全 文 ：榆林沙区沙地柏生物量与生境之间的关系研究*
曹雪峰 1 , 何 军2, 3 , 陈 艳 1 , 陈存根 1 , 李广泽 2, 3** , 张 兴 2, 3
(1.西北农林科技大学 资源与环境学院 ,陕西 杨陵 712100;2. 西北农林科技大学无公害农药研究服务中心 ,
陕西 杨陵 712100;3.陕西省生物农药工程技术研究中心 ,陕西杨陵 712100)
摘 要:采用样方和称重法对陕西榆林沙区丘间低地 (A),固定沙地阳坡 (B),固定沙地阴坡
(C),沙丘顶部 (D),半流动沙地阳坡 (E),半流动沙地阴坡 (F)等 6种不同生境沙地柏生物量
进行了调查测定 ,用 SAS软件对数据进行了分析。结果表明:(1)平均树高和物种丰富度是描
述地上生物量的主成分 ,坡向是影响地上生物量的主导生态因子;不同生境间沙地柏地上及地
上各器官生物量都存在显著性差异;不同生境生物量大小顺序为:E>B >F >C >A >D ,叶是
地上生物量中最主要的组成部分;(2)不同生境间沙地柏根量无显著性差异 ,但不同土层 、不
同径级根量除 3 ～ 5mm根系外其余均存在显著性差异;0 ～ 80 cm土层是沙地柏根量居集最大
的土层 ,占总根量的 76. 32% ～ 97. 83%,根径 <1 mm的根量最大 ,平均占总根量的 38. 10%,
根径为 5 ～ 7 mm的根量最少 ,平均占 4. 26%;(3)用茎枝量可间接反映根量的动态变化。
关键词:沙地柏;生物量;生境;榆林
中图分类号:S718. 556 文献标识码:A 文章编号:1001-7461(2006)04-0018-05
A S tudy on the Re lationship betw een B iom ass andH abitats of
Sabina vulgaris in the Sand A rea of Yulin
CAO Xue-feng1 , HE Jun2, 3 , CHEN Yan1 , CHEN Cun-gen1 , LIGuang-ze2, 3 , ZHANG X ing2, 3
(1. Col leg e of R esource and Environm enta lS cience;2 B iora tona lP esticides Resea rch and Developmen tCen ter, Northwest A＆F Un iversity,
Shaanxi, Yang ling 712100;3 ShaanxiR esearch Center of B iopesticide Eng ineering and Techno logy , Shaanxi, Yang ling 712100, Ch ina)
Abstract:In this paper the biom ass of Sabina vu lgaris g row n in 6 d iffe rent hab itats including concave dune(A),
south-facing slope o f fixed dune(B), north-fac ing slope o f fixed dune(C), protrud ing dune(D), sou th - facing
slope o f halfmoving dune(E), north - facing slope o f ha lfmov ing dune(F) in the sand a rea o f Yu lin in Shaanx i
province w ere inve stiga ted and determ ined by sampling and quantify method , the data w e re analyzed by SAS soft-
ware. The re sults are as fo llow s:(1) The average tree heigh t and species abundance arema in e lements to depict the
above ground b iomass, the slope exposure is primary eco log ica l elemen t to the influence o f above ground biomass;
