李紅琴,宋成剛,張法偉,李英年,①

(1.中國科學(xué)院西北高原生物研究所,青海西寧810001;2.中國科學(xué)院高原生物適應(yīng)與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青海西寧810001; 3.青海省工程咨詢中心,青海西寧810001)

青海高寒區(qū)域金露梅灌叢草甸灌木和草本植物固碳量的比較

李紅琴1,2,宋成剛3,張法偉1,2,李英年1,2,①

(1.中國科學(xué)院西北高原生物研究所,青海西寧810001;2.中國科學(xué)院高原生物適應(yīng)與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青海西寧810001; 3.青海省工程咨詢中心,青海西寧810001)

以青海海北高寒區(qū)域金露梅(Potentilla fruticosa Linn.)灌叢草甸為研究對(duì)象,分析了6月至9月金露梅灌叢草甸灌木和草本植物不同部位的生物碳量,并據(jù)此對(duì)灌木及草本植物的年凈初級(jí)生產(chǎn)碳量進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示:金露梅灌叢草甸灌木植物地上部和地下部不同層次的生物量和碳含量均有明顯差異,根據(jù)生物量所占比例確定其地上部和地下部的平均碳含量分別為0.50和0.48。依據(jù)不同月份灌叢冠面最大長度、最小寬度和最大高度,采用方程“Wij=e〔aln(A·B·H)+b〕”計(jì)算灌木地上當(dāng)年新生生物碳量、地上多年累積生物碳量和地下多年累積生物碳量,相關(guān)性均極顯著(P＜0.01),表明利用該方程評(píng)估金露梅灌叢草甸灌木不同部位的生物碳量是可行的。不同月份金露梅灌叢草甸灌木地上當(dāng)年新生生物碳量、地上多年累積生物碳量和地下多年累積生物碳量分別為9.36～21.15、78.07～90.12和74.37～101.22 g·m-2,差異不明顯;其地上部和地下部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量分別為33.20和26.85 g·m-2,總計(jì)為60.05 g·m-2。金露梅灌叢草甸草本植物地上部和地下部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量分別為111.41和445.41 g·m-2,總計(jì)為556.82 g·m-2。如果根據(jù)草本和灌木占地面積78%和22%進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,則金露梅灌叢草甸當(dāng)年的總凈初級(jí)生產(chǎn)碳量為447.53 g·m-2,其中灌木的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量僅占2.95%,且金露梅灌叢草甸地下部與地上部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量的比值為3.75。研究結(jié)果顯示:青海高寒區(qū)域金露梅灌叢草甸以草本固碳為主,且地下部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量明顯高于其地上部。

高寒區(qū)域;金露梅灌叢草甸;碳含量;生物碳量;凈初級(jí)生產(chǎn)碳量

金露梅(Potentilla fruticosa Linn.)廣布于中國東北、華北、西北和西南的高山地區(qū),是寒溫帶多年生落葉灌木的典型代表種類之一,在朝鮮、蒙古和俄羅斯的西伯利亞也有分布[1]。在青藏高原,金露梅多分布在東部海拔2 700～4 500 m的山地陰坡、土壤濕度較高的平緩灘地以及地下水位較高的河谷階地,金露梅灌叢草甸的分布面積僅次于矮生嵩草〔Kobresia humilis(C.A.Mey.ex Trautv.)Sergiev.〕草甸,其分布受緯度的限制,并隨緯度升高其分布高度上限有所下降,具有明顯的地帶性分布規(guī)律。

青藏高原高寒區(qū)域金露梅灌叢草甸植物群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單[2]、植物種類相對(duì)豐富、生產(chǎn)力較高,是良好的夏季放牧草場(chǎng)。雖然目前對(duì)青藏高原金露梅灌叢草甸的生理生態(tài)特征以及生物生產(chǎn)力變化特征等方面有較多的研究報(bào)道[3-5],但因金露梅灌叢草甸植被為草本與灌木混交,而灌木與喬木相似,其根系和枝干生物量連年累積,導(dǎo)致其地上部及地下部生物量的測(cè)定較困難,并且難以估測(cè)當(dāng)年發(fā)生光合作用時(shí)木本與草本各自的實(shí)際固碳能力。周華坤等[5]對(duì)金露梅灌叢的地下部凈生物量進(jìn)行了研究,但研究對(duì)象是灌木和草本的混合體,并未將灌木及草本的凈初級(jí)生產(chǎn)量分開測(cè)定。

