青藏高原草地地下生物量与环境因子的关系

青藏高原草地生物量大部分分布于地下,地下生物量在其碳循环研究中起着重要的作用.基于大规模野外样地调查数据,分析比较了青藏高原南北和东西样带上草地地下生物量与环境因子的相关关系,探讨了环境因子对地下生物量控制作用的区域差异.研究结果表明:对于所有采样点而言,青藏高原草地地下生物量的环境控制因素主要有土壤含水量、表层土壤有机碳和全氮含量.通过比较南北和东西样带研究结果发现,草地地下生物量与土壤含水量、土壤表层有机碳和全氮含量相关的显著性水平,在东西样带上明显高于南北样带.同时,东西样带上草地地下生物量与降水量有显著正相关关系,这种关系在南北样带上不显著,表明水分对东西样带草地地下生物量的控制作用较强.气温与南北样带草地地下生物量呈显著负相关,但与东西样带草地地下生物量相关不显著,由此说明环境因子对青藏高原草地地下生物量的控制存在显著区域差异.     

内蒙古温带草地生物量及其与环境因子的关系

利用实际观测的113个地面数据,估算了内蒙古温带草地地上、地下生物量的大小,揭示了其空间分布和地下生物量的垂直分布规律,并探讨了不同环境因素对地上、地下生物量的调控作用．主要结果如下：（1）3种草地类型（荒漠草原、典型草原和革甸草原）的生物量存在显著差异;其地上生物量分别为56．6,133．4和196．7g／m^2,地下生物量分别为301．0,688．9和1385．2g／m^2;（2）地上生物量和地下生物量均呈现自西南向东北增加的空间分布特征;3种草地具有相似的地下生物量垂直分布特征;总体上,温带草地表层（0～10cm）地下生物量约占总地下生物量的一半;（3）降水是导致内蒙古温带草地生物量空间变异的主要因子．地下生物量的垂直分布与降水关系密切,而受土壤质地和草地类型的影响较弱．     

内蒙古草地样带植物群落生物量的梯度研究

采用样带法对内蒙古草地植物群落生物量沿水热梯度的变化特征进行了研究,并对几种回归方法进行了比较。一元回归结果表明:在本样带的限定范围内,生物量与年均温、≥0 ℃年积温、≥10 ℃年积温、年实际日照总时数等热量因子呈负相关(年均温的相关性最高),而与年降水量、年均相对湿度等水分因子呈正相关(年均相对湿度的相关性最高),其中年均温和年均相对湿度对生物量的影响最为显著,二者对生物量的空间变异起着互为消长的作用,而海拔高度的影响则不显著。多元回归结果表明,作为半干旱区植物生长的主要限制因子,年降水量在大尺度上对生物量产生影响的途径更为复杂,但其作用不可低估。生物量和地下地上生物量比值会因不同的气候区、不同的植被类型和物种组成,对环境因子的响应程度不同,在经向、纬向和草地类型梯度上的变化特征也不同。水热的配比关系要比单一的水分和温度与植物的生长具有更紧密的关系,地下地上生物量比随着水热配比关系的变化也会呈现出不同的变化规律,其驱动因子并不一定始终都是降水。也许可以认为:半干旱/干旱的划分界限是本研究所涉及的草地样带上生物量和地下地上生物量比值沿草地类型梯度变化的一个转折界限,在此界限前后,气候对生物量的主导因素和生物量对此关键因子的响应程度都有所变化。     