there are significant diffe rences among the above ground biomass and each organ in different habita ts;the o rder of a-
bove g round biomass from large to sma ll is:E>B>F>C >A >D , leaves a re the main parts in the composition o f
the above g round biomass;(2) there arent significan t differences among the roo tw eigh ts in d ifferen t habita ts, bu t
there are sign ificant differences among the roo tw eigh ts in each soil layer and each d iame ter except the roo t in 3 ～
5mm;the w eight is the largest in the range of 0 ～ 80 cm so il laye r, reaches 76. 32% ～ 97. 83%of the total amoun ts,
the w eigh t o f the roo tsw ith diamete r less than 1mm is the largest, nearly reaches 38. 10% of the to tal amounts, the
w e ight of 5 ～ 7mm is the sm allest, only reaches 4. 26% of the tota l amoun ts;(3) the dynam ic change o f roo tw eigh t
can be indirectly ref lected by stem asw e ll as branch we igh.t
Key words:Sabina vulgaris;biomass;habitat;Yu lin
沙地柏(Sabina vu lgaris)为柏科 (Cupressaceae) 圆柏属常绿匍匐灌木 ,少数为乔木 ,亦称叉子圆柏 、
西北林学院学报 2006, 21(4):18 ～ 22
Journa l of Nor thw est Fore stry University
*
**
收稿日期:2006-03-09 收稿日期:2006-03-15
基金项目:国家科技攻关计划 “西部开发重大项目(2004BA901A14)
作者简介:曹雪峰(1978-),男 ,陕西凤翔人 ,生态学在读硕士 ,主要从事群落生态学及相关领域研究。
通讯作者:李广泽(1977-),男 ,甘肃宁县人 ,博士 ,讲师 ,主要从事天然产物与化学生态方面的研究和教学工作。
双子柏 、爬柏 、臭柏[ 1] ,是我国西北干旱 、半干旱沙
区一种重要的治沙 “乡土树种 ”[ 2] ,也是北方城市生
态园林建设的一种新型绿化树种 [ 3, 4] ,同时是一种
新发现的高效杀虫植物[ 5] 。因此 ,沙地柏植物资源
保护及其合理开发利用倍受人们关注 。
近年来 ,随着林木全树综合利用的发展 ,生物量
的研究越来越受到林业工作者的重视 。生物量是反
映生态系统中能量动态和储存的基本指标 ,是生态
系统经营者和生态学家最关心的问题之一[ 6] 。但
是对沙地柏生物量的研究 ,特别是不同生态环境与
沙地柏生物量的关系的研究却未见报道。本文试图
从沙地柏生物量角度研究其不同生境条件天然林生
态系统中能量动态和物质的积累情况 ,从而为充分
揭示沙地柏的适应性机理 ,为科学地制定沙地柏人
工林营造技术与经营措施以及天然林资源保护和综
合开发利用提供科学依据 。
1 材料与方法
1. 1 样地调查
2005年 5月在陕西神木县大保当沙地柏自然
保护区选择了 6种不同立地类型(生境),并分别设
置 10m ×10m的样地各 3块 ,调查各样地沙地柏的
平均树高 、平均地径 、盖度 、物种丰富度等指标 [ 7] 。
1. 2 地上生物量调查与测定
将各样地分为 4个 5m ×5m大小的样方 ,分别
收割每个样方右下角 1m ×1 m内沙地柏植物的地
