境因子也表现出一定的差异性。对斑块生物量与环境因子进行相关分析显示,苔藓斑块生物量与环境因子之间相关性较显著,苔藓生物量特征受空气温度、空气湿度、光照强度、灌木层盖度及草本层盖度等因素影响较大。但不同环境因子对不同斑块苔藓生物量的影响水平有差异。     

氮素对内蒙古典型草原羊草种群的影响

为了研究氮素对内蒙古典型草原植物种群的影响, 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 实施了长期的氮素添加试验。就两年来不同梯度氮素处理对羊草 (Leymuschinensis) 种群的影响进行了分析。结果表明, 氮素对羊草种群具有显著的调节效应, 随着氮素梯度的增加, 羊草种群密度、种群高度、地上生物量、地下生物量、总生物量均显著增加, 羊草种群地下生物量 /地上生物量比值逐渐降低。氮素对羊草种群构件的生物量分配有显著影响, 随着氮素梯度的增加, 羊草种群生物量向根茎的分配比例显著降低, 向叶片和根系的分配比例显著提高。羊草种群的相对密度和相对生物量也随着氮素梯度的增加而显著提高。     

冷杉天然林下地表主要苔藓斑块生物量及其影响因素

调查分析了大渡河上游藓类-冷杉天然林下5种主要地表苔藓斑块(锦丝藓、赤茎藓、大羽藓、塔藓及锦丝-大羽藓)的生物量, 同时测定了各斑块相关环境因子(斑块表面气温、空气湿度、光照强度及基质湿度等)。对苔藓生物量和相关环境因子进行综合分析表明, 不同苔藓斑块的生物量有差异, 且不同斑块环境因子也表现出一定的差异性。对斑块生物量与环境因子进行相关分析显示, 苔藓斑块生物量与环境因子之间相关性较显著, 苔藓生物量特征受空气温度、空气湿度、光照强度、灌木层盖度及草本层盖度等因素影响较大。但不同环境因子对不同斑块苔藓生物量的影响水平有差异。     

陆生植物生物量分配对模拟氮沉降响应的Meta分析

分析了陆生植物地上、地下各组织中生物量分配对氮沉降的响应,为研究大气氮沉降背景下陆地生态系统的碳、氮循环过程及植物生物量分配、立木收获、定向培育等相关研究和实践提供参考依据。共收集整理了国内外63篇论文的原始数据资料进行Meta分析(Meta-analysis),用以定量评估氮沉降对植物生物量分配的影响,并通过亚组分析进一步探讨了不同生态系统类型、植物种类、氮肥形式、施氮水平和持续时间对生物量分配的影响。结果表明,总体来看施氮会显著促进植物地上部分生物量分配,植物叶生物量和茎生物量在施氮条件下均显著增加;然而地下生物量所受促进作用要低于地上部分,表现为植物细根生物量和粗根生物量在氮输入下并没有显著变化;植物根冠比在氮沉降下显著降低;叶重比、茎重比和根重比在氮沉降下没有显著变化。此外,亚组分析结果表明生态系统类型和植物类型会显著影响植物总生物量和根冠比对氮沉降的响应,草本植物在氮沉降下的生物量累积明显优于木本,这说明短期氮沉降可能会增加草本的覆盖面积;施肥形式对根冠比的影响存在明显差异,相比于尿素,硝酸铵对植物根冠比的作用更显著;不同施氮水平显著影响地上生物量分配,中氮水平(本研究为60—120 kg hm-2a-1)促进作用最大,高氮水平(本研究为≥120 kg hm-2a-1)促进作用明显减弱,这与总生物量的变化一致,表明过高的氮沉降量将抑制植物生长;氮沉降处理时间长短对植物地上生物量的影响也存在显著差异,当施氮时间高于3年,氮沉降对地上生物量的促进作用几乎消失。总之,短期氮沉降会使植物分配更多生物量给地上部分,且氮沉降对草本植物生物量的累积作用明显优于木本,这些发现可为未来大气氮沉降背景下植物地上、地下部分碳存储、植物群落结构、植被动态等相关研究提供科学依据。     