西藏那曲地区高寒草地地下生物量

矮嵩草草甸、藏北嵩草草甸及紫花针茅草原是那曲地区主要的草地类型,通过对其地下生物量的分布特征、地下/地上生物量的关系及其对土壤环境影响的研究发现:(1)这三类植物群落的地下生物量表现为总的T字形趋势下的锯齿状分布,主要分布在0~10cm的草皮层中,而且不同的退化草地,其地下的生物量也不同;(2)各群落的地下生物量和地上生物量密切相关,相关性均呈显著正相关。地下/地上生物量的比值越大,地上生物量就越高。地上生物量的变化不大,而地下生物量变化显著;(3)在高山草甸土中,矮嵩草草甸的地下生物量和土壤的有机质,全N,碱解N的含量及土壤的容重呈相关关系,而与其他的土壤因子相关性不显著。(4)各群落的地下生物量的垂直分布特征及与土壤环境的关系是植物长期适宜高寒生境条件的结果和反映。     

中国北方草地生物量动态及其与气候因子的关系

草地生态系统在全球碳循环中扮演重要角色. 中国草地约占中国陆地面积的1/3, 但对其碳库大小、动态及其与气候变化的关系缺乏系统研究. 基于341个样地调查的地上、地下生物量资料和1982~2006年的卫星遥感数据, 利用地上生物量与遥感数据之间及地上生物量与地下生物量之间的关系, 估算了中国北方草地生物量碳库及其空间分布, 分析了过去25年生物量碳密度和碳库的时间动态及其与气候变化的关系. 结果显示: (1) 中国北方草地生物量碳库为557.5 Tg C, 地上、地下生物量密度分别为39.5和244.6 g C/m², 地下部分占总生物量碳库的86%; (2) 1982~2006年间中国草地生物量碳库呈微弱增加趋势, 平均年增量为0.2 Tg C, 但自20世纪80年代末, 草地生物量并未呈现显著的变化趋势; (3) 草地生物量的年际波动主要受1~7月降水的影响, 而与温度关系较弱. 不同草地类型之间生物量-气候关系存在一定差异, 较为干旱的荒漠草原和典型草原的生物量波动与降水关系密切; 高寒草甸的生物量则与1~7月均温显著正相关, 而与降水的关系较弱. 结果表明, 不同草地生态系统对未来气候变化的响应可能存在差异.     

草地植被生物量动态研究视角与研究方法评述

草地生物量动态是群落结构和功能的综合体现,也是生态学的重要研究方向。本文就影响草地生物量动态的主要干扰因素进行了阐述。从定性论述和定量证明两方面论证了个体动态与种群动态的关系。就生物量的测定指标与估算方法提出了复合生物量与复合生长动态的新概念,并阐述了复合生物量动态对群落生产力及稳定性的影响机制,指出应加强环境因子干扰对生物量动态及植被稳定性影响的研究,针对具体群落面临的主要限制因子或干扰形式,研究层面应深入到对群落内部生物学生态学过程变化的认识上,而研究的状态变量应涉及到生物量和高度等多个变量的综合作用,即以复合生物量为状态变量,从个体水平上认识和揭示种群、群落生物量的动态变化及其与环境因子的关系,有助于深入了解环境干扰对植物群落动态及其稳定性的影响机制,为草地生产力的维持提供理论依据。     

中国草地生物量地上-地下分配格局: 基于个体水平的研究

生物量的地上-地下分配反映了植物的生长策略, 并且生物量地上-地下分配会影响土壤碳输入进而影响陆地生态系统碳循环. 然而, 根系采样的困难使得作为陆地生态系统碳循环模型中重要参数的地下-地上生物量比(R/S)存在很大不确定性. 2006~2007年, 分别对内蒙温带草地19个样地中的42个优势物种, 以及青藏高寒草地16个样地中53个优势物种的地上生物量与地下生物量进行了调查, 试图揭示个体水平上草地生物量的地上-地下分配格局及其与环境因素的关系, 同时与群落水平的观测结果进行比较. 总体上, 中国草地物种的地下-地上生物量比的中值为0.78, 其中青藏高寒草地植物个体的R/S低于内蒙温带草地, 青藏高寒草地植物个体地上生物量与地下生物量相关生长关系的斜率显著低于内蒙温带草地植物. 中国草地植物个体水平的地下-地上生物分配并不支持等速生长假说. 中国草地植物个体水平的地下-地上生物量比随年均温和年降水没有明显变化趋势. 群落水平与个体水平的R/S存在很大差异, 可能的原因是个体水平根系采样不全而低估了R/S, 而群落采样低估了地上生物量同时高估了地下生物量致使R/S 被高估. 结果表明, 如果用之前报道的R/S可能会高估草地地下生物量.     

