科尔沁沙地优势固沙灌木的生物量预测模型

灌木生物量预测模型对于快速估算固沙灌木林生产力具有重要作用。以科尔沁沙地3种常见的固沙灌木小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、差不嘎蒿（Artemisia halondendron）、黄柳（Salix gordejevii）为对象,基于对灌木地上、根系和整株生物量及高度、冠幅等的测定,建立3种灌木地上、根系和总生物量的估算模型,通过决定系数（R²）、估计值的标准误（SEE）和回归检验显著水平（P<0.05）筛选最优的生物量预测模型。结果表明：小叶锦鸡儿和黄柳生物量的最佳估算变量为冠幅体积,而差不嘎蒿的最佳预测变量为冠幅面积。幂函数回归模型具有最大的R²和较小的SEE,说明相对生长方程是估算小叶锦鸡儿、黄柳、差不嘎蒿灌木生物量较理想的模型。通过实测值检验,3种灌木幂函数模型预测生物量的预估精度在93%以上,具有较好的预测精度。     

科尔沁沙地2种优势固沙灌木的相容性生物量模型

基于现有的灌木生物量模型存在各组分与总量不相容问题,以半干旱区科尔沁沙地2种优势固沙灌木小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）和黄柳（Salix gordejevii）为对象,通过对大样本的相关形态指标及生物量实测数据进行非线性回归和非线性误差变量联立方程组的计算,建立了2种灌木叶片、新枝、老枝和地上生物量的独立模型及与各组分相容的生物量模型,并通过决定系数R²、估计值的标准差SEE、总相对误差TRE、平均系统误差MSE（ASE）、平均预估误差MPE和平均百分标准误差MPSE对模型进行评价。结果表明：非线性加权回归使得两种灌木各组分的独立模型拟合效果优化,而生物量相容模型与独立模型相比,由于抽样误差的存在拟合效果不佳,相关评价指标较低。     

氮素及水分添加对科尔沁沙地4种优势植物地上生物量分配的影响

氮素和水分是半干旱沙地生态系统植物生长主要的影响因素,氮沉降和降水量与降水格局的变化可能会对植物生长产生深刻影响,进而影响沙地生态系统功能。本文通过科尔沁沙地草地连续2年增加水分（夏季增雨,冬季增雪）、添加氮素和同时添加氮素和水分的田间试验,分析了不同处理对4种优势草本植物种（尖头叶藜Chenopodium acuminatum 、白草Pennisetum centrasiaticum 、糙隐子草Cleistogenes squarrosa 和狗尾草Setaria viridi ）地上生物量积累和分配的影响。结果表明：单纯添加氮素或水分对当地4种优势植物平均地上总生物量、各构件平均生物量及繁殖体和茎平均生物量分配无显著影响。夏季增雨×氮素添加使4种植物平均地上总生物量及各构件平均生物量在2010年显著增加,冬季增雪×氮素添加使叶生物量分配在2010年显著增加;但是在2012年各处理对生物量的分配影响不显著。这说明夏季增雨×氮素添加能够解除氮素对水分的限制作用,使植物将所获得的有限资源供于叶片生物量的积累和分配。但是添加氮素与水分影响的生物量分配变化程度因物种而异,对尖头叶藜、白草、糙隐子草的影响不明显,对狗尾草的影响显著。     

荒漠草地4种灌木生物量分配特征

生物量是植物积累能量的主要体现,其在各器官中的分配是植物对环境适应的结果,反映了植物的生长策略。生物量分配会影响不同碳库之间的碳周转,进而影响陆地生态系统碳循环。选取腾格里沙漠东南缘荒漠草地的4种优势灌木种,采用全挖法在个体水平上研究了各器官的生物量以及地下-地上生物量关系(根冠比R/S),试图揭示生物量在各器官中以及地下-地上的分配格局。结果表明:不同物种生物量在地上部分各器官中的分配策略不同;R/S也不相同,其中红砂（Reaumuria soongarica）最大(中值为0.972),珍珠（Salsola passerina） (中值为0.744）和驼绒藜（Ceratoides latens）(中值为0.670)次之,盐爪爪（Kalidium foliatum）最小(中值为0.179),这表明4种灌木具有各自独特的生长策略。随着灌木的生长,冠幅和生物量不断增大,R/S呈下降趋势,说明植物在开始生长阶段对限制性的水分和养分可能有更高的竞争需求。4种灌木的根系分布在不同种间也存在差异,盐爪爪根系较浅(主要分布在0～30 cm土层),其次是珍珠（主要分布在0～50 cm土层),驼绒藜和红砂的根系分布较深(主要分布在0～70 cm土层)。驼绒藜、红砂和珍珠的地下-地上生物量分配模式支持等速生长假说,而盐爪爪的地下-地上生物量分配模式则不支持该假说。4种灌木的地上生物量与地下生物量(经对数转换)均呈极显著的线性相关关系(p<0.001),决定系数介于0.81~0.93之间,这一相关关系可以应用于对荒漠草地地下生物量的估算。本结果有助于进一步研究荒漠生态系统的生物量分配格局和碳循环。     