對(duì)青藏高原高寒區(qū)域金露梅灌叢草甸的灌木碳含量分布、地上部及地下部碳密度和凈初級(jí)生產(chǎn)碳量、碳匯能力等方面進(jìn)行研究,是陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力評(píng)估的需要。為此,作者以青海省海北金露梅灌叢草甸為研究對(duì)象,分別測(cè)定灌木與草本植物的生物量、碳含量及生物碳量,再根據(jù)占地面積比例通過加權(quán)計(jì)算獲得其地上部和地下部生物(碳)量及年凈初級(jí)生產(chǎn)(碳)量,以期為高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)域自然概況和研究方法

1.1 研究區(qū)域自然概況

研究區(qū)域位于中國科學(xué)院海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)定位站(海北站),地理坐標(biāo)為北緯37°37′、東經(jīng)101°19′,海拔3 200 m;其東北7 km處為夏季放牧草場(chǎng)金露梅灌叢草甸,地理坐標(biāo)為北緯37°40′、東經(jīng)101°20′。該區(qū)域具有明顯的高原大陸性氣候,受高海拔條件的制約,干濕季分明;年平均氣溫約-2℃,年降水量約620 mm,降水主要集中在5月至9月;冷季寒冷、干燥、漫長,暖季涼爽、濕潤、短暫;土壤為暗沃寒凍雛形土,具有土壤發(fā)育年輕、土層淺薄、有機(jī)質(zhì)含量豐富等特征[6]。

金露梅灌叢草甸一般由2層群落層組成:上層為金露梅灌叢組成的灌木植物群落,下部為禾草、莎草和雜草類為主的底層植物群落。金露梅灌叢株高為30～60 cm,最高可達(dá)70 cm,蓋度可達(dá)40%。受生境和灌木層高度和蓋度的影響,下部草本植物的種類組成和蓋度等差異較大。調(diào)查地段草本層主要由15科37屬47種植物組成,草本層優(yōu)勢(shì)種有矮生嵩草、垂穗披堿草(Elymus nutans Griseb.)和異針茅(Stipa aliena Keng),次優(yōu)勢(shì)種有羊茅(Festuca ovina Linn.)和線葉嵩草〔Kobresia capillifolia(Decne.)C.B.Clarke〕,伴生種有萎軟紫菀(Aster flaccidus Bunge)、山地早熟禾(Poa orinosa Keng)、黃花棘豆(Oxytropis ochrocephala Bunge)、長毛風(fēng)毛菊(Saussurea superba Anth)、麻花艽(Gentiana straminea Maxim.)、藏異燕麥〔Helictotrichon tibeticum(Roshev.)Holub〕、矮火絨草〔Leontopodium nanum(Hook.f.et Thoms.)Hand.-Mazz.〕、瑞苓草(Saussurea nigrescens Maxim.)和珠芽蓼(Polygonum viviparum Linn.)等;群落總蓋度約為90%,草本葉層平均高度約8～16 cm[7]。

1.2 研究方法

1.2.1 灌木碳含量測(cè)定 2010年8月底挖掘高度40～60 cm的金露梅灌叢5叢,先收集所有當(dāng)年的新生枝葉,然后收集地上0～10、10～20、20～30、30～40 cm和40 cm以上各層次的老枝條及地下0～10、10～20、20～30 cm和30 cm以下各層次的根系,并對(duì)根系進(jìn)行清洗。所有樣品經(jīng)風(fēng)干后搗碎并研磨成粉,即為灌木同一層次的5個(gè)重復(fù)樣品,每個(gè)重復(fù)樣品用四分法處理并收集約10 g樣品,用于各層次碳含量的測(cè)定。參照文獻(xiàn)[8]采用重鉻酸鉀-水合加熱法測(cè)定碳含量。