长白山林区森林生物量变化定量驱动分析

根据研究区单木生物量模型及森林资源清查资料计算样地生物量,采用试验精度较高的遥感模型进行4期遥感数据的森林生物量估算,获得区域单位面积生物量变化值,并利用bootstrap方法对引起这种变化的气象因素、森林经营活动因素和社会经济因素等驱动因子进行变量筛选,利用偏最小二乘算法建立不同时间段的森林生物量变化驱动模型,计算变量投影重要性指标（VIP）定量刻画各因素对森林生物量变化的影响重要程度.结果表明：目前人为因素对长白山林区森林生物量变化的影响程度（VIP值）已经小于自然因素,说明国家对林区的森林保护政策已经起到了明显的效果.本文拓宽了森林生物量变化驱动分析的内容,引入了VIP值对森林生物量的变化驱动因子进行定量刻画,为定量分析森林生物量的变化提供了一条新的途径.     

野生和栽培滇龙胆草生物量分配及异速生长

植物地上-地下生物量分配反映了植物的生长策略。草本植物地上-地下生物量是否是等速生长还有争论。养分和密度会影响药用植物地上-地下生物量的分配。本研究比较了野生和栽培滇龙胆草地上-地下生物量分配的差异,分析了栽培年限和密度对栽培滇龙胆草生物量分配的影响。结果表明,野生与栽培滇龙胆草地上-地下生物量分配存在显著差异(P0.05),可能与土壤营养水平和竞争强度有关,但地下生物量和地上生物量为近等速生长关系。密度、密度与生长年限的交互作用均对地下生物量有显著影响(P0.05)。滇龙胆草栽培时需控制密度并研究施肥和土壤微生物等因素对其药用部位产量(地下生物量)的影响。     

实验增温对陆地生态系统根系生物量的影响

根系是植物吸收土壤水分和养分的重要器官, 驱动着多个生态系统过程, 该研究揭示了实验增温对根系生物量的影响及机制, 可为气候变暖背景下土壤碳动态和生态系统过程的变化提供理论依据。该研究从已发表的151篇国内外研究论文中收集到611组数据, 通过整合分析(meta-analysis)方法研究了实验增温对根系生物量(根系总生物量、粗根生物量、细根生物量、根冠比)的影响, 并探讨了增温幅度、增温年限、增温方式的影响, 以及根系生物量对增温的响应与本底环境条件(生态系统类型、年平均气温、年降水量、干旱指数)的关系。结果表明: (1)模拟增温使细根生物量显著增加8.87%, 而对根系总生物量、粗根生物量、根冠比没有显著影响; (2)中等强度增温(1-2 ℃)使得细根生物量和根冠比分别提高14.57%和23.63%; 中短期增温实验(<5年)对细根生物量具有促进影响, 而长期增温实验(≥5年)使细根生物量有降低的趋势; 开顶箱增温和红外辐射增温分别使细根生物量显著提高了17.50%和12.16%, 而电缆加热增温使细根生物量和粗根生物量显著降低了23.44%和43.23%; (3)不同生态系统类型对于增温响应不一致, 模拟增温使苔原生态系统细根生物量显著提高了21.03%, 细根生物量对增温的响应与本底年平均气温、年降水量、干旱指数均呈显著负相关关系。     

不同强度人为干扰对马尾松地上部分生物量及生产力的影响

采用平均标准木法及分层切割法研究了不同干扰强度对马尾松林地上部分生物量和生产力的影响．并对3个林分蓄积量、各器官相对比例进行了比较分析。结果表明。马尾松林分地上部分总生物量、各器官生物量及净生产力均随干扰强度的减轻而增加,轻度干扰有利于林分生物量和蓄积量的积累及生产力的提高。     

上海城市森林叶生物量遥感监测

区域尺度城市森林叶生物量的估测对了解植物长势、碳同化过程和森林生态系统具有显著作用。本研究基于2011年6月—2012年6月样地实测叶生物量数据以及同期遥感信息,采用回归分析与空间分析相结合的方法,估测了上海城市森林叶生物量的空间分布,探讨了区域尺度森林叶生物量的遥感估测方法。结果表明:(1)上海城市森林叶生物量密度总体呈现出中心城区(静安区、黄浦区等)高,郊区县(松江区、金山区等)低的空间分布特征,其生物量密度分别介于4~10和1~6 t·hm-2。(2)研究区森林叶的平均生物量密度和生物量总量分别为2.55 t·hm-2和300.81×103t,郊区县与中心城区森林叶生物量分别占总量的94.16%和5.84%。在所有区县中,以林地面积最大的崇明县和浦东新区具有最高的森林叶生物量值,两者总量达到研究区总量的34.82%;以林地面积最小的静安区为最低,仅占总量的0.1%。(3)通过残差计算并引入空间分析的森林叶生物量遥感估算方法,其标准误差RMSE、平均绝对误差MAE、平均相对误差MRE较回归模型分别降低了58.46%、48.76%和48.71%,较空间插值的结果分别降低了47.74%、38%和49.24%。结合空间分析和回归分析的城市森林叶生物量研究方法为快速、便捷、客观、高效的区域生物量遥感监测提供了可能。     

