呼倫貝爾草原群落根系分布構(gòu)型多樣化分異規(guī)律研究

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1、黲內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章前言弟一旱日l(shuí)J函1．1研究目的和意義當(dāng)生命出現(xiàn)在地球的那一刻，存在于大氣中的C0。以及在海洋中所溶解的碳都轉(zhuǎn)變?yōu)殛懙睾秃Ｑ笾胁挥?jì)其數(shù)的無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物【11。隨著時(shí)間的不斷推移，不同的生態(tài)系統(tǒng)都得到一定程度的發(fā)展，使得碳在全球環(huán)境系統(tǒng)中形成了固有的流動(dòng)模式。然而隨著人口數(shù)量的增加以及人類活動(dòng)的加劇(化石燃料的燃燒、過(guò)度放牧、濫砍濫伐、土地利用變化等)，改變了碳在大氣、海洋和陸地之間的自然交換。這些人類活動(dòng)從現(xiàn)在到過(guò)去的160年里導(dǎo)致了C0。等溫室氣體持續(xù)地排放到大氣中，使得大氣C0。濃度增加了30％以上。這促使我們需要了解全球環(huán)境系統(tǒng)，特別是碳在自然界中的循

2、環(huán)，以正確評(píng)估我們未來(lái)的行為和人類活動(dòng)是如何影響自然界的碳循環(huán)。因此，如何利用陸地生態(tài)系統(tǒng)植物和土壤對(duì)碳存儲(chǔ)積累的優(yōu)勢(shì)來(lái)降低大氣C0：增大的速率，成為聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約(UNFCCC)的第三次締約方大會(huì)(COPa)所關(guān)注的焦點(diǎn)【2】。草地是陸地生態(tài)系統(tǒng)植被重要的組成部分，覆蓋幾乎20％的陸地面積，是世界上分布最廣的植被類型之一，在全球碳循環(huán)中起著重要作用【31。草地生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)研究中占有重要的位置，其碳儲(chǔ)量占全世界總儲(chǔ)量的9％-16％[41。其中，我國(guó)草地面積占世界草地總面積的6％、8％，占國(guó)土總面積的41．17％：生態(tài)系統(tǒng)碳素總貯量為308PgC，占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳素總儲(chǔ)量的15．

3、2％E51。草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)具有有別于其他陸地生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程和作用，主要表現(xiàn)在地下碳庫(kù)遠(yuǎn)大于地上植物碳庫(kù)，地上生物量中僅為10％。雖然草地生態(tài)系統(tǒng)地上部分因?yàn)槿祟惙拍赁r(nóng)墾等，使得碳循環(huán)不僅速度快，而且向大氣排放C0。的作用明顯，但是由于草地所處地理位置和氣候條件較為特殊，這使得地下碳素分解較慢，草地作為C0：匯的作用更為明顯。因此，草地生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力受到各國(guó)學(xué)者和政府的廣泛關(guān)注。@內(nèi)蒙舌大學(xué)碩士學(xué)位論文在草地生態(tài)系統(tǒng)中，凈初級(jí)生產(chǎn)力的60％一90％分配于地下部分，地下生物量通常超過(guò)地上生物量2、5倍【6】，通過(guò)根系脫落輸入到土壤中的碳也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了地上凋落物的碳輸入量【

4、7】。雖然碳素的儲(chǔ)存量絕大部分都儲(chǔ)存在土壤部分，但是根系是聯(lián)系地上和地下過(guò)程的主要紐帶【8】，也是植物與土壤環(huán)境之間進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的主要橋梁【9】，同時(shí)根系還可以起到固定支撐植物體、固土保水、碳匯等功能，根系分泌物還可以對(duì)土壤微團(tuán)聚體的pH值，大小、分布、穩(wěn)定性、吸附性能及親水性等化學(xué)物理性質(zhì)以及土壤肥力有著顯著影響【lo】。因此，根系生物量在地下的分布狀況對(duì)土壤的碳含量以及草地生態(tài)系統(tǒng)地下碳庫(kù)乃至整個(gè)草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)都有著極為重要的影響。草地地下生物量大部分分布于表層土壤，并隨土壤深度的增加，生物量劇減，呈現(xiàn)出“T”型分布【11-16]，細(xì)化土層則又呈現(xiàn)出鋸齒狀分布。陳世鐨等指出【1

5、7]，草原植物地下生物量分布基本呈現(xiàn)倒金字塔型，其中0-15厘米處是根量的主要集中土層，并且大多數(shù)的根量是分布在土壤的腐殖質(zhì)層內(nèi)的，進(jìn)入鈣質(zhì)層的根量很少：Dahlman等【18】在研究中發(fā)現(xiàn)80％的根量分布在5-25cm范圍內(nèi)，并提出了周轉(zhuǎn)率的概念：李建興等【19】對(duì)4種不同的草本根系進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，根系主要集中在0-20cm的土層深度中，并隨著土層深度的增加，根系密度隨之減少；以上這些研究都極大的豐富了根系生物量在土層中分布狀況的研究，但是這些研究結(jié)果大部分都僅停留在整體的規(guī)律分布上，并且僅對(duì)單一群落或單一植物進(jìn)行研究，而對(duì)植物多樣性程度較高的草原地區(qū)根系生物量分布構(gòu)型研究的報(bào)道很少。基于

6、上述原因，本文通過(guò)對(duì)呼倫貝爾草原開(kāi)展大量的地上生物量調(diào)查與根系分層取樣測(cè)定工作，判斷其地上／地下生物量的相互關(guān)系，確定群落根系的分層分布構(gòu)型類型，同時(shí)分析了群落根系構(gòu)型與植物主要類群組成的相互關(guān)系，研究了不同草地利用方式及草原退化狀態(tài)對(duì)群落根系分布的影響，探討了根系生物量對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的貢獻(xiàn)，以期說(shuō)明草原植物根系分布構(gòu)型及其多樣化分異規(guī)律，同時(shí)說(shuō)明草原群落根系分布狀態(tài)與生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)之間的相互關(guān)系。@內(nèi)蒙舌大學(xué)硬士學(xué)位論文1．2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展1．2．1草地根系時(shí)空分布規(guī)律的研究進(jìn)展根系生物量在空間上的分布規(guī)律主要是指其垂直分布規(guī)律，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及根系研究發(fā)放的完善與進(jìn)步，人們對(duì)根

7、系的了解程度也逐步加深。黃德華等【20】對(duì)內(nèi)蒙古錫林河流域三種不同類型的草原地下生物量的研究表明：O-30cm土層的根系生物量分別占根系總生物量的74．4％、71．18％和68．66％。：Lauenroth[21]在研究中也指出0—15cm、15—30cm、45-60cm的土層深度中，根量分別占總根量的69％-70％、7％一8％、4％-6％；張宏瞳21對(duì)分布于毛烏素沙地南緣的禾草雜類草天然草地進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：O-2