阴山北麓4种豆科荒漠灌木地上生物量及其环境解释

摘要 以阴山北麓柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、垫状锦鸡儿（Caragana tibetica）、狭叶锦鸡儿（Caragana stenophylla）和刺叶柄棘豆（Oxytropis aciphylla）4种豆科荒漠植被群系及其环境因子为研究对象，采用样方调查法，揭示不同荒漠灌丛生物量变化规律及其与群落特征及土壤因子之间关系。结果表明：不同灌木群系中，建群种地上生物量受群落内植物种种间竞争以及土壤钙积层和湿土层厚度的影响，主要表现为伴生种长势越好，建群种生物量越低，并且随着湿土层厚度的增加，钙积层厚度的减少，建群种地上生物量增加。同时利用拟合函数求得柠条锦鸡儿和刺叶柄棘豆群系建群种地上生物量最佳预测模型为幂函数模型，垫状锦鸡儿、狭叶锦鸡儿群系建群种地上生物量最佳预测模型为多项式函数模型。

关键词 阴山北麓；豆科；荒漠灌木群系；地上生物量；环境因子；预测模型

中图分类号 X173  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）10-0095-08

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.021

Aboveground Biomass of Four Legume Desert Shrubs at the Northern Foot of Yinshan Mountain and Environmental Interpretation

ZHAO Hong-sheng1， FENG Shuang1， XU Jin-e2 et al

（1.Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot， Inner Mongolia 010010;2.Bayannaoer Forestry and Grassland Development Center， Bayannaoer， Inner Mongolia 015000）

Abstract Caragana korshinskii， Caragana tibetica， Caragana stenophylla and Oxytropis aciphylla were studied in the northern foothills of Yinshan Mountains， and the environmental factors of four leguminous desert vegetation groups were investigated. The quadrata survey method was used to reveal the biomass changes of different desert shrubs and their relationships with community characteristics and soil factors. The results showed that in different shrub communities， the aboveground biomass of constructive species is influenced by inter plant competition within the community， as well as the thickness of soil calcium and wet soil layers，the main manifestation was that the better the growth of the accompanying species， the lower the biomass of the constructive species， and as the thickness of the wet soil layer increased and the thickness of the calcium layer decreased， the aboveground biomass of the constructive species increased.At the same time， the power function model was used to determine the optimal prediction model for aboveground biomass of the constructed species in the Caragana koraiensis and Oxytropis aciphylla group， while the polynomial function model was used to determine the optimal prediction model for aboveground biomass of the Caragana tibetica， Caragana stenophylla group.

Key words North foot of Yinshan Mountain;Legumes;Desert shrub group;Aboveground biomass;Environmental factors;Prediction model

基金项目 国家科技部基础资源调查专项（2017FY100204）。

作者简介 赵宏胜（1995—），男，内蒙古赤峰人，博士研究生，研究方向：野生动植物资源保护与利用。

*通信作者，教授，硕士生导师，从事野生动植物资源保护与利用研究。

收稿日期 2023-05-08

据统计，2010年中亚地区荒漠土地面积达到了3.10×106 km2，且有进一步扩大的趋势［1-3］。在我国，荒漠区环境问题一直备受关注，内蒙古阴山北部荒漠地区作为典型生态脆弱区，环境问题一直以来倍受国家重视，荒漠地区植物群系生物量直接反映生态系统的稳定性和土地生产力。荒漠区是生态脆弱区，而阴山北部荒漠区面积较大，对当地的生态价值及经济价值起着至关重要的作用［4-6］。

在国内，王文栋等［7］比较了天山林区6种优势种灌木林生物量并建立了估测模型，同时对研究植物种不同器官间生物量的分配进行了分析；崔玲玲等［8］选用株高、冠幅面积、冠幅体积为自变量，利用幂函数、二次函数和指数函数等建立拉萨河流域6种典型灌木生物量预测模型对生物量进行预测。在国外，Estomell等［9］利用LiDAR数据的树高和密度信息及光谱数据NDVI指数信息建立了地中海区灌木植被的生物量与材积估算模型，其确定系数分别达到0.78和0.84；Lufafa等［10］对塞内加尔花生盆地2种常见乡土灌木生物量进行了研究，建立了不同年龄的生物量与基径、高度、冠幅和株数之间的回归模型。目前，对阴山北部荒漠区植物生物量的研究鲜见报道，仅有一些学者对阴山北部范围内分布的蒙古扁桃、四合木等特殊植物种生物量进行了研究［8，11］。基于此，笔者以阴山北麓柠条锦鸡儿（Caraganakorshinskii Kom.f.korshinskii）、垫状锦鸡儿（Caragana tibetica Kom.）、狭叶锦鸡儿（Caragana stenophylla Pojark.）和刺叶柄棘豆（Oxytropis aciphylla Ledeb.）4种豆科荒漠植被群系及其环境因子为研究对象，采用样方调查法，揭示不同荒漠灌丛生物量变化规律及其与群落特征及土壤因子之间关系，为阴山北麓荒漠植物资源合理保护与利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