1.2.2 灌木生物碳量測(cè)定 2010年5月在金露梅灌叢草甸中央隨機(jī)選擇1個(gè)位點(diǎn),以正北方為準(zhǔn),順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°和240°,分別依正北方向(0°)、120°方向和240°方向延伸80 m,然后再以80 m處為基點(diǎn)在左側(cè)劃定面積10 m×10 m的樣方,共劃分出3個(gè)樣方;對(duì)3個(gè)樣方內(nèi)所有(包括剛生長的單株)金露梅灌叢進(jìn)行標(biāo)記;調(diào)查時(shí)間為金露梅生長期的6月至9月每月15日前后的3 d內(nèi)。測(cè)定樣方內(nèi)所有標(biāo)記的金露梅灌木冠面的最大長度、最小寬度和最大高度;每月獲得1 162組數(shù)據(jù),作為金露梅灌叢生物量統(tǒng)計(jì)的基本參數(shù)。

在測(cè)定上述參數(shù)的同時(shí),在3個(gè)樣方外挖掘最小(單株)至最大的金露梅灌木叢18叢;挖掘前測(cè)定金露梅冠面最大長度、最小寬度和最大高度;挖掘后用剪刀分別剪取金露梅當(dāng)年新生枝葉以及地上部和地下部,分別裝入紙袋后帶回實(shí)驗(yàn)室;所有樣品置于85℃恒溫烘箱內(nèi)處理至恒質(zhì)量后稱量干質(zhì)量,其中,地下部烘干前用水沖洗干凈。

根據(jù)前述灌木各層次的碳含量以及每月采集的18叢金露梅灌木的地上多年累積生物量、地下多年累積生物量和地上當(dāng)年新生生物量的測(cè)定結(jié)果估算其生物碳量,并建立回歸方程。金露梅灌木地上多年累積生物碳量、地下多年累積生物碳量和地上當(dāng)年新生生物碳量與灌叢冠面最大長度、最小寬度和最大高度的線性回歸方程為Wij=e〔aln(A·B·H)+b〕,式中:A、B和H分別為每叢金露梅灌叢冠面的最大長度、最小寬度和最大高度;a和b為回歸系數(shù);Wij(i=1,2,3)分別為金露梅灌木地上多年累積生物碳量、地下多年累積生物碳量和地上當(dāng)年新生生物碳量;j為月份。利用每月調(diào)查獲得的1 162組基本參數(shù)分別計(jì)算當(dāng)年新生枝葉、多年積累枝干和地下多年積累根系的單位面積生物碳量。

1.2.3 草本和枯落物生物碳量測(cè)定 2010年5月15日至10月15日,在每月的15日前后在上述設(shè)定的3個(gè)樣方右側(cè)分別劃定1個(gè)面積8 m×8 m的觀測(cè)區(qū),在每個(gè)觀測(cè)區(qū)灌木叢的叢間草地取樣,每次均劃定5個(gè)面積50 cm×50 cm的草本樣方;先收集枯落物并裝袋,再齊地面剪取植物地上部分裝入紙袋;然后在同一樣方內(nèi)再隨機(jī)劃分面積25 cm×25 cm的二級(jí)樣方3個(gè),按0～10、10～20和20～40 cm層次垂直用鐵鏟和切刀分層取出土樣,用篩子篩選出其中的植物根系并裝入布袋,帶回實(shí)驗(yàn)室并沖洗干凈。

將收集的植物地上部和地下部樣品分別置于85℃恒溫烘箱中烘干至恒質(zhì)量,稱量并計(jì)算生物量。地上生物量年內(nèi)最大值為地上年凈初級(jí)生產(chǎn)量,也包含了8月份測(cè)定的枯落物的生物量;地下凈初級(jí)生產(chǎn)量為季節(jié)變化過程中的現(xiàn)存最大生物量與最小生物量的差值。草本植被地上部和地下部碳含量引自文獻(xiàn)[9],分別為0.45和0.40。

1.2.4 草本與灌木混交生物量的估算 金露梅灌叢草甸是由灌木和草本植物構(gòu)成,為此,其單位面積的總生物量按灌木和草本植物占據(jù)地表面積進(jìn)行估算。在面積10 m×10 m的3個(gè)樣方內(nèi),測(cè)量和計(jì)算灌木叢基部占據(jù)的地表面積,并分別計(jì)算草本與灌木占地面積的百分比,再依據(jù)所占比例加權(quán)估算出灌木與草本混交植被的總生物量。