腾格里沙漠东南缘4种灌木的生物量预测模型

灌木生物量模型是预测灌木生物量最有效的方法。选择腾格里沙漠南缘荒漠生态系统中常见的4种灌木（驼绒藜(Ceratoides latens)、盐爪爪(Kalidium foliatum)、珍珠猪毛菜(Salsola passerina)、红砂(Reaumuria soongarica)）为研究对象,以株高（H）和冠幅（C）的复合因子灌木体积（V）为自变量,通过回归分析,分别构建了4种灌木和混合物种的叶、新生枝、老龄枝、地上部分、地下部分和整株生物量的预测模型。通过决定系数（R2）、估计值的标准误（SEE）和回归检验显著水平（p＜0.05）筛选出了最优的生物量估测模型。结果显示:4种灌木的生物量模型主要以幂函数W=aVb为最优模型,少数以三次函数W=a+bV+cV2+dV3为最优模型。灌木生物量与V之间呈极显著的相关关系（p＜0.001）,决定系数较高,分别为:叶片（0.775＜R2＜0.866）,新生枝（0.694＜R2＜0.840）,老龄枝（0.819＜R2＜0.916）,地上部（0.832＜R2＜0.917）,地下部分（0.74＜R2＜0.808）,全株（0.811＜R2＜0.912）,说明预测模型可以应用于此4种灌木的生物量估算。不同物种之间及不同器官之间的生物量模型存在差异,在实际使用中,要根据物种来选择相应的模型。生物量模型的建立有助于全面估算荒漠生态系统的生物量,并进一步评估生态系统不同碳库的碳存储量与碳循环。为有效提高荒漠草地碳储量、合理实施生态系统管理和人为干预提供科学依据。     

祁连山高山灌丛生物量及其分配特征

分布于青海云杉林上线的祁连山高山灌丛是祁连山水源涵养林效益最佳林型,研究高山灌丛生物量是生态系统生产力的重要体现,也是群落结构和功能的主要测度之一。以祁连山排露沟流域3 300～3 700 m高山灌丛为研究对象,采用标准地、样方收获法以及壕沟挖掘方法,对不同海拔高度10个固定样地灌丛生物量,器官生物量进行调查,分析了不同海拔梯度灌丛的叶、枝、须根、细根、粗根烘干重数据及其生物量分配特征。结果表明：祁连山高山灌丛总生物量为12 869.39±3 306.16 kg/hm²(平均值±标准差,n=10),其中器官分配以枝生物量所占比例最高,达32.21%,叶、须根、细根、粗根的比例分别为15.70%、14.06%、11.13%和26.90%。不同海拔梯度灌丛生物量器官分配比例差异较大,地上生物量平均为6 097.17kg/hm²,地下生物量平均为6 772.22kg/hm²,不同海拔根茎比在0.56～1.93之间变化,海拔3 500 m处根茎比达最大。祁连山高山灌丛生物量与海拔呈现显著的负相关（R² = 0.898 7,p＜0.01）,随着海拔的升高,灌丛总生物量,地上以及地下生物量均呈现下降的趋势。研究结果可为内陆河流域生态环境的保护及其高山灌丛对全球气候变化的响应研究提供重要理论依据和应用资料。     

科尔沁沙地3种灌木凋落物分解速率及其与关键气象因子的关系

选取科尔沁沙地3种代表性灌木（差不嘎蒿、黄柳、小叶锦鸡儿）作为研究对象,采用网袋法对其凋落物进行研究,每月取样测试,结合试验期间当地气象资料,对凋落物在不同类型沙丘、不同深度的分解率进行相关分析。结果表明,生长季节内,放置在地表的凋落物在固定沙丘上的分解率大于其在流动沙丘上的分解率,而在冬春季节却相反;凋落物在地下10 cm深处的分解普遍快于地表;经过一年的分解,差不嘎蒿的分解率大于另两种植物,以固定沙丘地表放置为例,其最终分解率为53.6%,大于小叶锦鸡儿的28.5%及黄柳的21%;降水对凋落物的分解影响较地温更大。     