阴山北麓在内蒙古中部地区，属于典型的大陆干旱区，研究区内行政区划范围包括锡林郭勒西北部地区的苏尼特左旗、苏尼特右旗、二连浩特，乌兰察布中西部地区的四子王旗，巴彦淖尔中北部的乌拉特中旗、乌拉特后旗，鄂尔多斯西北部的杭锦旗，阿拉善左旗东北部分地区、包头市东北部的达茂旗、固阳县［12］。地势南高北低，海拔1 600 m左右，地貌格局以丘陵低地和高原为主，呈阶梯状分布［13］；属半干旱大陆性季风气候区，冬季寒冷漫长，夏季凉爽短暂，昼夜温差较大，年降水量在200～400 mm，年蒸发量远远大于年降水量，春季蒸发量最大时达到2 700 mm［14］；土壤以砂质壤土为主，土壤类型以栗钙土为主［15-16］，还包括石质土、灰褐土、草甸土等。

1.2 研究材料与方法

2017—2019年7—9月份以阴山北麓荒漠草原作为主要研究区，采用统一的公里网格（10 km×10 km），对研究区的植物群落进行系统网格化，根据1∶100万中国植被图及区域群落记载资料，对比MODIS 250 m×250 m数据集和《中国植被分布图》，对荒漠区的主要植物群落进行调查点系统布设，保证研究区内任意一种重要自然群落类型都能得到调查，最终共布设调查样地390个（图1）。每个样地为100 m×100 m，在每个样地中又分别布设5个10 m×10 m的灌木样方和9个1 m×1 m的草本样方，布设方式如图2所示。

1.2.1 灌木地上生物量的测定。灌木植物地上生物量的测定采用标准株结合标准枝法，剪取后用百分之一的天平立即进行称重，称重之后将其装在信封纸袋中存放，然后带回室内，经105 ℃条件下杀青处理后（约10 min），再用65 ℃的烘箱烘干至恒重（8～12 h），测量其干重并记录。

1.2.2 土壤剖面挖取及样品采集。在100 m×100 m 的样地内靠近中心点挖取一个1.5 m×1.1 m×1.2 m的土壤剖面，将太阳直射面的剖面修整平整，测量湿土层和钙积层厚度，利用环刀分6层进行取样，每层设置3个重复，分层方法为0～10、>10～20、>20～30、>30～50、>50～70、>70～100 cm。同时每层均匀地取1 kg土样装于密封袋内带回实验室风干处理，以便测量土壤理化性质。

1.2.3 植物重要值的计算。

各样地的植物重要值结合野外调查记录，分灌、草两层计算，公式如下［17-19］：

重要值=（CR+HR+DR）/3（1）

DR=（某物种的个体数/所有物种数）×100%（2）

CR=（某物种盖度/所有物种盖度）×100%（3）

HR=（某物种平均高度/所有物种平均高度之和）×100%（4）

式中：CR为相对盖度；HR为相对高度；DR为相对密度。

1.2.4 预测模型的建立与检验。利用公式（5）～（8）建立建群种地上生物量模型［20-23］。

幂函数模型：y=axb（5）

指数函数模型：y=a+blnx（6）

线性模型：y=ax+b（7）

二次方函数：y=ax2+b（8）

函数模型精度检验方法［7，24-26］如下：

拟合度P=［1-（|yi-yj|/yi）］×100%（9）

式中：yi为实测值；yj为预测值。

1.3 数据处理

用Microsoft office 2003对数据进行处理分析，用Origin 19b 进行图形绘制，用IBM SPSS Statistics 19.0 统计软件中的单因素方差分析，再结合IBM SPSS Statistics 19.0 统计软件中的Person双变量相关系数法处理灌木地上生物量与土壤剖面湿土层和钙积层厚度之间的相关关系。