分別根據(jù)地上部和地下部含碳量將草本和灌木生物量換算為生物碳量。其中灌木地上部和地下部平均碳含量來源于本研究的測(cè)定結(jié)果;而叢間草本植被地上部和地下部碳含量引自文獻(xiàn)[9],分別為0.45和0.40。

2 結(jié)果和分析

2.1 金露梅灌叢草甸灌木植物不同層次生物量的分配狀況

金露梅灌叢草甸灌木地上部和地下部不同層次生物量所占的比例見表1。由表1可見:在金露梅灌叢草甸灌木群落的地上部中,10～20 cm層次的枝干生物量所占比例最大,達(dá)34%;其次為0～10 cm層次的枝干,其生物量所占比例為32%;20 cm以上各層次枝干的生物量所占比例依次減少。

由于高寒灌叢草甸土層較薄,根系主要分布在淺層區(qū)域。因而,在金露梅灌叢草甸灌木群落的地下部中,0～10 cm層次根系的生物量所占比例最高,達(dá)53%;隨地下部層次加深根系生物量所占比例依次減少,10～20 cm層次根系的生物量所占比例為37%, 20～30 cm層次的僅占8%;而深度大于30 cm的層次中根系分布很少,所占比例僅為2%。

表1 金露梅灌叢草甸灌木地上部和地下部各層次生物量的分配比例Table 1 Percentage of biomass distribution in different layers of above-and under-ground parts of shrub in Potentilla fruticosa Linn. shrub m eadow

2.2 金露梅灌叢草甸灌木植物不同層次碳含量比較

金露梅灌叢草甸灌木植物地上部和地下部不同層次的碳含量見表2。由表2可見:金露梅灌叢灌木植物地上部0～30 cm層次的碳含量較高,平均接近50%;30 cm以上層次的老枝干和當(dāng)年新生枝葉的碳含量略低,均為49%。地下部碳含量在47.09%和48.48%之間波動(dòng),平均為48%。因金露梅灌叢灌木植物90%的生物量主要分布在地上部0～30 cm層次和地下部0～20 cm層次,故其地上部和地下部的平均碳含量分別確定為0.50和0.48。這種分布特點(diǎn)與有關(guān)森林碳含量的分布特征[10-11]基本一致,但也存在一定的差異。

2.3 金露梅灌叢草甸灌木生物碳量估算方程的建立與檢驗(yàn)

不同時(shí)間金露梅灌叢草甸灌木植物地上多年累積生物碳量、地下多年累積生物碳量和地上當(dāng)年新生生物碳量與灌叢冠面最大長度、最小寬度和最大高度的回歸分析結(jié)果見表3。由表3可見:6月至9月金露梅灌叢灌木不同部位的生物碳量與灌叢冠面最大長度、最小寬度和最大高度的相關(guān)系數(shù)均在0.845 1以上,均達(dá)到極顯著(P＜0.01)水平。因此,采用金露梅灌叢冠面最大長度、最小寬度和最大高度的測(cè)定值估測(cè)其地上部和地下部的多年累積生物碳量以及地上當(dāng)年新增的生物碳量是可行的。

表2 金露梅灌叢草甸灌木地上部和地下部不同層次的碳含量Table 2 Carbon content in different layers of above-and underground parts of shrub in Potentilla fruticosa Linn.shrub meadow

2.4 金露梅灌叢草甸灌木生物碳量和凈初級(jí)生產(chǎn)碳量及分配狀況

根據(jù)表3的回歸方程,估算得到6月至9月各月份金露梅灌叢草甸灌木當(dāng)年新生生物碳量、地上多年累積生物碳量及地下多年累積生物碳量,結(jié)果見表4。在6月初以前幾乎沒有新生枝葉,隨生長發(fā)育推進(jìn)6月中旬后地上部新生枝葉生物量逐漸積累;由于金露梅具有開花早、成熟早、衰老早的生理生態(tài)特征,導(dǎo)致6月15日至7月15日期間新生枝葉生物量迅速增加;但由于其生長發(fā)育周期較短,花后短期內(nèi)部分花果凋落,同時(shí)其葉片也受環(huán)境因子的干擾而凋落,因而7月15日以后花果及葉片的凋落導(dǎo)致金露梅灌叢草甸灌木地上當(dāng)年新生生物碳量略有下降。