西鄂尔多斯地区5种荒漠优势灌丛生物量分配格局及预测模型

以西鄂尔多斯地区5种荒漠优势灌丛（沙冬青（Ammopiptanthus mogolicus）、四合木（Tetraena mongolica）、霸王（Zygophyllum xanthoxylum）、红砂（Reaumuria songarica）、半日花（Helianthemum songaricum））为研究对象,采用平均标准灌丛全部收获法测定灌丛各营养器官（枝条、叶片、根系）生物量,并分别以丛高（H）和冠幅（C）的复合因子（CH）及基径（D）和丛高（H）的复合因子（D²H）为自变量建立单株灌丛生物量预测模型。通过决定系数（R²）、估计值的标准误差（SEE）和F检验显著水平筛选出各灌丛种最佳生物量预测模型。结果表明：（1）5种荒漠灌丛单株总生物量干鲜比差异性显著（P<0.05）,各营养器官间差异性也达到显著水平（P<0.05）;灌丛根冠比种间差异显著（P<0.05）,红砂（1.05）> 霸王（1.01）> 半日花（0.92）> 沙冬青（0.90）> 四合木（0.49）;（2）根系和枝条是荒漠灌丛生物量的主要贡献者,其生物量占灌丛总生物量比例之和均在80%以上,根系生物量分配随根系径级的增加而增加;（3）5种荒漠优势灌丛单株灌丛生物量预测模型R²值均在0.85以上,且在0.05水平上显著,生物量模型预测精度较高。     

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片凋落物分解的主场效应

在气候变化和人类活动的影响下,科尔沁沙质草地中灌木植物种增加,导致沙质草地逐渐向灌木地转变。选取该地区优势固沙灌木差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和小叶锦鸡儿叶（Caragana microphylla）凋落物及其混合凋落物开展交互移置培养试验,分析了培养过程中CO₂释放和干物质损失量以及混合凋落物CO₂释放量实测值与预测值的差异,辨析主场效应产生的原因及其驱动机制,以期为将主场效应纳入到凋落物分解模型提供理论基础。结果表明：与高质量的小叶锦鸡儿叶凋落物相比,质量较低的差不嘎蒿叶凋落物分解具有更强的主场效应;其次,引起叶凋落物分解的主场效应归因于土壤微生物的特化作用,而不是土壤动物的搬运或贮藏行为。此外,混合凋落物主场效应与其分解生境中长期输入的凋落物的质量相似性紧密相关,质量相似性越大,主场效应越强,这也是本研究中混合凋落物分解在差不嘎蒿灌丛土壤下具有较强主场效应的原因。     

柴达木盆地几种荒漠灌丛植被的生物量分配格局

选择柴达木盆地的8种荒漠灌丛为研究对象,利用样方收获法对生物量及其分配格局进行了研究。结果表明：柴达木盆地荒漠灌丛生物量的空间分布具有高度异质性,介于11.11~58.63 t·hm^-2,平均为27.15 t·hm^-2。灌木层生物量是整个荒漠生态系统最重要的生物量组分,占总生物量的92.71%。灌木层地上生物量的变幅为7.93~46.10 t·hm^-2,地下生物量的变幅为1.15~25.64 t·hm^-2。地上生物量远大于地下生物量,根冠比介于0.07~2.45。几种荒漠植被的生物量在各个器官间分配格局为：枝生物量>根生物量>叶生物量,分别占建群种生物量的比例为38.05%、34.92%、27.03%。影响柴达木生物量及其分配的因子主要是灌木的高度及土壤含水量。     

科尔沁沙地沙丘固定过程中植物生物量及土壤特性

为了解沙丘固定不同阶段植物群落的生物量特点及土壤理化特性的变化规律,研究比较了科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙质草地4种生境的地上、地下生物量,并分4层土壤深度分析了土壤理化特性的演变特征及相关关系.结果表明:(1)植物地上生物量与地下生物量显著正相关,0~10 cm土层地下生物量最大,随着沙丘的固定,地下10～20、20～40、40～60 cm深度土层的生物量显著增加,植物地上生物量依次增大,分别为2.20、98.10、131.41、190.38 g·m^-2,地下地上生物量比依次为10.44、1.67、0.81、1.18;(2)随着沙丘的固定,表层土壤容重由1.62 g·cm³下降到1.33 g·cm³,各土层的粉沙和极细沙的占比依次增加,中沙比例依次减小,土壤碳氮含量、碳氮比、pH值、电导率均逐渐增加;(3)地上、地下生物量均与表层土壤碳氮含量、pH值、电导率显著正相关,土壤碳、氮含量均与pH值、电导率、土壤水分含量显著正相关,与土壤容重显著负相关(p<0.05).综上所述,沙丘恢复过程中植物生物量的增加与表层土壤颗粒细化、营养物质增多、水分增加密切相关,土壤-植被系统构成了有机的综合体.     

