胡飛龍,閆妍, 劉立,曹云,3,馬月,陳萌萌,劉志民(.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所, 江蘇 南京 004；.北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西師范學(xué)院,廣西 南寧 53000;3.南京大學(xué)生物系, 江蘇 南京 0093;4.中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所,遼寧 沈陽 006)

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內(nèi)蒙古典型草原生物量碳分配格局

胡飛龍1,2,閆妍2, 劉立1,曹云1,3,馬月1,陳萌萌1,劉志民4*
(1.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所, 江蘇 南京 210042；2.北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西師范學(xué)院,廣西 南寧 530001;3.南京大學(xué)生物系, 江蘇 南京 210093;4.中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所,遼寧 沈陽 110016)

以內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原、科爾沁草原、錫林郭勒草原等為研究區(qū)域，借助群落分層取樣方法，科學(xué)估測(cè)內(nèi)蒙古典型草原的生物量碳分配情況，主要結(jié)論如下：1)我國(guó)內(nèi)蒙古典型草原的平均生物量碳密度為400.56 g C/m2，其中羊草-雜類草(585.18 g C/m2)、冷蒿-其他小禾草(505.68 g C/m2)以及克氏針茅群落(501.45 g C/m2)具有較高的地下生物量碳密度。2)內(nèi)蒙古典型草原擁有32.26×106hm2的面積，貢獻(xiàn)了112.76 Tg的生物量碳，其中地上生物量碳20.42 Tg，地下生物量碳92.34 Tg。3)根冠比(R∶S)分布上，內(nèi)蒙古典型草原的平均根冠比數(shù)值為4.52，要大于一般草地類型。4)地下生物量碳(BGB)沿土壤深度的分布情況，糙隱子草、克氏針茅、羊草-雜類草、羊草-叢生禾草、大針茅、冰草等草本群落均屬于“指數(shù)型”，即BGB沿深度分布符合指數(shù)函數(shù)，主要分布在0～10 cm土壤層；冷蒿-糙隱子草、冷蒿-其他小禾草、差巴嘎蒿群落等灌叢群落的BGB分布曲線為“拋物線形”，其地下生物量碳主要分布于20～40 cm土壤層，不符合指數(shù)函數(shù)但符合二次函數(shù)。

碳密度；生物量；根冠比；指數(shù)函數(shù)

一直以來，生物量碳分配是生態(tài)環(huán)境保護(hù)、植被恢復(fù)和固碳潛力研究的核心問題[1-2]，在草地碳循環(huán)、草原生態(tài)保護(hù)和土壤潛力研究中得到廣泛的應(yīng)用[3-4]。受過度放牧、氣候變化等影響，我國(guó)草地特別是牧草生產(chǎn)面臨重大挑戰(zhàn)，影響著草原畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而在影響牧草生物量碳分配的諸多因素中，環(huán)境異質(zhì)性是影響植物生物量碳分配的重要因子[5-6]，其通過影響群落結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而影響整個(gè)碳庫(kù)儲(chǔ)量的變化(圖1)。

圖1 環(huán)境異質(zhì)性與生物量碳分配Fig.1 The relationship between environmental heterogeneity and biomass distribution

草地生態(tài)系統(tǒng)占世界陸地總面積的1/5左右，不僅為人類提供食物、衣服材料、潔凈空氣等服務(wù)，同時(shí)具有涵養(yǎng)水源、保持水土、固碳釋氧等功能，對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展、生物多樣性保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)平衡有著重要作用[7]。然而，受限于草地生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部異質(zhì)性，以往研究多數(shù)考慮了草地相對(duì)于其他景觀(如森林、農(nóng)田等)的功能差異，往往忽視草原的內(nèi)部群落組成以及群落生物多樣性間的巨大差別，忽視這樣的差別無疑會(huì)影響評(píng)估的最終效果[8]。