表3 不同月份金露梅灌叢草甸灌木不同部位生物碳量的回歸分析1)Table 3 Regression analysis of biomass carbon content in different parts of shrub in Potentilla fruticosa Linn.shrub meadow at different months1)

表4 不同月份金露梅灌叢草甸灌木不同部位生物碳量的比較1)Table 4 Com parison on biom ass carbon content in different parts of Potentilla fruticosa Linn.shrub meadow at differentm onths1)

金露梅灌叢草甸灌木地上多年累積生物碳量和地下多年累積生物碳量自6月15日開始逐漸增加,其中地上部多年累積生物碳量在8月15日達(dá)最大;9月份以后,受外界低溫影響(日氣溫最低可達(dá)-5℃以下,日均氣溫在3℃以下),大量的光合產(chǎn)物向地下部運(yùn)轉(zhuǎn)并供給根系的生長發(fā)育,地下部的生物碳量隨之增加,并為越冬和翌年生長儲(chǔ)備物質(zhì)及能量。地上部生物碳量轉(zhuǎn)移至地下并使地下部的生物碳量增加,表現(xiàn)出地上部與地下部生物碳量具有明顯的互補(bǔ)性[11]。

金露梅灌叢草甸灌木地上當(dāng)年新生生物碳量、地上多年累積生物碳量和地下多年累積生物碳量均較低,在6月至9月分別為9.36～21.15、78.07～90.12和74.37～101.22 g·m-2。若將地上當(dāng)年新生生物碳量年最高值視為新生枝葉年凈初級(jí)生產(chǎn)碳量、地上多年累積生物碳量和地下多年累積生物碳量的最高值與最低值間的差值分別代表多年枝干和根系的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量,三者之和為金露梅灌叢草甸灌木的當(dāng)與地上部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量的比值為3.998,表明草本植物地下部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量明顯高于地上部。與金露梅灌叢草甸灌木植物相比,其草本植物的現(xiàn)存碳量和凈初級(jí)生產(chǎn)碳量均明顯提高,而且草本植物地下部的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量比地上部高達(dá)近4倍。

2.6 金露梅灌叢草甸植物年凈初級(jí)生產(chǎn)碳量及分配狀況

綜合分析結(jié)果表明:金露梅灌叢草甸灌木植物基部和草本植被的占地面積分別為22%和78%,而其灌木植物地上部和地下部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量的總和為60.05 g·m-2,草本植物地上部和地下部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量的總和(包括枯落物)為556.82 g·m-2;如果分別按占地面積比例進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,金露梅灌叢草甸植被總的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量為447.53 g·m-2,顯示金露梅灌叢草甸的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量中灌木植物所占比例較低。上百年來其灌木植物的景觀變化不大,從景觀上也證實(shí)了這一結(jié)果。

3 討論和結(jié)論

在金露梅灌叢草甸的實(shí)際凈初級(jí)生產(chǎn)碳量中,灌木及草本植物所占比例各不相同,因而,金露梅灌叢草甸生物量測(cè)定既要包含灌木部分也要涉及草本部分。在本研究中,作者首先分別測(cè)定金露梅灌叢草甸灌木和草本植被的生物量,然后采用收獲法與樣線法相結(jié)合的方法估算草本和灌木的生物碳量;在測(cè)定灌木基部與草本植物實(shí)際占地面積的基礎(chǔ)上,采用加權(quán)法計(jì)算金露梅灌叢草甸灌木及草本的單位面積生物量,并用周轉(zhuǎn)法計(jì)算地下部凈初級(jí)生產(chǎn)量(并換算為碳密度)。雖然通過這一研究過程獲得的研究結(jié)果的合理性尚有待商榷,但采用這種方法至少對(duì)金露梅灌叢草甸植被生物量及凈初級(jí)生產(chǎn)碳量的估算有一定意義。