植被与土壤特征对青藏高原不同程度退化草地的响应

高寒草地作为青藏高原高寒生态系统的重要组分之一,其退化已严重影响到高原的可持续发展和草地恢复重建。搜集了2004—2022年间关于青藏高原高寒草地退化的64篇研究结果,包含土壤有机碳、生物量和多样性指数等16个指标的1403组数据,运用meta分析解析了草地退化对土壤理化性质、植被生产力和物种多样性的影响,并对重度退化草地的土壤理化性质和植物生物量进行线性回归分析。结果表明：随着草地退化的加剧,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾、土壤含水量、地上生物量、地下生物量和植被高度显著下降;土壤容重显著上升;土壤pH、全钾在各个退化阶段没有明显差异;Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数整体呈下降趋势。土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾和土壤含水量与地上生物量、地下生物量存在显著的正相关;土壤容重与地上生物量、地下生物量呈显著的负相关;土壤pH与地上生物量、地下生物量呈负相关。因此,青藏高原高寒草地退化通过改变土壤理化性质而改变地上群落多样性和生物量,为阐明植被与土壤特征对草地退化的响应机制以及高寒退化草地的恢复提供了科学依据。     

利用混合模型分析地域对国内马尾松生物量的影响

开展全国森林生物量监测和评估,建立适合较大区域范围的通用性立木生物量模型是一项重要的基础工作,而分析森林生物量受不同地域的影响并保证不同尺度范围森林生物量估计值的可靠性,是必须面临的问题。以南方马尾松(Pinus massoniana)地上生物量数据为例,介绍了如何利用混合模型理论来分析地域对马尾松地上生物量的影响以及利用混合模型构建全国通用性立木生物量模型,为得到不同区域尺度范围内可靠的森林生物量评价和估计提供了有效途径。结果表明,混合模型不仅提高了模型的精度和通用性,并且模型中每个参数都有特定的数学含义,通过这些参数很容易分析出随机因子对生物量的影响程度。因此混合模型方法具有较大的灵活性和适应性,可推广到其它通用性模型(如材积方程)的建立。     

不同林龄落叶松人工林土壤微生物生物量碳氮的季节变化

为从土壤微生物生物量角度分析不同林龄落叶松人工林的土壤肥力状况,对辽宁东部山区两种林龄(9年生,幼龄林;43年生,成熟林)落叶松人工林不同土层(腐殖质层和矿化层)微生物生物量碳、氮季节变化进行了监测,并分析了微生物生物量碳氮的季节变化与土壤养分及水分的关系.结果表明:两种林龄落叶松腐殖质层微生物生物量碳、氮含量均高于矿化层;在腐殖质层,幼龄林微生物生物量碳、氮含量高于成熟林.方差分析表明,在春、秋季节,同一土层两林龄土壤微生物生物量碳、氮含量之间差异达到显著水平(P<0.01).在观测的3个季节内,幼龄林腐殖质层的微生物生物量碳基本无变化,而成熟林的微生物生物量碳在秋季达到最高;两种林龄落叶松微生物生物量氮均在夏季达到最高.在矿化层,两种林龄落叶松微生物生物量碳、氮均在秋季达到最大.相关分析发现,微生物生物量碳、氮之间以及土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机碳、全氮呈显著正相关,而与土壤水分无相关性;另外,落叶松人工林内的灌木种类和数量以及季节性温度变化对土壤微生物生物量碳氮也有影响.上述结果表明,研究区域土壤微生物生物量碳、氮的季节波动与土壤养分状况密切相关,幼龄林土壤养分状况优于成熟林.     