草地生物量碳的80%以上集中在地下，地上生物量碳則是土壤有機(jī)碳的最主要輸入源，在草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中起著關(guān)鍵性作用。然而，受限于采樣方法和監(jiān)測(cè)技術(shù)，人們對(duì)地下生物量碳的認(rèn)識(shí)比較有限。目前主要通過兩種方法來估算地下生物量碳：一是模型方法，即通過引入一定的環(huán)境變量(如氣候、土壤養(yǎng)分、水分等)來估算地下生物量碳。該方法雖然加入模型要素，但對(duì)于草地、灌叢等空間異質(zhì)性較大的景觀來說，環(huán)境因素的變動(dòng)性太大，借助環(huán)境因素來解釋地下生物量碳的可行性較低；二是采用根冠比(R∶S)估算地下生物量。這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用，但前提是需要獲得準(zhǔn)確的根冠比數(shù)據(jù)，目前中國(guó)天然草地尚缺乏這樣統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。

為考察草原不同群落可能產(chǎn)生的生物量碳差異，本研究選取內(nèi)蒙古典型草原為區(qū)域，基于不同群落的地上、地下生物量碳分配現(xiàn)狀，分析各群落類型的根冠比數(shù)據(jù)，揭示地下生物量碳(below-ground biomass)沿不同土壤深度的變化與演變規(guī)律以及地上生物量碳與地下生物量碳的比例關(guān)系(root∶shoot)，為系統(tǒng)認(rèn)識(shí)我國(guó)天然草地的地上、地下生物量碳分配格局，科學(xué)估算我國(guó)溫帶草原的生物量碳儲(chǔ)量提供可靠的技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 群落類型選擇

借助ArcGIS群落資料，宏觀把握草地群落類型的比例，選擇10個(gè)草原群落(圖2)，這些群落類型面積占內(nèi)蒙古典型草原面積的90%以上，可以很好地代表整個(gè)草原特征。取樣時(shí)間為2011年7-8月，自沈陽出發(fā)，經(jīng)左翼中旗到扎魯特旗，后至呼倫貝爾草原后橫穿錫林郭勒盟，再經(jīng)克什克騰旗返回通遼，完成典型草原的取樣工作。

圖2 溫帶典型草原取樣群落分布Fig.2 The distribution of sampling communities in temperate typical steppe

1.2 樣地布設(shè)

樣地布設(shè)上，每個(gè)群落選擇5個(gè)500 m×500 m典型區(qū)域作為取樣樣地(各樣地的距離間隔原則上為2 km以上，但根據(jù)群落自身的分布特點(diǎn)，若某些群落分布比較集中的話，至少應(yīng)有500 m的間隔)，同時(shí)，每個(gè)樣地中再隨機(jī)設(shè)置2個(gè)1 m×1 m的樣方，間隔100 m以上。因此，每個(gè)群落將設(shè)置有5(樣地)×2(樣方)=10個(gè)樣方，溫帶典型草原共設(shè)置樣方數(shù)為：10(群落)×5(樣地)×2(樣方)=100個(gè)。

1.3 樣方取樣

1.3.1 地上植被采集 將樣方內(nèi)植物地面以上的所有綠色部分用鐮刀齊地面割下，稱取總重后選取部分植物裝入自封袋，該部分稱取重量后用記號(hào)筆做好標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室65 ℃烘干后稱量干重。地上活體生物量(plant)的樣本總數(shù)為10(群落)×5(樣地)×2(樣方)=100個(gè)。

1.3.2 地表凋落物采集 用釘耙收集樣方內(nèi)地表凋落物和立枯，小心去掉凋落物上附著的細(xì)土粒，按樣方稱重后分別裝入自封袋內(nèi)并編上樣方號(hào)，帶回實(shí)驗(yàn)室65 ℃烘干后稱量干重。凋落物生物量(litter)的樣本總數(shù)為10(群落)×5(樣地)×2(樣方)=100個(gè)。

1.3.3 地下根系采集 在取過地上生物量的樣方內(nèi)，將土壤表層的殘留物和雜質(zhì)清理干凈，用直徑5 cm土鉆取3鉆土，3鉆合并在一起，分0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm計(jì)6層依次取樣。 取好的樣品， 此時(shí)是土樣和根系的混合體，按層分裝在自封袋中，并用標(biāo)簽寫好樣方編號(hào)， 放置于自封袋中，稱重后帶回室內(nèi)挑選出根系，漂洗干凈后65 ℃烘箱烘干稱重。地下生物量(BGB)的樣本總數(shù)為10(群落)×5(樣地)×2(樣方)×6(層)=600個(gè)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