因測(cè)定方法、灌叢種類及地理位置不同,加之本研究涉及了灌叢草甸的年凈初級(jí)生產(chǎn)量這一指標(biāo),因此,所獲得的結(jié)果與胡會(huì)峰等[13]的研究結(jié)果有一定差異。本研究結(jié)果表明:金露梅灌叢草甸植被的總凈初級(jí)生產(chǎn)碳量為447.53 g·m-2,比位于海拔稍低的平緩灘地上的矮生嵩草草甸的地上部和地下部總凈初級(jí)生產(chǎn)碳量[14]降低了19.36%。從草本植被看,金露梅灌叢草甸草本植物地下部與地上部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量的比值(3.998)均高于矮生嵩草草甸(2.138),差異幅度為1.860。若根據(jù)灌木與草本群落占地面積的比例計(jì)算凈初級(jí)生產(chǎn)碳量,金露梅灌叢草甸植被地下部與地上部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量的比值為3.75。由于本研究區(qū)位于海拔3 358 m的金露梅灌叢草甸區(qū),海拔比矮生嵩草草甸區(qū)(海拔3 190 m)略高,而年平均氣溫比矮生嵩草草甸區(qū)低約0.3℃,溫度偏低則有利于植被地下部生物量的積累而限制地上部生物量的積累,導(dǎo)致金露梅灌叢草甸地下部與地上部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量的比值偏高。李英年等[15]2003年對(duì)同一區(qū)域的金露梅灌叢生物量進(jìn)行了研究,但未對(duì)植物的碳含量進(jìn)行測(cè)定,僅采用經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算固碳量。而在本研究中,作者對(duì)金露梅灌叢生物量進(jìn)行測(cè)定并分析了草本及灌木不同部位的碳含量,在此基礎(chǔ)上根據(jù)不同部位生物量的比例計(jì)算出金露梅灌叢的碳含量,提升了結(jié)果的可靠性。

在金露梅灌叢草甸植被的總凈初級(jí)生產(chǎn)碳量(447.53 g·m-2)中,灌木群落的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量(13.21 g·m-2)所占比例很低,僅為2.95%,而草本植被凈初級(jí)生產(chǎn)碳量占97.05%,表明金露梅灌叢草甸植被通過地表綠色植物光合作用所生產(chǎn)的總凈初級(jí)生產(chǎn)碳量主要以草本植物固碳為主,木本植物的固碳量很低。同樣,從8月份測(cè)定的現(xiàn)存生物碳量也可印證這一結(jié)果。8月份金露梅灌叢草甸灌木地上部和地下部現(xiàn)存碳量分別為110.87和80.77 g·m-2,同期草本植物地上部和地下部現(xiàn)存碳量分別為104.08和1 144.74 g·m-2,若根據(jù)灌木和草本植物的占地面積進(jìn)行加權(quán)換算,其灌木所占的現(xiàn)存生物碳量也很低。

徐冰等[16]對(duì)2000年至2050年中國森林生物量碳庫進(jìn)行了研究,認(rèn)為中國森林具有林齡小、平均碳密度低、人工林面積大的特點(diǎn),具有很高的固碳潛力。而位于高寒區(qū)的金露梅灌叢草甸灌木群落因生長緩慢,從多年景觀上看總處于低矮且每年變化不大的狀況,其光合固碳能力并不高。方精云等[17]認(rèn)為:雖然中國學(xué)者在草地碳庫及其動(dòng)態(tài)變化方面已開展了很多研究,但目前仍缺乏對(duì)中國草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫及其動(dòng)態(tài)變化特征的全面認(rèn)識(shí);不同研究者得出的中國草地生物量碳密度(單位面積生物量)差異較大,變幅為215.8～348.1 g·m-2,平均值為300.2 g·m-2。因而,準(zhǔn)確評(píng)估包括金露梅灌叢草甸在內(nèi)的草地生態(tài)系統(tǒng)植物碳庫及其年際變化,對(duì)揭示草地在中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中的作用以及合理利用有限的草地資源有極為重要的意義;其中,開展灌叢草甸植被生物量的研究、掌握每年的光合產(chǎn)生凈初級(jí)生產(chǎn)碳量也十分重要。

