青海省共和盆地草地生态系统生产力及叶面积指数研究

分类号密级UDC 编号中国科学院研究生院硕士学位论文青海省共和盆地草地生态系统生产力及叶面积指数研究李永华指导教师_罗天祥___研究员 _______________中国科学院青藏高原研究所申请学位级别硕士学科专业名称 ____ 生态学论文提交日期 2005年5月论文答辩日期 2005年6月培养单位中国科学院地理科学与资源研究所学位授予单位中国科学院研究生院________________答辩委员会主席青海省共和盆地草地生态系统生产力及叶面积指数研究摘要共和盆地位于青藏高原东北边缘，气候恶劣，风沙活动频繁，生态环境极为脆弱。

深入认识该区草地(当地主要植被类型)生长状况及结构特征可以为当地草场管理利用提供科学依据，尤其可为人工草地的封育栽培和沙化地区的引种和植被恢复提供理论依据。

生物量、净初级生产力及叶面积指数是评价植被生态系统结构功能的重要参数，也是生态系统研究中最基础的部分。

2003-2004年在植物生长盛期（7、8月份），作者针对共和盆地不同类型草地（包括无明显退化特征的自然草地、不同退化程度的自然草地及人工草地）沿沙珠玉至河卡山及贵南县城至国马营沿线设置典型样地(采集样方共49个)，测定了地上净初级生产力(地上最大生物量)、地下生物量、叶面积指数、土壤碳和氮的含量及其贮量、根系最大分布深度、主要物种的叶氮含量及比叶面积等，据此系统分析了共和盆地草地生态系统生物生产力分布格局及其主要限制因子，基于生物量根茎比的变化特征及主要物种的叶性状特征，初步探讨了该地区植被对高寒干旱气候环境的长期适应特征。

主要结果如下：Ⅰ. 共和盆地无明显退化自然草地类型生物量、地上生产力(地上最大生物量)及LAI与气候因子（温度和降水）关系密切，但与土壤养分（土壤总氮、土壤有效氮）关系较弱或不明显。

Ⅱ. 海拔3400米以下地区地上最大生物量及叶面积指数与草地退化程度密切相关。

与无明显退化特征自然草地类型比较，轻度退化草地地上最大生物量略有增加趋势，重度退化草地地上最大生物量则明显降低，而地下生物量、总生物量及LAI随着草地退化程度的增加而降低。

Ⅲ.人工草地地上生产力（地上最大生物量）、地下生物量、总生物量及叶面积指数与环境因子（土壤养分、温度、降水等）关系不明显，但与封育年限明显相关，其趋势表现为随着封育年限的增加地上生物量、地下生物量、总生物量及叶面积指数逐年增加。

Ⅳ.无明显退化自然草地或人工草地叶面积指数与地上生产力（地上最大生物量）具有显著正相关关系。

当LAI小于4时，随着LAI增加地上生产力（地上最大生物量）基本呈线性增加趋势，而当LAI大于4时，随着LAI的继续增加地上生产力（地上最大生物量）增加速度明显减弱。

Ⅴ.地下/地上生物量比例随着环境压力的增加（如温度降低，牧压增强）呈增加趋势；具有高叶氮含量和低比叶面积的物种更适合在荒漠地区生长和分布，反映了高寒干旱地区植被的生长适应特征。