草原生态系统植物地下生物量分配及对全球变化的响应

草原生态系统植物生物量在地上和地下器官之间的分配是联系地上生产力与地下碳固持的枢轴环节。由于地下生物量的准确测定是正确分析生物量分配的基础,该文首先系统分析了植物地下生物量的测定方法及其优缺点;在此基础上,综述了当前草地生态系统地下生物量分配对全球气候变化主要驱动因子(降水、CO_2浓度、温度和氮沉降)的响应,并提出了今后相关研究中需解决的主要问题,以期为开展全球变化背景下草地生态系统碳循环的研究提供参考。     

内蒙古草甸草原与典型草原地下生物量与生产力季节动态及其碳库潜力

地下根系是草原生态系统的重要组成部分,其生物量及其净生产力对地下碳库具有直接与间接作用,分析地下生物量季节动态与周转对深入揭示草原生态系统碳库动态及其固碳速率与潜力具有重要意义。应用钻土芯法对不同利用方式或管理措施下内蒙古草甸草原、典型草原地下生物量动态及其与温度、降水的相关性研究表明:草甸草原和典型草原地上生物量季节动态均为单峰型曲线,与上月降水显著正相关(P0.05),但地下生物量季节动态表现为草甸草原呈"S"型曲线,典型草原则是双峰型曲线,与温度、降水相关性均不显著(P0.05);两种草原根冠比和地下生物量垂直分布均为指数函数曲线,根茎型草原地下生物量集中在土壤0—5 cm,丛生型草原地下生物量集中于土壤5—10 cm,根冠比值在生长旺季(7—8月份)最小。草甸草原地下净生产力及碳储量范围分别为2167—2953 g m-2a-1和975—1329 gC m-2a-1,典型草原为2342—3333 g m-2a-1和1054—1450 gC m-2a-1,地下净生产力及其碳储量约为地上净生产力及其碳储量的10倍,具有较大的年固碳能力,且相对稳定;地下净生产力与地上净生产力呈显著负相关性(P0.05);地下生物量碳库是地上生物量碳库的10倍左右,适度放牧可增加地下生产力,但长期过度放牧显著降低其地下生物量与生产力,并使其垂直分布趋向于浅层化。     

青藏高原高寒灌丛生态系统草本层生物量分配格局

青藏高原高寒灌丛生态系统生物量分配的研究相对较少,尤其是其草本层。为了探究高寒灌丛生态系统草本层生物量分配特征及其影响因素,分析了青藏高原东北部灌丛生态系统的49个高寒灌丛样地的草本层地上与地下生物量特征及其气候因子之间的关系。结果表明1)草本层地上生物量与地下生物量分别为121.1,342.8 g/m2均大于高寒草地的地上生物量与地下生物量。2)草本层的根冠比为3.6低于高寒草地的根冠比。3)地上生物量与地下生物量之间呈现幂函数的关系y=8.0x0.83(R2=0.48,P0.001)。4)根冠比与年均温度、年均降雨量之间没有显著的相关关系。     