雖然金露梅灌叢草甸灌木群落的總凈初級(jí)生產(chǎn)碳量僅為60.05 g·m-2,叢間草本植被的總凈初級(jí)生產(chǎn)碳量為556.82 g·m-2,但根據(jù)占地面積加權(quán)計(jì)算獲得的金露梅灌叢草甸的總凈初級(jí)生產(chǎn)碳量為447.53 g·m-2,更接近于同一區(qū)域矮生嵩草草甸的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量,只是因海拔相對(duì)較高、熱量條件較差、植物物種數(shù)量相對(duì)較少而生產(chǎn)碳量稍低。通過上述研究,可以得出以下結(jié)論:

1)對(duì)不同月份金露梅灌叢草甸灌木植物不同部位生物碳量與灌叢冠面最大長度、最小寬度和最大高度的線性回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),相關(guān)系數(shù)均在0.845 1以上,均達(dá)極顯著水平(P＜0.01,n=18),表明利用方程“Wij=e〔aln(A·B·H)+b〕”評(píng)估金露梅灌叢草甸灌木各部位的生物碳量是可行的。

2)金露梅灌叢草甸灌木不同部位碳含量差異較大,其中,地上多年累積及新生枝干碳含量均為0.50,地下根系碳含量為0.48。

3)金露梅灌叢草甸灌木地上多年累積生物碳量、地下多年累積生物碳量以及地上當(dāng)年新生生物碳量均呈季節(jié)變化但不甚明顯。不論是當(dāng)年新生枝葉還是多年累積枝葉及多年累積根系的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量均較低,其中,地上部和地下部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量分別為33.20和26.85 g·m-2,總和為60.05 g·m-2,地下部與地上部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量的比值為0.809。

4)根據(jù)金露梅灌叢草甸草本和灌木占地面積78%和22%進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,金露梅灌叢草甸當(dāng)年的總凈初級(jí)生產(chǎn)碳量為447.53 g·m-2?？紤]灌木與草本占地面積的差異,其地下部與地上部凈初級(jí)生產(chǎn)碳量比例應(yīng)為3.75,表明金露梅灌叢草甸植被的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量主要儲(chǔ)存在地下。灌木的凈初級(jí)生產(chǎn)碳量所占比例很低,僅為2.95%,表明青海高寒區(qū)域金露梅灌叢草甸植被主要以草本固碳為主。

[1] 李文華,周興民.青藏高原生態(tài)系統(tǒng)及優(yōu)化利用模式[M].廣州:廣東科學(xué)技術(shù)出版社,1998.

[2] 周興民,王質(zhì)彬,杜 慶.青海植被[M].西寧:青海人民出版社,1987.

[3] 周華坤,趙新全,汪詩平,等.青藏高原高寒灌叢植被對(duì)長期放牧強(qiáng)度試驗(yàn)的響應(yīng)特征[J].西北植物學(xué)報(bào),2008,28(10): 2080-2093.

[4] 王啟基,周興民,張堰青,等.青藏高原金露梅灌叢的結(jié)構(gòu)特征及其生物量[J].西北植物學(xué)報(bào),1991,11(4):333-340.

[5] 周華坤,周 立,趙新全,等.金露梅灌叢地下生物量形成規(guī)律的研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2002,11(2):59-65.

[6] 李英年,趙新全,曹廣民,等.海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)定位站氣候、植被生產(chǎn)力背景的分析[J].高原氣象,2004,23(4):558-567.

[7] 于貴瑞,孫曉敏.中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量觀測(cè)技術(shù)及時(shí)空變化特征[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

[8] 中國科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1998.

[9] 張金霞,曹廣民,周黨衛(wèi),等.高寒矮嵩草草甸大氣-土壤-植被-動(dòng)物系統(tǒng)碳素儲(chǔ)量及碳素循環(huán)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2003,23 (4):627-634.

[10] 黃從德,張 健,楊萬勤,等.四川省及重慶地區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(3):966-975.

[11] 馬欽彥,陳遐林,王 娟,等.華北主要森林類型建群種的含碳率分析[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,24(5/6):96-100.

[12] 方運(yùn)霆,莫江明,彭少麟,等.森林演替在南亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳吸存中的作用[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2003,23(9):1685-1694.