主要測(cè)量指標(biāo)有：地上生物量碳(g C/m2)、地下生物量碳(g C/m2)、根冠比R∶S(地下生物量碳與地上生物量碳的比值)。

一般來說，國(guó)際通用生物量碳換算公式為：

B′=B×45%

式中：45%為國(guó)際通用換算比例，B′為生物量碳(g C/m2)，B為植被的干物質(zhì)量(g/m2)[9]。在本實(shí)驗(yàn)中，部分群落(大針茅、羊草-雜類草、糙隱子草、冷蒿-糙隱子草、冷蒿-其他小禾草、冰草及差巴嘎蒿群落)的生物量碳含量已通過重鉻酸鉀外燒法實(shí)測(cè)獲得，因此這7個(gè)群落的換算以實(shí)測(cè)值為準(zhǔn)(表1)，其他群落數(shù)據(jù)的換算則以均值52%為換算標(biāo)準(zhǔn)。

表1 部分群落生物量含量Table 1 Biomass content in several communities %

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤的形式，采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，組間差異采取LSD檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物量碳水平分配格局

地上生物量碳方面，溫帶典型草原各群落的地上生物量碳比較接近，平均貢獻(xiàn)地上生物量碳密度為64.90 g C/m2，其中沙米群落的含量最低，僅有5.54 g C/m2，要顯著低于除冷蒿-糙隱子草、差巴嘎蒿外的群落類型(P<0.05)，其他群落均不存在顯著性差異(表2)。

表2 溫帶典型草原主要群落類型地上、地下生物量碳分布情況Table 2 The distribution of AGB and BGB in temperate typical steppe

注：同列不同小寫字母表示顯著性差異(P<0.05)，采用雙側(cè)檢驗(yàn)。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significantly different at the level of 0.05 under bilateral inspection.

地下生物量碳方面，溫帶典型草原的均值為335.66 g C/m2，含量較高的3個(gè)群落為羊草-雜類草群落(585.18 g C/m2)、冷蒿-其他小禾草群落(505.68 g C/m2)以及克氏針茅群落(501.45 g C/m2)，次之的如糙隱子草(413.12 g C/m2)和冰草群落(456.84 g C/m2)，最低的則為沙米群落，因受限于取樣尺度問題，所以未檢測(cè)到其地下生物量。

不同群落之間，其地下與地上生物量碳的比值(根冠比)差異不大，大部分集中在數(shù)值7附近，如羊草-雜類草群落為7.43、糙隱子草群落為6.40、冷蒿-其他小禾草群落為6.99以及克氏針茅群落為6.59等。具體來看，溫帶典型草原根冠比的中位數(shù)為5.97；除沙米外，羊草-叢生禾草具有最低的R∶S值(其地下生物量?jī)H是地上生物量的2.74倍)；羊草-雜類草群落的地下生物量碳比例則最高，為地上生物量碳的7.43倍(R∶S值為7.43)。2.2 地下生物量碳垂直分配格局

從結(jié)果來看，溫帶典型草原的地下生物量碳沿著土壤分布基本遵循兩種趨勢(shì)：一是地下生物量碳主要分布在表層0～10 cm土層范圍內(nèi)，要顯著高于其他土壤層次，沿土壤深度的分布基本遵循指數(shù)函數(shù)，稱之為指數(shù)型；二是地下生物量碳在20～40 cm處也有所增加，擬合曲線遵循二次函數(shù)，稱之為拋物線形。

所選取的草甸草原群落中，大部分群落符合“指數(shù)型”，如大針茅、羊草-叢生禾草、羊草-雜類草、糙隱子草群落、冰草以及克氏針茅群落等。這些草原群落在典型草原上分布甚廣，占據(jù)典型草原區(qū)大部分范圍，它們根系主要分布在0～10 cm的土壤深度。群落的地下生物量碳沿深度的分布遵循較好的指數(shù)函數(shù)，最低的羊草-叢生禾草群落擬合的r2也有0.85，最高的糙隱子草群落，其擬合后的指數(shù)函數(shù)r2甚至高達(dá)0.93，基本符合此類植物的生物量碳分布情況(圖3)。

圖3 溫帶典型草原(指數(shù)型)地下生物量碳分配情況Fig.3 Distribution of BGB in temperate typical steppe (exponential function type) 不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，采用雙側(cè)檢驗(yàn)，下同。Different lowercase letters indicate significantly different at the level of 0.05 under bilateral inspection, the same below.