黄土高原地区森林生态系统地下生物量影响因素

根系将土壤和大气相连与植物体共同影响生态系统的碳循环,同时根系也是森林生态系统土壤碳库的重要来源。研究表明森林地下生物量受生物因素和非生物因素影响,因此研究各因素对根系生物量的影响对精确估算土壤碳库至关重要。基于我国相关部门的观测及调查数据,通过标准化计算和统计分析来量化各因素对黄土高原地区地下生物量的影响。结果表明：黄土高原森林生态系统地下生物量主要分布在11.99-27.46 Mg/hm²之间;非生物因素对地下生物量起主导作用,其中降雨量和地形影响最为显著;不同土壤类型地下生物量表现出：棕壤 > 褐土 > 岩性土;不同森林类型地下生物量大小为：针叶林 > 针阔叶混交林 > 落叶阔叶林;不同地形地下生物量由大到小为：丘陵、山地 > 高原、平原;地下生物量在坡位上的分布大小为：坡麓 > 上、中、下三个坡位 > 平地;人类活动和动物活动干扰对地下生物量的影响没有显著差异。另外,在分析中发现若影响因素中含经纬度,非生物和生物因素对地下生物量的影响程度分别为68.9%和31.1%;若影响因素中不含经纬度,非生物和生物因素对地下生物量的影响程度分别为81.1%和18.9%,说明经纬度与其他因素存在很强的相关性,并严重影响着生物因素和非生物因素对森林生态系统地下生物量的比重。研究结果对地下生物量的估测有一定的意义,可以为森林植被如何通过根系适应环境的研究提供参考,为植被恢复、森林经营管理及地下部分碳循环的研究提供依据。     

Study on growth and biomass of underground organs ofTypha angustata Bory & Chaub

Underground and aboveground biomass and their ratios at flowering time in different natural stands of Typha angustata near Jaipur, India were studied in the field and experimentally over a period of eleven months (June to April). The underground biomass was 40–50% of the aboveground biomass in both natural and experimental conditions.     

古田山自然保护区地下芽植物多样性及其生物量分配策略

地下芽植物能够通过地下储存器官占据生境资源、储存营养物质等策略来获得生态优势,其地下储存器官多样性以及生物量分配策略,对地下芽植物物种组成以及生态系统功能产生重要影响。然而,以往研究多关注草地生态系统的地下芽植物,对森林地下芽植物的了解仍然缺乏。采集了古田山国家级自然保护区不同海拔分布的693个草本植物个体,分析了地下芽植物及其地下储存器官的类型与多样性,比较了地下芽植物与非地下芽植物的地上、地下各器官的绝对、相对生物量。结果显示：（1）地下芽植物的相对丰富度为69.1%,相对多度为88.2%。大多为根状茎植物,主要由禾本科、莎草科、堇菜科和蕨类植物组成。（2）除茎外,地下芽植物各器官的绝对生物量（叶：1.94g,根：0.65g,地上部分：2.0g,地下部分：4.1g）均大于非地下芽植物（叶：0.26g,根：0.13g,地上部分：0.68g,地下部分：0.13g）。（3）地下芽植物叶（0.40）与茎（0.14）的相对生物量小于非地下芽植物（叶：0.48,茎：0.35）,地下部分相对生物量（0.56）大于非地下芽植物（0.17）。本研究表明,以根状茎植物为主的地下芽植物是古田山亚热带森林生态系统草本植物的主要构成者,且个体普遍较大,倾向于将生物量投资于地下器官。这些结果为认识地下芽植物的生态策略与功能以及草本植物群落管理提供了科学依据。     