[13] 胡會(huì)峰,王志恒,劉國華,等.中國主要灌叢植被碳儲(chǔ)量[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2006,30(4):539-544.

[14] 李紅琴,李英年,張法偉,等.高寒草甸植被生產(chǎn)量年際變化及水分利用率狀況[J].冰川凍土,2013,35(2):475-482.

[15] 李英年,趙 亮,王勤學(xué),等.高寒金露梅灌叢生物量及年周轉(zhuǎn)量[J].草地學(xué)報(bào),2006,14(1):72-76.

[16] 徐 冰,郭兆迪,樸世龍,等.2000—2050年中國森林生物量碳庫:基于生物量密度與林齡關(guān)系的預(yù)測(cè)[J].中國科學(xué):生命科學(xué),2010(07):587-594.

[17] 方精云,楊元合,馬文紅,等.中國草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫及其變化[J].中國科學(xué):生命科學(xué),2010(07):566-576.

(責(zé)任編輯:惠 紅,佟金鳳)

Comparison on fixed carbon amount of shrub and herb of Potentilla fruticosa shrub meadow in alpine region of Qinghai Province

LI Hongqin1,2,SONG Chenggang3,ZHANG Fawei1,2,LI Yingnian1,2,①(1.Northwest Institute of Plateau Biology,the Chinese Academy of Sciences,Xi’ning 810001,China;2.Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota,the Chinese Academy of Sciences,Xi’ning 810001,China;3.Qinghai Engineering Consulting Center,Xi’ning 810001, China),J.Plant Resour.&Environ.2014,23(3):1-7

Taking Potentilla fruticosa Linn.shrub meadow in alpine region of Qinghai Province as the research object,the biomass carbon content of different parts of shrub and herb in P.fruticosa shrub meadow from June to September was analyzed,and on this basis,the annual net primary carbon production(NPCP)of shrub and herb was also compared.The results show that there are obvious differences in biomass and carbon contentof different layers in above-and under-ground partsof shrub in P.fruticosa shrubmeadow,and according to the proportion of biomass,average carbon contentof aboveand under-ground parts is determined as 0.50 and 0.48,respectively.Based on the maximum length, minimum width and maximum height of canopy surface of shrub in differentmonths,the newly biomasscarbon content at current year in above-ground part,the perennial accumulation biomass carbon contents in above-and under-ground parts of shrub were calculated by the equation“Wij=e〔aln(A·B·H)+b〕”,with the extremely significant correlation(P＜0.01),itmeans that it is feasible to evaluate biomass carbon content in different parts of shrub in P.fruticosa shrub meadow by this equation.The newly biomass carbon content at current year in above-ground part,the perennial accumulation biomass carbon contents in above-and under-ground parts of shrub in P.fruticosa shrub meadow among differentmonths is 9.36-21.15,78.07-90.12 and 74.37-101.22 g·m-2,respectively,with no obvious difference.And NPCP in above-and under-ground parts of shrub is 33.20 and 26.85 g·m-2,respectively,and total is 60.05 g·m-2.NPCP in above-and under-ground parts of herb in P.fruticosa shrub meadow is111.41 and 445.41 g·m-2,respectively,and total is 556.82 g·m-2.If weighted calculation is carried out according to occupied area of herb and shrub of 78%and 22%,respectively,total NPCP of P.fruticosa shrubmeadow in current year is 447.53 g·m-2,in which,NPCP of shrub accounts for only 2.95%, and the ratio of NPCP of under-ground part to that of above-ground part of P.fruticosa shrub meadow is 3.75.It is suggested that fixed carbon of herb is dominant in P.fruticosa shrubmeadow in alpine region of Qinghai Province,and NPCP of under-ground part is obviously higher than that of above-ground part.

alpine region;Potentilla fruticosa Linn.shrub meadow;carbon content;biomass carbon content;net primary carbon production

Q945.11;Q948

A

1674-7895(2014)03-0001-07

10.3969/j.issn.1674-7895.2014.03.01

2013-11-11

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31070437;31270523);中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA05050601;XDA05050404);國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目(2010CB833501-01-13)

李紅琴(1981—),女,河南義馬人,博士,主要從事全球變化生態(tài)學(xué)研究。

①通信作者E-mail:ynli@nwipb.cas.cn