圖4 溫帶典型草原(拋物線形)地下生物量碳分配情況Fig.4 Distribution of BGB in temperate typical steppe (quadratic function type)

符合“拋物線形”分布特征的典型草原群落有冷蒿-糙隱子草、冷蒿-其他小禾草群落以及差巴嘎蒿群落，此類群落在20～40 cm的土壤層也有較高的生物量碳含量，這兩種群落地下生物量碳的數(shù)值擬合不符合指數(shù)函數(shù)，呈典型的二次拋物線形(圖4)?！皰佄锞€形”之間也呈現(xiàn)一些差別，如冷蒿-糙隱子草、冷蒿-其他小禾草群落基本呈現(xiàn)“凸”型拋物線，而差巴嘎蒿群落出現(xiàn)“凹”型拋物線。

2.3 生物量碳儲(chǔ)量及GIS呈現(xiàn)

對(duì)溫帶典型草原生物量碳儲(chǔ)量的計(jì)算方法，分為兩個(gè)層面：1)對(duì)取樣群落生物量碳的估算。針對(duì)大針茅草原、羊草-叢生禾草草原等已取群落類型，方法主要是基于該群落生物量碳的實(shí)測(cè)數(shù)值，借助GIS的群落類型屬性對(duì)其進(jìn)行賦值，進(jìn)而換算出各群落類型的碳庫(kù)儲(chǔ)量。2)對(duì)取樣群落之外的生物量碳估算。因?yàn)槠渌郝漕愋退急壤桓?，不到典型草原面積的1/10，所以，現(xiàn)有的數(shù)值代換主要基于已取群落實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的均值換算，同時(shí)把GIS中典型草原的其他類型賦值。如此，即可得到溫帶典型草原地上、地下生物量碳分布圖(圖5，6)。

由圖5，6可以看出，溫帶典型草原的地上生物量碳密度比較均勻，不僅有低于60 g C/m2的密度分布，同時(shí)還有70～80 g C/m2的生物量碳密度，且分布范圍較為廣泛，另外分布較為廣泛的為50～60 g C/m2范圍的生物量碳密度。地下生物量碳密度方面，400～500 g C/m2的密度范圍只有零星分布，<400 g C/m2和500～600 g C/m2的碳密度分布則最為廣泛，基本占據(jù)典型草原的主要分布區(qū)域。

圖5 溫帶典型草原地上生物量碳分布Fig.5 Distribution of AGB in temperate typical steppe

圖6 溫帶典型草原地下生物量碳分布Fig.6 Distribution of BGB in temperate typical steppe

從草地面積分布來看，內(nèi)蒙古溫帶典型草原的總面積為32.26×106hm2，其中大針茅群落分布面積最廣，約為6.29×106hm2，沙米群落和羊草-叢生禾草群落次之，分別為5.24×106和4.76×106hm2，其他諸如冷蒿-糙隱子草群落(0.70×106hm2)、冷蒿-其他小禾草群落(0.70×106hm2)、冰草群落(0.68×106hm2)等的面積較小，并非典型草原的廣布群落(表3)。

由圖5，6可以看出，此10個(gè)群落的分布面積占溫帶典型草原總面積的93%，因此，基于典型草原已選群落的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)溫帶典型草原的生物量碳進(jìn)行估測(cè)，可以很好地表征溫帶典型草原的生物量碳儲(chǔ)量現(xiàn)狀。進(jìn)一步分析可知，溫帶典型草原的生物量碳總量為112.76 Tg，其中地上生物量碳的總量為20.42 Tg，地下生物量碳總量達(dá)92.34 Tg，從而得出溫帶典型草原的最終根冠比R∶S=92.34/20.42=4.52。地上生物量碳方面，大針茅群落、羊草-叢生禾草群落以及克氏針茅群落分別貢獻(xiàn)了5.55、3.93和3.25 Tg，是主要的地上生物量碳提供者，占整個(gè)AGB儲(chǔ)量的62.34%；地下生物量碳方面，大針茅群落、克氏針茅群落、羊草-雜類草群落以及羊草-叢生禾草群落貢獻(xiàn)最大，分別達(dá)到15.44、21.39、16.33和10.78 Tg，要占整個(gè)BGB儲(chǔ)量的69.24%。