黄土区不同恢复年限草地群落生物量及根冠比对氮添加的响应

大气氮沉降增加作为全球变化的主要环境问题之一,已引发人们的广泛关注,持续的氮沉降对草地生态系统的组成、结构和功能产生重要影响。为深入了解草地恢复进程中群落生物量和根冠比对氮沉降的响应,以黄土区3个不同恢复年限（初期12a、中期28a和后期37a）的天然草地为研究对象,通过设置6个氮添加水平,CK （0）、N1（2.34g m^-2a^-1）、N2（4.67g m^-2a^-1）、N3（9.34g m^-2a^-1）、N4（18.68g m^-2a^-1）、N5（37.35g m^-2a^-1）来测定草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量,并计算根冠比和氮响应效率（NRE）。结果表明：（1）地上生物量在恢复中期最大,随氮添加梯度增加,地上生物量在恢复初期和恢复后期呈不显著上升趋势,对氮添加表现为非线性的正响应（ΔNRE>0）,在恢复中期呈不显著下降趋势,对氮添加表现为非线性的负响应（ΔNRE<0）。（2）群落地下生物量对氮添加无显著响应,总生物量只有在恢复后期的N4添加水平下,与对照存在显著差异。（3）根冠比在恢复初期时,N3添加水平下显著高于对照和其他氮添加水平,其余恢复年限对氮添加无显著响应。综上所述,通过分析比较黄土区不同恢复年限草地群落的地上、地下及总生物量和根冠比对氮添加的响应。建议对该区域开展试点实验,实行适应性草地管理,如进行两年一次刈割或轻度放牧（2只羊/hm²）,来探寻更科学有效的管理措施,使草地实现系统性恢复,进而满足生态系统容量和社会需求的变化。     

植株密度和氮素互作对垂穗披碱草生物量分配的影响

垂穗披碱草（Elymus nutans）是高寒地区建植和改良栽培草地的首选草种。虽然合理植株密度和氮素添加量是垂穗披碱草栽培草地稳产的关键因子,但两者之间是否存在最佳互作组合仍不清楚。采用盆栽试验,通过分析不同植株密度（58、102、146株/m²）和氮素添加量（0、200、400 mg/kg）组合状态下垂穗披碱草株高、单株分蘖数、地上生物量、地下生物量、根系体积和地上地下生物量比,以确定理论上是否存在植株密度和氮素添加量的最佳组合。结果表明：随植株密度增加,垂穗披碱草株高、地上生物量和地上地下生物量比值均先增加后降低,而单株分蘖数逐渐减小,根系体积和地下生物量先增加后保持相对稳定;随氮素添加量增加,垂穗披碱草单株分蘖数、地上生物量和地上地下生物量比值均表现为先增加后降低,地下生物量逐渐降低。植株密度与氮素添加量互作虽然对垂穗披碱草的根系体积和单株分蘖数没有显著影响,但两者互作显著影响了垂穗披碱草株高、地上生物量、地下生物量、地上地下生物量比（P<0.01）,这些指标与植株密度和氮素添加量的关系均表现为一个开口向下的抛物面。当植株密度为102株/m²和氮素添加量为200 mg/kg时,垂穗披碱草栽培草地产量最大,生物量分配最优。垂穗披碱草植株密度和氮素添加互作时理论上存在最佳组合,这为垂穗披碱草栽培草地的田间管理提供了理论依据。     

Underground Metameric Complex in the Source-Sink System of Rhizome-Forming Perennial Cereals <Emphasis Type="Italic">Bromopsis inermis</Emphasis> and <Emphasis Type="Italic">Phalaroides arundinacea</Emphasis>

Morphophysiological characteristics of rhizomes and growth relationships between underground shoots and aboveground orthotropic shoots were studied in two species of perennial monocotyledonous plants—Hungarian brome (Bromopsis inermis (Leyss.) Holub.) and reed canary-grass (Phalaroides arundinacea (L.) Rauschert.). The underground metameric complex was shown to be comparable with the aerial shoots in terms of the number, biomass, and metabolic activity of the shoots. The role of the underground metameric complex in the source-sink system of perennial rhizome-forming cereals is determined by a significant proportion of rhizomes in plant biomass (30–50%), formation of a large amount of meristems in the underground stock of vegetative reproduction (more than 1000 per plant), a comparatively high respiration rate (1.5 mg CO₂/(g dry wt h)), and a high nitrogen content (3.5%). No pronounced growth response was found in the rhizome upon plant treatment with growth regulators (GA and chlorocholine chloride) and upon decapitation of plant shoots. It is concluded that the underground metameric complex of the perennial monocotyledonous herbaceous plants is relatively autonomous from the orthotropic shoots.     