上部分 ,并分为叶 、一级侧枝 (枝 )和支持茎 (茎 )三
部分 ,分别烘干(85℃下烘 96 h)称重。
1. 3 地下生物量 (根量 )调查与测定
在各样地灌丛边缘约 1 m处挖 100 cm宽 , 100
cm深的土壤剖面 ,每个剖面从外到内 ,从左到右 ,从
上到下每 20 cm土层内取土柱 (20 cm ×20 cm ×20
cm)3个 ,用土壤筛除去沙土 ,拣出沙地柏植物根系 ,
冲洗 、晾晒后烘干 (85℃下烘 96 h)称重 ,并用游标
卡尺测量各径级根系 ,按径级 <1mm、1 ～ 3 mm、3 ～
5 mm、5 ～ 7mm、>7 mm分类 ,再分别称量各径级根
系重量 。
1. 4 数据统计与分析
试验数据采用 EXCEL和 SAS(8. 1)软件进行统
计分析 ,用 DUNCAN新复极差法进行差异显著性检
验 [ 8] 。
2 结果与分析
2. 1 地上生物量
2. 1. 1 主成分分析及相关因子分析 样地调查结
果见表 1。用平均树高 、平均地径 、盖度 、物种丰富
度 4个指标对地上生物量进行主成分分析 (表 2),
结果表明平均树高和物种丰富度对地上生物量的贡
献率最大 ,占 86. 05%,是描述沙地柏地上生物量的
主成分。各成分主次地位依次为:平均树高 >物种
丰富度 >盖度 >平均地径。选择坡向 、坡度 、海拔高
度 3个生态因子对地上生物量作相关分析 (表 3),
结果表明影响地上生物量的主导生态因子为坡向 ,
达显著水平(P <0. 05),坡度和海拔高度对地上生
物量有一定影响 ,但均不显著 ,按影响地上生物量大
小的顺序排序各生态因子依次为:坡向 >坡度 >海
拔高度。
表 1 样地调查结果表
Tab le 1 Investigation resu lts of samp ling p lots
生 境
地貌类型 坡向 坡度
/°
海拔高
度 /m
平均树
高 /cm
平均地
径 /cm
盖度
/%
物种
丰富度
丘间低地 - - 1 159 53. 3 2. 110 85 11
固定沙地 阳坡 33 1 163 61. 4 2. 310 90 7
固定沙地 阴坡 24 1 184 56. 7 1. 920 90 8
沙丘顶部 - - 1 172 48. 1 1. 880 80 7
半流动沙地 阳坡 41 1 166 62. 2 2. 010 95 4
半流动沙地 阴坡 29 1 155 58. 8 1. 890 80 5
表 2 主成分分析结果表
Tab le 2 Results of the m ain com position ana lysis
特征向量 特征值 百分率 /% 累计百分率 /%
平均树高 2. 145 1 53. 63 53. 63
物种丰富度 1. 296 9 32. 42 86. 05
盖度 0. 410 9 10. 27 96. 32
平均地径 0. 147 2 3. 68 100. 00
表 3 相关分析结果表
Tab le 3 Resu lts of the correlat ion ana lysis
相关因子 相关系数 P值 显著水平
坡向 0. 974 8 0. 025 2 *
坡度 0. 934 6 0. 065 4, -
海拔高度 - 0. 240 8 0. 645 8 -
注:表中 “*”表示达显著水平 , “— ”表示不显著 ,下表同。
由于平均树高和物种丰富度是描述地上生物量
的主要成分 ,因此用平均树高和物种丰富度对地上
生物量作回归分析 ,可以反映地上生物量的动态变
化。回归方程为:y =- 1021. 9639 +32. 9645x1 +
21. 5031x2 , R2 =0. 955 8,达极显著水平 (P <0. 01)。
2. 1. 2 不同生境地上生物量分析 从表 4可看出 ,
6种不同生境沙地柏地上生物量中以半流动沙地阳
坡最大 ,为 1 138. 79 g /m2 ,沙丘顶部最小 ,为 699. 43
g /m
2 ,而且无论是固定沙地还是半流动沙地 ,阳坡
的生物量都大于阴坡 ,丘间低地和沙丘顶部生物量
均较小 ,且丘间低地大于沙丘顶部 。不同生境生物
量大小顺序依次为:半流动沙地阳坡 >固定沙地阳
坡 >半流动沙地阴坡 >固定沙地阴坡 >丘间低地 >
沙丘顶部 。不同生境沙地柏地上总生物量及地上各
19第 4期 曹雪锋 等 榆林沙区沙地柏生物量与生境之间的关系研究