表3 溫帶典型草原主要群落類型分布面積及生物量碳儲(chǔ)量Table 3 Above-ground biomass & below-ground biomass of main community types in temperate typical steppe

3 討論

3.1 草原生物量碳及儲(chǔ)量

草原生物量碳的研究方面，Ni[10]認(rèn)為我國(guó)溫帶典型草原的生物量碳密度為1000 g C/m2。馬文紅等[11]也對(duì)我國(guó)內(nèi)蒙古地區(qū)溫帶典型草原的地上、地下生物量進(jìn)行了研究，按照國(guó)際通用的45%比例轉(zhuǎn)換為生物量碳后(詳見1.4生物量碳的換算公式)，得出的地上生物量碳密度為60.03 g C/m2，地下生物量碳密度則為310.01 g C/m2，總生物量碳密度為370.04 g C/m2。此外，針對(duì)中國(guó)天然草地的生物量研究，李凌浩等[12]提出中國(guó)溫帶草原的地上、地下生物量碳密度分別為59.60和164.10 g C/m2(表4)。

表4 已有草地生物量碳比較Table 4 Comparision of biomass carbon in different studies g C/m2

本研究中，溫帶典型草原的地上生物量碳密度為64.90 g C/m2，與前述研究(如李凌浩等[12]的59.60 g C/m2以及馬文紅等[11]的60.03 g C/m2)基本接近。地下生物量碳密度為335.66 g C/m2，要略高于馬文紅等[11]的310.01 g C/m2，明顯高于李凌浩等[12]的164.10 g C/m2，但明顯低于Ni[10]的1000 g C/m2。這與試驗(yàn)設(shè)計(jì)相關(guān)，本研究通過系統(tǒng)的群落取樣，可以有效規(guī)避不合理樣本的影響，從而得出更為科學(xué)的碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)，因此，本研究得出的生物量碳總密度為400.56 g C/m2。

基于同樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或評(píng)估，雖然不同研究得到的生物量碳含量存在差異，但溫帶典型草原的生物量碳含量均要顯著低于溫帶草甸草原。如Ni[10]的研究中，溫帶典型草原的生物量碳含量為1000 g C/m2，估算碳儲(chǔ)量為190 Tg；溫帶草甸草原的含量為1500 g C/m2，碳儲(chǔ)量為360 Tg。本研究中，溫帶典型草原面積為32.26×106hm2，總生物量碳儲(chǔ)量則為112.76 Tg，其中地上生物量碳的總量為20.42 Tg，地下生物量碳總量達(dá)92.34 Tg；在同樣的分層取樣背景下，溫帶草甸草原因面積較小(16.60×106hm2)，雖然其含量較高(660.42 g C/m2)，但其總生物量碳儲(chǔ)量?jī)H為111.20 Tg，其中地上生物量碳的總量為27.57 Tg，地下生物量碳總量達(dá)83.63 Tg[13]。

3.2 地下生物量垂直分配格局

群體生物量的分配格局包括水平分配格局和垂直分配格局[14-15]。水平分布上，涉及不同地區(qū)、不同群落類型、不同草原類型或是不同管理措施等諸多差異，如齊玉春等[16]通過研究發(fā)現(xiàn)，不僅不同草原群落的地下生物量碳差異較大，即使是不同地區(qū)的同種植物群落地下生物量碳也存在較大差異。有關(guān)研究表明，我國(guó)北方溫帶草原不同類型草地群落初級(jí)生產(chǎn)力差異較大，呈現(xiàn)較大的時(shí)空變異性，生產(chǎn)力大小沿溫帶草甸草原—溫帶典型草原—溫帶荒漠草原的順序遞減[17]。