植物地下生物量研究进展

在生物量的研究过程中,地下部分生物量十分重要却又多被忽视本文首先比较了当前地下生物量研究中较为常用的4种研究方法:挖土块法、钻土芯法、内生长土芯法和微根区管法.然后总结了地下生物量在空间和时间上变化规律的研究成果.最后又讨论了环境因素诸如水分、温度和开垦、放牧对地下生物量的影响以及地下生物量的周转.     

植物地下生物量研究进展

在生物量的研究过程中,地下部分生物量十分重要却又多被忽视本文首先比较了当前地下生物量研究中较为常用的4种研究方法:挖土块法、钻土芯法、内生长土芯法和微根区管法.然后总结了地下生物量在空间和时间上变化规律的研究成果.最后又讨论了环境因素诸如水分、温度和开垦、放牧对地下生物量的影响以及地下生物量的周转.     

环境DNA技术在地下生态学中的应用

地下生态过程是生态系统结构、功能和过程研究中最不确定的因素。由于技术和方法的限制,作为"黑箱"的地下生态系统已经成为限制生态学发展的瓶颈,也是未来生态学发展的主要方向。环境DNA技术,是指从土壤等环境样品中直接提取DNA片段,然后通过DNA测序技术来定性或定量化目标生物,以确定目标生物在生态系统中的分布及功能特征。环境DNA技术已成功用于地下生态过程的研究。目前,环境DNA技术在土壤微生物多样性及其功能方面的研究相对成熟,克服了土壤微生物研究中不能培养的问题,可以有效地分析土壤微生物的群落组成、多样性及空间分布,尤其是宏基因组学技术的发展,使得微生物生态功能方面的研究成为可能;而且,环境DNA技术已经在土壤动物生态学的研究中得到了初步应用,可快速分析土壤动物的多样性及其分布特征,更有效地鉴定出未知的或稀少的物种,鉴定土壤动物类群的幅度较宽;部分研究者通过提取分析土壤中DNA片段信息对生态系统植物多样性及植物分类进行了研究,其结果比传统的植物分类及物种多样性测定更精确,改变了以往对植物群落物种多样性模式的理解。同时,环境DNA技术克服传统根系研究方法中需要洗根、分根、只能测定单物种根系的局限,降低根系研究中细根区分的误差,并探索性地用于细根生物量的研究。主要综述了基于环境DNA技术的分子生物学方法在土壤微生物多样性及功能、土壤动物多样性、地下植物多样性及根系生态等地下生态过程研究中的应用进展。环境DNA技术对于以土壤微生物、土壤动物及地下植物根系为主体的地下生态学过程的研究具有革命性意义,并展现出良好的应用前景。可以预期,分子生物学技术与传统的生态学研究相结合将成为未来地下生态学研究的一个发展趋势。     

塔克拉玛干沙漠高矿化度水灌溉苗木地下生物量研究

2003年在塔克拉玛干沙漠腹地肖塘地区进行了高矿化度水(28g/L)滴灌造林试验。秋季用根系挖掘法研究了定植当年的梭梭、柽柳和盐穗木的地下生物量,研究结果表明:(1)定植当年苗木地下生物量主要分布在表层20cm,向下逐渐减小,生物量的分布与深度呈显著的负指数关系。(2)不同样地间比较发现苗木根系生长遵循限制因子定律:在灌溉水质、灌水定额、施肥量、施肥时间等人为影响因子一致时,土壤类型、土壤结构、坡向和坡位等自然因子中差异最大的因子是苗木根系生物量累积的限制因子,它们分别通过改变土壤的紧实度和水分状况、地表太阳辐射强度和与风速有关的地表蚀积状况和壤中流向影响土壤含水率来影响苗木的生长。(3)树种间根系生长和分布也显著不同,根系分布深度和生物量表现为梭梭>柽柳,在丘间粘土质土壤中盐穗木>柽柳。