器官生物量的方差分析表明 ,各生境间沙地柏地上
总生物量及地上各器官生物量均存在显著性差异 。
不同生境地上总生物量中丘间低地 、固定沙地阴坡
与半流动沙地阴坡以及固定沙地阳坡与半流动沙地
阳坡分别在 5%水平上无显著性差异 ,其余各生境
间生物量均在 5%水平上有显著性差异 。
同时 ,由表 4还可以看出 ,沙地柏地上各组成器
官中以叶生物量最大 ,占地上总生物量的 54. 23%
～ 62. 62%,各组成器官生物量大小顺序依次为:叶
>枝 >茎 。枝和茎的生物量分别占地上总生物量的
24. 75% ～ 32. 53%与 9. 60% ～ 17. 07%。可见 ,叶
是沙地柏地上生物量中最主要的组成部分。
表 4 不同生境沙地柏地上总生物量及各器官生物量
Tab le 4 To tal b iom ass above g round and b iom ass of differen t organs of S. vu lgaris in d ifferent hab itats g m - 2
生 境 地上总生物量 各器官生物量叶 枝 茎
丘间低地 992. 05±34. 5017 b 577. 21±13. 7010 b 245. 53±13. 8184 d 169. 31±7. 5497 a
固定沙地阳坡 1108. 57±48. 4193 a 646. 27±15. 4262 a 355. 84±26. 2071 ab 106. 47±7. 3246 c
固定沙地阴坡 1025. 48±74. 3659 b 642. 12±49. 1602 a 283. 65±19. 7117 c 99. 71±11. 4730 c
沙丘顶部 699. 43±36. 2953 c 403. 07±16. 0362 c 203. 26±13. 6221 e 93. 10±8. 2295 c
半流动沙地阳坡 1138. 79±11. 9479 a 633. 22±7. 3214 a 363. 60±15. 6468 a 141. 98±11. 7080 b
半流动沙地阴坡 1031. 45±43. 5244 b 59. 32±19. 4128 b 335. 57±11. 1624 b 136. 56±13. 7917 b
注:表中数据均用 x±SD表示 ,标不同字母表示同列间有显著性差异(P<0. 05),相同字母表示无显著性差异(P >0. 05),下表同。
2. 2 根量分析
2. 2. 1 不同生境各土层根量分析 从表 5可看出 ,
不同生境沙地柏根量在各土层中总体上呈现随土层
深度加深而降低的趋势 ,但除丘间低地和沙丘顶部
外 ,表层 0 ～ 20 cm土壤中的根量较下层 20 ～ 40 cm
土壤中的根量少 。 0 ～ 80 cm土层是沙地柏根量居
集最大的土层 ,占总根量的 76. 32% ～ 97. 83%。如
以 20 cm厚土层中的根量占 0 ～ 100 cm土体总根量
的 20%以上作为根系集中分布层的指标 ,沙地柏根
系在丘间低地主要集中在 0 ～ 20 cm ,固定沙地阳坡
和半流动沙地阳坡集中在 20 ～ 80 cm ,固定沙地阴
坡集中在 60 ～ 100 cm ,沙丘顶部集中在 0 ～ 20和 60
～ 80 cm ,半流动沙地阴坡集中在 20 ～ 60 cm。不同
生境沙地柏总根量及各土层根量的方差分析表明 ,
各生境间总根量在 5%水平上无显著性差异 ,但不
同土层根量均存在显著性差异。
表 5 不同生境沙地柏总根量及各土层根量
Tab le 5 Total am oun ts of roots and am ounts of roots in di fferen t soi l layerS. vu lgaris in d ifferen t hab itants g
生 境 总根量 各土层根量
0 ～ 20 cm 20～ 40 cm 40～ 60 cm 60 ～ 80 cm 80～ 100 cm
丘间低地 37. 341±16. 2807 a20. 708±14. 2993 a 6. 684±1. 8796 b 5. 530±2. 8639 cd 3. 610±2. 1781 b 0. 809±0. 1924 b
固定沙地阳坡 32. 600±6. 9839 a 4. 943±0. 9001 b 6. 908±0. 3662 b 11. 448±2. 5233 ab6. 850±3. 8287 ab 2. 451±0. 5468 b