垂直分布上，地下生物量碳主要分布在表層，但不同群落也存在一定的差異性。黃德華等[18]對(duì)貝加爾針茅(Stipabaicalensis)草原、克氏針茅草原以及線葉菊(Filifoliumsibiricum)草原的研究表明，群落地下生物量碳主要分布于土壤表層，土壤0～30 cm土層的地下生物量碳分別占全剖面根系總量的74.4%、71.2%、68.7%。此外，高寒矮嵩草(Kobresiahumilis)草甸地下生物量碳亦主要分布在0～10 cm的表層土壤中，約占地下總生物量的90.43%，10 cm以下的土層中只占9.75%[19]。

隨著研究的進(jìn)一步深入，已有學(xué)者開始對(duì)地下生物量碳的垂直分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和模型模擬，以定量分析根系分布于土壤深度的關(guān)系[20-21]。本研究中，草本和灌木(半灌木)BGB分布函數(shù)存在較大差別。大針茅、羊草、糙隱子草等草本群落的BGB沿土壤深度的分布滿足指數(shù)函數(shù)，如大針茅的擬合曲線為Y=32.14e-0.66X(r2=0.89)、羊草-雜類草的擬合曲線為Y=846.95e-0.86X(r2=0.92)；冷蒿、差巴嘎蒿等灌木的BGB沿土壤深度的分布滿足二次函數(shù)，如差巴嘎蒿群落的擬合曲線為Y=1.29X2-17.75X+70.87(r2=0.88)、冷蒿-糙隱子草群落的擬合曲線為Y=-0.74X2-4.54X+69.16(r2=0.65)。因此，基于不同群落的BGB分布差異，可以針對(duì)不同群落進(jìn)行特定擬合，從而對(duì)草原生物量碳開展科學(xué)估測(cè)，為草原管理和草地科學(xué)的發(fā)展提供科學(xué)支持。

3.3 地上地下生物量分配——根冠比(R∶S)

草地生物量的80%以上集中在地下，地上生物量碳是土壤有機(jī)碳的最主要輸入源，在草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中起著關(guān)鍵作用[3,22]。然而，受采樣方法和技術(shù)的限制，人們對(duì)地下生物量碳的認(rèn)識(shí)還比較薄弱，成為草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究中的瓶頸[23]。目前主要通過以下兩種方法間接估算區(qū)域地下生物量：一為模型方法，即通過地上生物量或簡(jiǎn)單的環(huán)境變量來估算地下生物量。但最近的研究表明，模型法對(duì)森林植被地下生物量的預(yù)測(cè)效果較好，對(duì)草地和灌叢而言，因環(huán)境因素的空間變異性較大，從而對(duì)地上生物量的解釋較低。第二種方法是采用根冠比估算地下生物量，這種方法更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，但受取樣條件和實(shí)驗(yàn)方法的限制，目前中國(guó)天然草地尚缺乏統(tǒng)一的根冠比數(shù)據(jù)[24-25]。

我國(guó)天然草地分布廣泛，植被總類豐富且變異性較大，群落生物量碳、地下和地上生物量碳受水熱條件影響明顯，一般在東南和西南地區(qū)生物量碳大，而在干冷的西部地區(qū)生物量碳則較小，這也導(dǎo)致各草原類型根冠比并不統(tǒng)一[26]。齊玉春等[16]對(duì)部分草原群落地下生物量碳(W1)與地上生物量碳(W2)數(shù)量關(guān)系比較，發(fā)現(xiàn)W1/W2的數(shù)值從2.76～21.59不等，中間相差近10倍。馬文紅等[11]利用內(nèi)蒙古溫帶典型草原的生物量碳實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得出溫帶典型草原的R∶S中值為5.3。本研究中，溫帶典型草原根冠比的中值為5.97，借助典型草原地上、地下生物量碳儲(chǔ)量的比值得到的最終R∶S數(shù)值為4.52，遠(yuǎn)高于溫帶草甸草原的3.03。