关键词：青海共和盆地，生物生产力，叶面积指数，根茎比，叶氮含量，比叶面积，地理分布，适应特征STUDY ON PRODUCTIVITY AND LEAF AREA INDEX OF GRASSLANDS IN THE GONGHE BASIN, QINGHAI PROVINCEABSTRACTThe alpine ecosystems are naturally vulnerable because of the cold and arid climate and the highly frequent gales. Because of climate warming and overgrazing in recent decades, desertification has been a big problem to threaten pasturage sustainability and human livings in the Gonghe Basin, north Tebetan Plateau. Study on the growth and structure characteristics of the grassland ecosystems (the most abundant and typical vegetation in the Gonghe Basin ) would be useful for the local government in managing and utilizing their rangelands. In particular, it could provide scientific guidelines and data for managing man-planted grasslands and revegetating desertified lands.Biomass, NPP (Net Primary Production) and LAI (Leaf Area Index) are the main indices for evaluation on ecosystem structures and functions. During July and August of 2003-2004, we set 49 field plots along altitudinal transects from Shazhuyu to Heka Mountain and from Guinan to Guomaying, according to different types of grasslands including undegraded natural grasslands, degraded natural grasslands and man-planted grasslands. We measured ANPP (Aboveground Net Primary Production), underground biomass, LAI, leaf nitrogen concentration (leaf N mass; leaf N area), SLA (specific leaf area), soil carbon and nitrogen content and their storage pools. Then we analyzed the biomass, ANPP and LAI distribution patterns and their main limiting factors. We further explored the plant adaptability to the cold and arid climate in the region. The main results were drawn as follows:(1) In the Gonghe basin, Biomass, ANPP (based on maximum aboveground biomass) and LAI had closely correlations with climatic variables but low correlations with soil N variables (e.g. soil total nitrogen content, soil available nitrogen).(2) At elevations less than 3400 m, the biomass and LAI were highly correlatedwith the degraded degree for natural grasslands. The belowground biomass, total biomass and LAI decreased with increasing degraded degree. Compared with the undegraded grasslands, the ANPP of the light-degraded grasslands were slightly higher, but that of the heavy-degraded grasslands were much lower.(3) For man-planted grasslands, the ANPP, belowground biomass, total biomass and LAI had non-robust correlations with climatic and soil variables (e.g. soil N contents, temperature, precipitation), but were highly correlated with enclosure times. The trends showed that the ANPP, belowground biomass, total biomass and LAI increased with increasing enclosure times.(4) ANPP showed a close (positively) relationship with leaf area index in the Gonghe grasslands. When LAI was less than 4, ANPP showed a positive linear relationship with increasing LAI. However, when LAI reached 4 or more, the slope of the curve decreased and showed a plateau trend.(5) The root/shoot biomass ratios increased with rising environmental stress (e.g. low temperature or overgrazing pressure) in the Gonghe grasslands. The species with higher leaf nitrogen concentration and lower SLA were more adaptive to the arid climate.Keywords: The Gonghe Basin of Qinghai Province, Biological production, Leaf area index, Root-to-shoot ratio, Leaf nitrogen concentrations, Specific leaf area, Geography distribution, Adaptation character.目录摘要---------------------------------------------------------------------I ABSTRACT-------------------------------------------------------------------III 引言----------------------------------------------------------------------1 第一章文献综述--------------------------------------------------------------3 第一节有关概念及测定方法----------------------------------------------------3 1.1.1 生物量及净第一性生产力-------------------------------------------------3 1.1.2 叶面积指数-------------------------------------------------------------3 第二节影响生物量、生产力及LAI地理分异的主要生态因子------------------------4 1.2.1 气候因子---------------------------------------------------------------4 1.2.2 土壤因子---------------------------------------------------------------6 1.2.3 叶性因子---------------------------------------------------------------7 1.2.4 人为因子---------------------------------------------------------------9 第三节生产力与LAI的相互关系-----------------------------------------------10 第二章研究地区概况及研究方法-----------------------------------------------12 第一节研究地区概况---------------------------------------------------------12 2.1.1 地理位置及地貌特征----------------------------------------------------12 2.1.2 气候特征--------------------------------------------------------------12 2.1.3 土壤特征--------------------------------------------------------------13 2.1.4 植被特征--------------------------------------------------------------14 2.1.5 社会经济状况----------------------------------------------------------15 第二节研究方法-------------------------------------------------------------15 2.2.1 研究内容--------------------------------------------------------------15 2.2.2 样点选择及样品处理----------------------------------------------------16 第三章无明显退化特征的自然草地生物生产力格局-------------------------------19 第一节生物量，生产力及LAI地理格局-----------------------------------------19 3.1.1 不同类型群落生物量、生产力及LAI的比较--------------------------------19 3.1.2 生物量，生产力及LAI的地理分布格局------------------------------------21 3.1.3 地下/地上生物量比地理分布格局-----------------------------------------22 3.1.4 LAI与生物量、地上生产力相关关系-------------------------------------23 第二节影响草地生物量，生产力和LAI的因子-----------------------------------243.2.1 降水和温度-----------------------------------------------------------24 3.2.2 土壤养分-------------------------------------------------------------28 本章小结：------------------------------------------------------------------30 第四章：人工草地及不同退化程度自然草地生物生物量及LAI比较研究--------------31 第一节不同退化程度自然草地生物量及LAI比较研究-----------------------------314.1.1 群落结构的比较研究----------------------------------------------------31 4.1.2 生物量及LAI比较研究--------------------------------------------------33 4.1.2.1 不同退化程度下生物量、LAI及地下/地上生物量比的分布特征-------------33 4.1.2.2 不同退化程度下生物量及LAI对降水和温度的反应------------------------35 第二节人工草地的生物量、生产力及LAI比较研究-------------------------------36 4.2.1 人工草地的分布及群落结构----------------------------------------------36 4.2.2 影响人工草地生物量、生产力及LAI的因子--------------------------------37 4.2.2.1 封育年限对人工草地生物量、生产力及LAI的影响------------------------37 4.2.2.2 温度和降水对人工草地生物量、生产力及LAI的影响----------------------38 4.2.2.3 人工草地生物量、生产力与LAI的关系----------------------------------39 本章小结：------------------------------------------------------------------40 第五章共和盆地草地植被主要物种的生长适应特征-------------------------------41 第一节环境压力与根茎比-----------------------------------------------------415.1.1 无明显退化特征的自然草地根茎比与温度和降水的关系----------------------41 5.1.2 退化草地地下/地上生物量比的变化格局-----------------------------------43 第二节干旱条件下叶性状与植物适应特征--------------------------------------43 5.2.1 不同植物种叶氮含量和比叶面积的变化特征--------------------------------44 5.2.2 干旱区植物的水分利用效率与叶性策略------------------------------------46 本章小结：------------------------------------------------------------------47 第六章结论与展望----------------------------------------------------------48 第一节主要结论-------------------------------------------------------------48 第二节研究展望-------------------------------------------------------------48 参考文献--------------------------------------------------------------------50 致谢-------------------------------------------------------------------58引言荒漠化是全球，也是中国最为严重的生态环境和社会经济问题之一。