科尔沁沙地持续放牧和不同强度放牧后封育草场中生物结皮生物量和土壤因子的变化

通过对科尔沁沙地放牧后封育样地和放牧样地生物结皮生物量的研究,探讨了不同样地生物结皮生物量的变化规律及其与环境因子的相互关系。结果表明,封育样地藓类和藻类植物的生物量显著高于放牧样地;在封育样地内,轻度、中度放牧封育区显著高于重度放牧封育区（P＜0.05）。封育样地生物结皮的土壤微生物量碳、氮含量高于放牧样地,并且各样区藓结皮土壤微生物量碳、氮含量显著高于藻结皮（P＜0.05）。在封育样地内表现为轻度、中度放牧封育区土壤微生物量碳、氮含量较高,重度放牧封育区含量较低,体现出不同强度放牧封育停牧后对土壤微生物量碳、氮影响的滞后效应。藻类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量和粉黏粒呈极显著正相关（P＜0.01）,与细沙呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈极显著负相关（P＜0.01）。藓类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量、粉黏粒呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈负相关,但不显著。藻类植物的生物量与土壤因子之间的相关性更为密切。     

科尔沁沙地不同类型沙地植被恢复过程中地上生物量与凋落物量变化

植物体生长、死亡及分解是沙地生态系统物质周转的重要环节。以科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘及草地为研究对象,通过对2009-2011年3个生长季各生境植被特征、地上生物量和凋落物的测定,分析了沙地恢复过程中地上生物量和凋落物量的变化趋势和季节动态。结果表明:(1) 地表植被存在显著的生境差异,植被盖度、生物量和密度等均表现为草地 > 固定沙丘 > 流动沙丘。(2) 3类生境地上生物量均存在显著的单峰曲线的季节差异性,其中草地最大生物量分别出现在7月(2009年)和8月(2010、2011年),最大生物量为163.71~247.64 g·m^-2;固定沙丘最大生物量均在2009、2010、2011年7月达到最高,分别为96.13、96.02、102.74 g·m^-2,流动沙丘最高地上生物量为17.48~20.10 g·m^-2,分别出现在7月(2009年和2010年)和9月(2011年)。(3) 2009、2010、2011年3类生境中的年最大凋落物量分别为21.0、267.6、370.1 g·m^-2,其中草地和固定沙丘中凋落叶和凋落枝等非立枯有较大比重,流动沙丘凋落物主要为立枯;同时各生境凋落物具有与地上生物量相反的季节特征。     

土壤含水率对风沙流结构及风蚀量的影响

通过对科尔沁沙地典型生境(流动沙丘、沙质草地和农田)的土壤进行风洞试验,分析了不同含水率下3类土壤的风沙流结构、输沙率及总输沙量的变化趋势.结果表明:(1)不同含水率下,3类土壤的输沙率随高度的增加均呈现减小趋势,且有良好的指数函数关系.(2)随含水率的增加,流动沙丘和沙质草地土壤风沙流沙粒的平均跃移高度增加、0-12...     

科尔沁沙地草地植被对围封和放牧的响应

研究了科尔沁沙地疏林草地、针茅草原和草甸植被盖度、地上和地下生物量、物种多样性对围封和放牧的响应。结果表明：（1）围封与放牧草地的优势植物不同,围封草地植物群落优势植物为多年生禾本科植物,放牧草地中一年生植物和小半灌木优势明显。（2）围封和放牧草地的植物盖度、凋落物量、地上生物量和物种丰富度存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高了植被盖度和地上生物量,由疏林草地、针茅草原到草甸,植物盖度和地上生物量逐渐增加,而3种草地植被凋落物量大小顺序为针茅草原> 疏林草地> 草甸;放牧条件下植物盖度、凋落物量和物种丰富度差异不显著（P>0.05）。（3）3种草地之间的地下生物量无显著差异（P>0.05）,但围封与放牧之间、不同土壤层次之间地下生物量存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高草地的地下生物量（P<0.05）;草地地下生物量随着土壤深度表现出下降趋势（P<0.05）。长期放牧增加了草地一年生植物和小半灌木植物的优势,消除了不同草地之间植被盖度和物种丰富度的差异;而围封能提高草地多年生禾本科植物的优势、增加其物种丰富度,对于草地质量和植物多样性的恢复和保育具有积极作用。     