固定沙地阴坡 34. 814±7. 2372 a 4. 544±0. 8592 b 6. 754±2. 1996 b 3. 598±0. 6789 d 11. 675±5. 7078 a 8. 243±5. 8249 a
沙丘顶部 38. 386±3. 7831 a10. 726±4. 4294 ab 5. 375±1. 0572 b 6. 244±0. 3280 cd10. 564±0. 2666 ab5. 477±3. 9234 ab
半流动沙地阳坡 31. 708±7. 3835 a 2. 990±1. 8291 b 6. 456±2. 6510 b 13. 347±2. 2782 a 6. 457±5. 1330 ab 2. 458±1. 2985 b
半流动沙地阴坡 32. 311±9. 9834 a 3. 346±1. 8526 b 13. 487±2. 0275 a 8. 333±2. 3563 bc 4. 458±3. 1616 ab 2. 687±1. 2628 b
2. 2. 2 不同生境各径级根量分析 由表 6可看出 ,
不同生境沙地柏根量总体上以根径 <1 mm的根系
最多 ,平均约占总根量的 38. 10%,其次为根径 >7
mm的根系 ,平均约占总根量的 30. 38%,根径为 5
～ 7mm的根量最少 ,平均仅占 4. 26%。如以某径级
的根量占 0 ～ 100 cm土体总根量的 20%以上作为
根径集中分布的指标 ,沙地柏根系主要由 <3mm的
细根组成 ,尤其是 <1 mm的毛细根所占比例最高 ,
其根量约占剖面总根量的 30%以上 , 最高达
55. 45%。不同生境沙地柏各径级根量的方差分析
表明 ,各生境间除 3 ～ 5mm根量在 5%水平上无显
著性差异外 ,其余不同径级根量均存在显著性差异。
表 6 不同生境沙地柏各径级根量
Tab le 6 Root weigh tw ith dif feren t d iam etres of S. vulga ris in dif feren t hab itats g
生 境 各径级根量<1 mm 1～ 3 mm 3～ 5mm 5 ～ 7 mm >7mm
丘间低地 5. 856±1. 3141 b 7. 684±1. 9252 a 1. 805±1. 4281 a 0. 798±1. 1226 b 21. 197±16. 2567 a
固定沙地阳坡 10. 676±1. 9523 ab 5. 679±0. 4444 ab 4. 083±1. 2573 a 0. 000±0. 0000 b 12. 170±6. 9779 ab
固定沙地阴坡 13. 208±1. 9004 ab 5. 403±1. 0008 ab 2. 984±1. 8190 a 0. 577±0. 9988 b 12. 642±4. 4200 ab
沙丘顶部 12. 762±0. 3388 ab 7. 173±2. 7264 a 5. 198±2. 8698 a 4. 597±0. 4920 a 8. 658±1. 0605 ab
半流动沙地阳坡 17. 581±8. 7063 a 3. 994±1. 2254 b 3. 261±1. 2258 a 1. 890±3. 2742 ab 4. 981±4. 9340 b
半流动沙地阴坡 17. 295±10. 0537 a 6. 364±0. 8614 ab 3. 035±2. 4681 a 1. 233±2. 1356 b 4. 394±1. 7168 b
20 西北林学院学报 21卷
2. 2. 3 不同生境各土层各径级根量分析 图 1表
明 ,不同生境间根径 <3mm的根量在各土层中普遍
存在较大变化 ,而根径 >3 mm的根量在各土层中总
体上变化较小。如以某径级根量占某土层根量的
20%以上作为根径集中分布的指标 ,根径 <1mm和
1 ～ 3mm的根系在不同生境不同土层中都有集中分
布 ,分别约占土层根量的 25. 32% ～ 90. 03%和
20. 51% ～ 56. 57%, 3 ～ 5mm的根系主要集中在 20
～ 40以及 80 ～ 100 cm土层中 ,约占该土层根量的
22. 28% ～ 27. 40%, 5 ～ 7mm的根系仅集中在 60 ～