4 結(jié)論

我國(guó)溫帶典型草原的生物量碳密度均值為400.56 g C/m2，其中羊草-雜類草群落、冷蒿-其他小禾草群落、克氏針茅群落具有最高的BGB碳密度。溫帶典型草原以32.26×106hm2的面積貢獻(xiàn)了112.76 Tg的總生物量碳，其中大針茅群落、羊草-叢生禾草群落和克氏針茅群落貢獻(xiàn)AGB儲(chǔ)量的62.34%，大針茅群落、克氏針茅群落、羊草-叢生禾草群落以及羊草-雜類草群落貢獻(xiàn)69.24%的BGB儲(chǔ)量。內(nèi)蒙古典型草原的根冠比數(shù)值為4.52，要高于一般草地類型。根據(jù)生物量的地下分布特點(diǎn)，溫帶典型草原各群落地下生物量碳的垂直分布可劃分為“指數(shù)型”和“拋物線形”，前者的生物量碳主要分布在表層0～10 cm，符合指數(shù)函數(shù)，占據(jù)主要的草地類型；后者的群落生物量碳不僅分布在0～10 cm，也主要分布在20～40 cm的土壤層次，主要為灌木或半灌木，擬合曲線符合二次拋物線形。

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Biomass allocation patterns in the temperate typical steppe of Inner Mongolia

HU Fei-Long1,2, YAN Yan2, LIU Li1, CAO Yun1,3, MA Yue1, CHEN Meng-Meng1, LIU Zhi-Min4*

1.NanjingInstituteofEnvironmentalSciences,MinistryofEnvironmentalProtection,Nanjing210042,China; 2.KeyLaboratoryofEnvironmentChangeandResourcesUseinBeibuGulf,GuangxiTeachersEducationUniversity,MinistryofEducation,Nanning530001,China; 3.DepartmentofBiology,NanjingUniversity,Nanjing210093,China; 4.InstituteofAppliedEcology,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016,China

Grasslands are one of the most widespread landscapes worldwide, covering approximately one-fifth of the world’s land surface. China’s grasslands cover only 6%-8% of total grassland area worldwide, but contain 9%-16% of the total carbon stored in the world’s grasslands. Although some progress has been made in monitoring and understanding the factors affecting carbon partitioning, the role of species composition in carbon partitioning is still not fully understood. In this study, we evaluated the biomass distribution patterns and other vegetation indexes in several different steppes, including the Hulunbuir, Horqin, and Xilinguole Steppes. Unlike the random sampling method used in other studies, our study used a stratified sampling method to sample different communities in the typical steppes of northern China. The average biomass carbon density was 400.56 g C/m2in the typical temperate steppe. Among the different plant communities,Leymuschinensis-cluster (585.18 g C/m2),Artemisiafrigida-others (505.68 g C/m2) andStipakrylovii(501.45 g C/m2) had the highest belowground biomass (BGB). The temperate typical steppe contributed 112.76 Tg biomass carbon with an area of 32.26×106hm2, where the aboveground biomass was 20.42 Tg and the BGB was 92.34 Tg. The root∶shoot ratio in the temperate typical steppe was 4.52, which was higher than those of other grassland types. There were two types of BGB distribution: the exponential function type, in which the BGB was mainly distributed at a soil depth of 0-10 cm; and the quadratic function type. The BGB distribution showed the exponential function type in theCleistogenessquarrosa,S.krylovii,L.chinensis-cluster,L.chinensis-forbs,S.grandis, andAgropyroncristatumcommunities. The BGB distribution showed the quadratic function type in theA.frigida-C.squarrosa,A.frigida-others, andA.halodendroncommunities. Evaluation of grassland biomass carbon storage in different grassland communities can clarify the dynamics of carbon storage. The results of this study provide a theoretical basis for developing management strategies and designing research on natural grasslands in northern China.

carbon density; biomass; root∶shoot; exponential function

10.11686/cyxb2016214

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-05-23；改回日期：2016-08-04

廣西地表過程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(2015GXESPKF01)，中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(20160404)和江蘇省青年基金(BK20140116)資助。

胡飛龍(1985-), 男, 江蘇連云港人, 博士。E-mail：hfl@nies.org*通信作者Corresponding author. E-mail: zmliu@iae.ac.cn

胡飛龍, 閆妍, 劉立, 曹云, 馬月, 陳萌萌, 劉志民. 內(nèi)蒙古典型草原生物量碳分配格局. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(4): 33-42.

HU Fei-Long, YAN Yan, LIU Li, CAO Yun, MA Yue, CHEN Meng-Meng, LIU Zhi-Min. Biomass allocation patterns in the temperate typical steppe of Inner Mongolia. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(4): 33-42.