论文部分内容阅读
灌丛是干旱、半干旱地区优势植被类型,在防风固沙、水土固持及维持区域生态系统稳定性等生态保护方面发挥着不可替代的作用,具有多种生态服务功能。其中荒漠灌丛植被固碳功能是荒漠生态系统的一个非常重要的功能。本研究以西鄂尔多斯地区5种荒漠灌丛(沙冬青Ammopiptanthus mogolicus、霸王Zygophyllum xanhoxylum、四合木Tetraena mongolica、半日花Helianthemum songaricum和红砂Reaumuria songarica)生态系统为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,分析了单株灌丛生物量分配格局并建立了生物量预测模型；分析了5种荒漠灌丛生态系统固碳现状,同时对荒漠优势灌丛叶片光合固碳及土壤排放碳进行了研究,估算了5种荒漠灌丛生态系统碳收支平衡,明确了荒漠灌丛生态系统的源／汇问题,这将为荒漠生态系统碳循环及科学评价荒漠生态系统固碳功能提供重要理论参考。主要结论如下：(1)5种荒漠灌丛单株生物量干鲜比差异显著(P<0.05),且在各器官间差异性达到了显著水平(P<0.05)；灌丛根冠比种间差异显著(P<0.05),其根冠比为红砂(1.05)>霸王(1.01)>半日花(0.92)>沙冬青(0.90)>四合木(0.49)；根系和枝条是灌丛生物量的主要贡献者,其生物量所占灌丛总生物量比例均在80%以上,根系生物量分配随径级的增加而增加；荒漠灌丛地上、地下部分及单株灌丛生物量预测模型预测精度较高(R2>0.80),可应用于区域荒漠灌丛生产力评估。(2)5种荒漠灌丛各器官平均含碳率高低分布具有一定的随机性,各器官含碳率在29.78%-56.05%,地下部分平均含碳率均高于地上部分；夏季灌丛各器官含碳率显著高于春季(P<0.05)；最终确定了5种灌丛在夏季和春季加权平均含碳率分别为沙冬青44.25%和42.31%,霸王41.65%和40.32%,四合木42.39%和41.37%,半日花48.78%和44.35%,红砂39.25%和39.86%。(3)5种荒漠灌丛生态系统碳储量相近,其碳储量为40.28～55.51 t·hm-2,土壤层碳储量为39.40～54.48 t·hm-2；植被层生物量密度垂直分布表现为灌丛层>草本层>枯落物层,灌丛层生物量密度空间上表现为距离黄河越近灌丛层碳储量所占植被层碳储量比例越大,而草本层生物量密度表现出与之相反的规律；草本层根系生物量碳也是灌丛生态系统重要组成部分,其生物量碳密度占植被层碳密度的5.36%-45.18%；除红砂灌丛外,灌丛草本层地下部分碳储量显著高于地上部分(P<0.05)；灌丛个体碳储量分布表现为枝条>根系>叶片,粗枝条和粗根是单株灌丛碳储量的主要贡献者,根系生物量碳占植被层碳储量的20.00%-33.53%,叶片生物量碳占总植被层碳储量的2.02%～24.54%。(4)单株灌丛日均光合固碳能力由强到弱为沙冬青>霸王>四合木>红砂>半日花灌丛；依据年光合固碳量将5种荒漠灌丛分为3类：年光合固碳高灌丛(沙冬青、霸王灌丛,其值为6.216-8.892 t.hm-2·a-1)、年光合固碳中等灌丛(四合木、红砂灌丛,其值为1.742～3.962 t·hm-1·a-1)和年光合固碳低等灌丛(半日花灌丛,其值为0.386 t·hm-2·a-1)；气孔导度Gs、蒸腾速率Ci和气温Ta是影响灌丛净光合速率的主要因子；除了霸王、四合木和红砂灌丛在秋季呈现“单峰”曲线外,5种荒漠灌丛净光合速率在各季节日动态均呈现“双峰”曲线,有明显的“午休”现象；5种荒漠灌丛均属于喜阳植物,沙冬青、霸王和红砂灌丛的光能利用效率相对较高。(5)5种荒漠灌丛地土壤碳排放速率均表现为生长季显著高于非生长季,其日动态总体上呈现“不对称钟形”单峰曲线特征,峰值在11：30-13：30。土壤碳排放速率与土壤温度散点呈现顺时针环形分布,其整体拟合的最优回归方程达到了极显著正相关水平(R2=0.627-0.905,P<0.01)。灌丛地土壤含水量较低且变幅较小,与之对应的土壤碳排放速率间存在一致的日动态变化,但两者存在显著的负相关关系；在IPCC不同气候情景下(B1,A1B和A2),5种荒漠灌丛地土壤碳排放量将比基准情景高出6.94%-14.66%,其中霸王灌丛地对气温变化最为敏感。(6)沙冬青、霸王和四合木灌丛生态系统碳收支为正,其净固碳量分别为1.004、0.693和0.252 t.hm-2·a-1,均表现生态系统收入项大于支出项,说明在监测期内具有较高的“碳汇”能力；而半日花灌丛和红砂灌丛生态系统碳收支值为负,其净固碳量分别为-2.605 t.hm-2·a-1和-1.303 t·hm-2·a-1,表现为生态系统支出项大于收入项之和,说明在监测期内属于相对较弱的“碳源”。