80 cm 土层中 , 约占该土层根量的 27. 43% ～
43. 52%,根径 >7mm的根系除 20 ～ 40 cm土层外 ,
其余各土层均有集中分布 , 约占该土层根量的
20. 46% ～ 92. 57%。
图 1 6种不同生境沙地柏各土层各径级根量组成
Fig. 1 The bu ildup ofS. vu lgaris, rootw eigh t in dif feren t soi l layersw ith dif feren t d iam etres in 6 hab itats
2. 3 根量与地上生物量的相关及回归分析
实际工作中 ,由于沙地柏根系数据的获取既费
工 、费时 ,又容易造成生态环境破坏 ,引起水土流失 。
因而很有必要在较难获得的根量与较易测得的地上
生物量 (包括叶 、茎枝量 )之间建立某种回归关系 。
通过根量与地上生物量 、叶量 、茎枝量的相关分析
(表 7)表明 , 根量与茎枝量相关性最显著 (P <
0. 05),因此用茎枝量对根量作回归分析 ,可以间接
反映根量的动态变化 。回归方程为:y =48. 490 1 -
0. 033 1x,R 2 =0. 734 6。
表 7 相关分析结果表
Tab le 7 Resu lts of the corre lation analysis
相关关系 相关系数 P值 显著水平
地上生物量 - 0. 837 2 0. 037 6 *
叶量 - 0. 696 4 0. 124 3 —
茎枝量 - 0. 893 6 0. 016 4 *
3 小结与讨论
通过主成分分析及相关因子分析表明 ,平均树
高和物种丰富度是描述沙地柏地上生物量的主成
分 ,坡向是影响地上生物量的主导生态因子 。 6种
不同生境阳坡的平均树高和生物量均大于阴坡 ,这
与光合作用有关 ,充分反映了沙地柏为阳性喜光树
种的生态学特性。不同生境地上及地上各器官生物
量的方差分析表明 ,各生境间沙地柏地上及地上各
器官生物量均存在显著性差异。其中半流动沙地阳
坡的生物量最大 ,表明半流动沙地阳坡可能是沙区
营造沙地柏人工林 、获取最大生物量的最佳选择之
地。各器官生物量中以叶最大 ,说明叶是地上生物
量中最主要的组成部分。程俊侠等[ 9]已研究表明
不同生境和年龄沙地柏叶中鬼臼毒素含量均明显高
21第 4期 曹雪锋 等 榆林沙区沙地柏生物量与生境之间的关系研究
于茎 ,鬼臼毒素是一种重要的生理活性物质 ,除具杀
虫活性外 ,还有抗癌 [ 10]及除草 [ 11, 12]活性 。可见叶是
沙地柏地上最重要 、最有效以及最有潜力的利用器
官 。
不同生境沙地柏根量及各土层 、各径级根量的
方差分析表明 ,各生境间根量在 5%水平上无显著
性差异 ,但不同土层 、不同径级根量除 3 ～ 5 mm根
系外 ,其余均存在显著性差异 。沙地柏根量在各土
层中总体上呈现随土层深度加深而降低的趋势 ,这
符合植物根系垂直分布的普遍规律 ,也与前人对其
它植物根系的分布研究结果一致 [ 13 ～ 15] 。 0 ～ 80 cm
土层是沙地柏根量居集最大的土层 , 占总根量的
76. 32% ～ 97. 83%。各径级根量中以根径 <1 mm
的根系最多 ,平均约占总根量的 38. 10%,根径为 5
～ 7mm的根系最少 , 平均仅占 4. 26%,可见沙地柏
根系的可塑性较大 ,也反映了其在强干旱环境中吸
收水分的适应性 ,这可能是沙地柏适应环境能力强
的一个原因 [ 16] 。然而目前对沙地柏资源的利用主
要集中在地上部分 ,地下根系的利用还较少 ,但是沙
地柏根系发达 、根量往往是地上生物量的好几
倍 [ 17] ,因而充分发掘和利用沙地柏根系资源是其资
源综合开发利用的一条重要出路。
另一方面 ,为了更好的保护及利用沙地柏资源 ,
建议在建立沙地柏自然保护区的同时促进沙地柏大
面积推广与人工种植 ,在西部广大干旱 、半干旱地区
营建沙地柏人工生态经济林 ,并且保护 、开发沙地柏
天然林的生态经济价值 ,通过优化生态环境辐射带
动其他农林牧业发展 ,形成颇具特色的沙地柏综合
产业 ,这将是沙地柏植物资源保护 、开发和利用的一
条较优策略 。
实际工作中 ,为了避免测定根量而应起生态环
境的破坏和水土流失 ,可用茎枝量来间接反映根量
的动态变化 。
参考文献:
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