Vertical distribution of Artemisia halodendron root system in relation to soil properties in Horqin Sandy Land, NE China

Root distribution plays an important role in both vegetation establishment and restoration of degraded land through influencing soil property and vegetation growth. Root distribution at 0~60 cm depth of A. halodendron was investigated in Horqin Sandy Land. Soil organic carbon (SOC) and nitrogen (SN) concentration as well as carbon and nitrogen in root biomass and necromass were measured. Root length density (RLD) was estimated. Total root biomass, necromass and the RLD at 0~60 cm depth was 172 g/m², 245 g/m², and 368 m/m², respectively. Both biomass and necromass of A. halodendron roots decreased with soil depth, live roots were mainly at 0~20 cm (76% of biomass and 63% of root length), while 73% of the necromass was within 0~30 cm depth. N concentration of roots (biomass and necromass) was about 1.0% and 1.5%, respectively. There were significant differences in SOC concentration between soil layers, but insignificant for SN. Soil C/N ratio decreased with depth (P<0.05). C and N storage for belowground system at 0~60 cm decreased markedly with depth; 41.4% of C and 31.7% of N were allocated to the 0~10 cm layer. Root bio- and necromass together contained similar amount of C to that of the soil itself in the top layer. N stock was dominated by soil nitrogen at all depths, but more so in deeper layers. It is clear that differentiating between soil layers will aid in interpreting A. halodendron efficiency in soil restoration in sandy land.     

放牧强度对科尔沁沙地沙质草地植被的影响

为了研究科尔沁沙地沙质草地在不同放牧强度下植被特征的变化规律,比较了围封、中度放牧、重度放牧3种条件下的植被盖度、群落组成、物种多样性、地上/地下生物量和凋落物量等植被特征的变化特征。结果表明:(1)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地的优势植物均为一年生植物,但围封和中度放牧中多年生禾本科植物优势度高于重度放牧,重度放牧沙质草地一年生植物所占优势度最大;(2)放牧强度对沙质草地植被盖度、地上生物量及凋落物量有显著影响。随着放牧强度的增加,植被盖度、地上生物量和凋落物量均降低;(3)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地物种丰富度及多样性差异均不显著;(4)放牧强度和土壤深度及其交互作用均能影响地下生物量。随着放牧强度的增加,总的地下根系生物量减小。而重度放牧草地中, 3个土壤深度间地下根系生物量差异不显著。放牧改变了沙质草地植物群落的组成、极大降低了植被盖度和生产力;尤其是重度放牧急剧增加了一年生植物的优势、且对浅层根分布的减少影响最大。     

造林对沙地土壤微生物的数量、生物量碳及酶活性的影响

对科尔沁沙地流动沙丘中林龄为20年左右的樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）和小叶杨（Populus simonii）人工林表层土壤微生物数量、微生物生物量碳和酶活性进行了研究,流动沙丘作为对照。研究表明:樟子松和小叶杨人工林可以显著改善流动沙丘土壤性状,对沙丘土壤微生物活性具有显著的促进作用;土壤微生物数量、微生物生物量碳和酶活性均表现为小叶杨林>樟子松林>流动沙丘。樟子松和小叶杨林地土壤微生物总数分别是对照的50.16倍和72.48倍,三者差异显著;樟子松和小叶杨林地土壤微生物生物量碳分别是对照的23.67倍和33.34倍,林地与对照差异显著;两种林地土壤脱氢酶、过氧化物酶、蛋白酶、脲酶、纤维素酶活性分别是对照的19.00倍和27.54倍、4.78倍和9.89倍、4.05倍和8.67倍、29.93倍和37.46倍、9.66倍和13.42倍,林地与对照差异显著。在科尔沁沙地,人工种植适合当地气候特点的乔木,不仅可以改善流动沙丘土壤性状和微生物活性,而且还能起到固定流动沙丘的目的,樟子松和小叶杨是当地值得推广种植的防风固沙树种。土壤微生物量商（Cmic∶C）是一个衡量林地土壤稳定性和有效性较好的指标,从林地土壤养分有效性、林木稳定性和可持续性等方面综合考虑,樟子松比小叶杨更具优势。