中国农业生态系统的生物量与生产力数据库及其管理系统的研建

在对中国农业生态系统的生物量、生产力研究资料的收集、整理基础上,建立了中国农业生态系统的生物量、生产力数据库,并实现了对该数据库信息的管理,该系统可进行数据录入、修改、系统维护、查询并生成子数据库,与ＳＡＳ软件结合对提取数据集可作进一步分析、研究．可广泛用于农业生态系统的生物量、生产力研究领域     

江西常绿阔叶林木本植物不同冠层高度当年生小枝茎构型对叶生物量的影响

以江西阳际峰自然保区69种木本植物为对象,采用标准化主轴回归(SMA)的方法,对不同冠层高度当年生小枝的构件生物量(叶生物量、茎生物量、小枝生物量)与茎构型特征(茎直径、茎长度、茎宽长比、茎体积和茎密度)进行了分析,研究当年生小枝茎构型对叶生物量的影响.结果表明:不同冠层高度及生活型间叶生物量、茎生物量、小枝生物量、茎直径、茎长度、茎宽长比及茎体积均无显著差异,而茎密度差异显著.不同冠层高度及生活型间,叶生物量与茎生物量及总生物量之间均呈显著等速生长关系.小枝叶生物量分别与茎直径、茎体积呈显著异速生长关系,且该异速生长指数在不同冠层高度无显著差异.茎长度、茎宽长比及茎密度对当年生小枝叶生物量变异的解释力较小(<24%).冠层高度和生活型对小枝叶-茎生物量的等速分配关系影响不显著.小枝茎构型中,相比于茎长度、茎宽长比以及茎密度,茎的直径与体积对当年生小枝叶生物量的影响更大,冠层高度对当年生小枝茎构型与叶生物量间的异速分配模式无显著影响.     

秋茄幼苗对盐度、淹水环境的生长适应

室内模拟12个盐度+淹水处理组合对红树植物秋茄幼苗生长的影响,测定不同组合下秋茄幼苗的株高、茎高、基径、节数、叶数、根生物量、茎生物量、叶生物量及总生物量等9项指标.结果表明:盐度-淹水交互处理及盐度处理对秋茄各项生长指标影响显著,淹水处理对株高、茎高、基径、节数及叶数影响不显著,对根生物量、茎生物量、叶生物量及总生物量影响显著;秋茄幼苗生长量及生物量积累随盐度升高而降低,随淹水时间增加而下降;结合主成分分析得出,盐度7‰+淹水2 h下秋茄幼苗生长最好,临界胁迫组合为盐度21‰+淹水8 h处理组.     

基于地统计学丰林自然保护区森林生物量估测及空间格局分析

摘要： 基于丰林保护区1997年样地调查数据,根据一元生物量估测模型,计算样地生物量,在此基础上,利用ArcGIS地统计插值方法得到整个研究区森林生物量分布,并从林分结构（林型、林龄组）和地形因子（海拔、坡度、坡向）两个方面对保护区森林生物量空间格局进行了分析。结果表明,利用地统计插值得到区域水平的森林生物量是可行的,保护区森林平均生物量水平为171.5t/hm2,总生物量为3.08Tg(1Tg=1012g);不同林分结构（林型、林龄组）有不同的生物量水平;地形因子与生物量有显著的相关性,并得到它们之间的回归方程,为保护区森林生态系统的可持续经营提供了科学依据。     

基于傅里叶变换近红外光谱实时分析1,3-丙二醇发酵过程生物量的在线监测方法

生物量是反映生物发酵过程进展的重要参数,对生物量进行实时监测可用于对发酵过程的调控优化。为克服目前主要采用的离线方法检测生物量时间滞后和人工测量误差较大等缺点,本研究针对1,3-丙二醇发酵过程设计了一个基于傅里叶变换近红外光谱实时分析技术的生物量在线监测实验平台,通过对实时采集光谱预处理以及敏感光谱段分析,应用偏最小二乘算法,建立了1,3-丙二醇发酵过程生物量变化的动态预测模型。以底物甘油浓度为60 g/L和40 g/L的发酵过程作为外部验证实验,分析得到模型的预测均方根误差分别为0.341 6和0.274 3,结果表明所建立的模型具有较好的实时预测能力,能够实现对1,3-丙二醇发酵过程中生物量的有效在线监测。