滇南喀斯特地区不同石漠化程度下优势灌木生物量及分配特征

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.2.11

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (5): 440-448.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.2.11

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滇南喀斯特地区不同石漠化程度下优势灌木生物量及分配特征

杨化菊¹(), 李灿锋¹, 杨克好¹, 张熙璐¹^,², 王传宇¹, 王兴荣¹, 何旭¹, 彭雪峰¹, 张连凯¹^,^*()

1.中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心/自然资源部自然生态系统碳汇工程技术创新中心, 云南昆明 650100
2.中国地质大学(武汉), 湖北武汉 430074

收稿日期:2023-08-18 修回日期:2024-01-29 出版日期:2024-09-25 发布日期:2024-10-11
通信作者: * 张连凯(1981—),男,博士,研究员,主要从事自然生态系统碳循环研究工作。E-mail: zhang_liankai@126.com
作者简介:杨化菊(1995—),女,硕士,助理工程师,主要从事自然资源碳汇研究工作。E-mail: huajuyang1@163.com
基金资助:
中国地质调查局地质调查项目(ZD20220135)

Biomass and distribution characteristics of dominant shrubs under varying degrees of rocky desertification in the karst region of southern Yunnan

YANG Huaju¹(), LI Canfeng¹, YANG Kehao¹, ZHANG Xilu¹^,², WANG Chuanyu¹, WANG Xingrong¹, HE Xu¹, PENG Xuefeng¹, ZHANG Liankai¹^,^*()

1. Kunming Natural Resources Comprehensive Investigation Center, China Geological Surve/Technology Innovation Center for Natural Ecosystem Carbon Sequestration Engineering, MNR, Kunming 650100, China
2. China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China

Received:2023-08-18 Revised:2024-01-29 Online:2024-09-25 Published:2024-10-11

摘要/Abstract

摘要：

灌木在喀斯特石漠化区植被恢复过程中具有重要作用,其生物量大小直接决定了石漠化修复与碳收支情况。为探究喀斯特地区优势灌木树种响应石漠化演替的生物量特征及分配格局,以滇南喀斯特地区不同石漠化程度下3种优势灌木树种华西小石积(Osteomeles schwerinae)、沙针(Osyris lanceolata)和车桑子(Dodonaea viscosa)为研究对象,通过分析其冠幅、树高、基径、各器官(根、茎、叶和花/果)生物量和根冠比等响应特征,并构建各器官、地上和总生物量的异速生长模型。结果表明:(1)不同石漠化梯度下,华西小石积和车桑子的平均生物量呈现“倒V”趋势,而沙针则与前两者不同;(2)不同石漠化梯度下,3种优势灌木各器官生物量的分配大小顺序为茎>根>叶>花/果;(3)3种灌木生物量估测效果较好的是线性函数和幂函数,最佳预测变量以基径(D)、基径平方和树高乘积(D²H)为主。本研究为喀斯特石漠化地区的植被恢复和生态系统碳收支功能的研究提供基础数据。

关键词: 喀斯特, 石漠化, 优势灌木, 生物量, 异速生长模型, 分配特征

Abstract:

Shrubs play a crucial role in vegetation restoration in karst rocky desertification areas, with their biomass directly influencing the restoration of rocky desertification and the carbon budget. To explore the biomass characteristics and distribution patterns of dominant shrub species in response to rocky desertification succession, this study focused on three dominant shrub species in the karst areas of southern Yunnan: Osteomeles schwerinae, Osyris lanceolata and Dodonaea viscosa. We analyzed their crown width, tree height, basal diameter, and the biomass of various organs (roots, stems, leaves, and flowers/fruits). The results showed that: (1) Under different rocky desertification gradients, the average biomass of Osteomeles schwerinae and Dodonaea viscosa exhibited an “inverted V” trend, while Osyris lanceolata showed a different pattern. (2) The order of biomass allocation among the organs of the three dominant shrubs under various rocky desertification gradients was: stems > roots > leaves > flowers/fruits. (3) The biomass estimation for the three shrubs was best described by linear and power functions, with the best predictive variables being basal diameter (D) and the product of basal diameter squared and tree height (D²H). This study provides fundamental data for vegetation restoration and ecosystem carbon budget research in karst rocky desertification areas

Key words: karst, rocky desertification, dominant shrubs, biomass, allometric model, distribution characteristics

中图分类号:

杨化菊, 李灿锋, 杨克好, 张熙璐, 王传宇, 王兴荣, 何旭, 彭雪峰, 张连凯. 滇南喀斯特地区不同石漠化程度下优势灌木生物量及分配特征[J]. 地学前缘, 2024, 31(5): 440-448.

YANG Huaju, LI Canfeng, YANG Kehao, ZHANG Xilu, WANG Chuanyu, WANG Xingrong, HE Xu, PENG Xuefeng, ZHANG Liankai. Biomass and distribution characteristics of dominant shrubs under varying degrees of rocky desertification in the karst region of southern Yunnan[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(5): 440-448.

图/表 9

图1 研究区实际采样布点图注:引自2016年全国第三次石漠化监测数据。

Fig.1 Actual sampling points distribution diagram of study area Note: Adapted from the third national rocky desertification monitoring data, 2016

表1 3种灌木调查信息表

Table 1 Investigation information table of three shrubs

物种 Species	科 Family	属 Genus	石漠化梯度	经度(E)/(°)	纬度(N)/(°)	海拔/m
华西小石积 Osteomeles schwerinae	蔷薇科 Rosaceae	小石积属 Osteomeles	非石漠化	102.822 605	23.747 065	1 506
			潜在石漠化	102.904 385	23.619 535	1 383
			轻度石漠化	102.900 635	23.616 895	1 366
			中度石漠化	102.935 310	23.639 170	1 442
			重度石漠化	102.942 120	23.714 085	1 496
沙针 Osyris lanceolata	檀香科 Santalaceae	沙针属 Osyris	非石漠化	102.822 545	23.747 010	1 508
			潜在石漠化	102.900 660	23.616 395	1 385
			轻度石漠化	102.900 460	23.616 725	1 376
			中度石漠化	102.936 790	23.695 840	1 486
			重度石漠化	102.942 125	23.714 125	1 489
车桑子 Dodonaea viscosa	无患子科 Sapindaceae	车桑子属 Dodonaea	非石漠化	102.822 020	23.745 930	1 513
			潜在石漠化	102.899 915	23.611 430	1 397
			轻度石漠化	102.899 995	23.616 745	1 382
			中度石漠化	102.941 560	23.693 235	1 446
			重度石漠化	102.942 465	23.714 835	1 466

图2 不同石漠化梯度下3种灌木的生物量字母a,b,c表示不同石漠化、植物器官的生物量差异显著。

Fig.2 Biomass of three shrubs under different rocky desertification gradients

图3 不同石漠化梯度下3种灌木全株生物量在各器官的分配

Fig.3 Whole-plant biomass allocation in different organs of three shrubs under different rocky desertification gradients

图4 不同石漠化梯度下3种灌木根系生物量在径级上的分配字母a,b,c表示不同石漠化、根系生物量差异显著。

Fig.4 Distribution of root biomass of three shrubs in diameter order under different rocky desertification gradients

表2 3种灌木的根冠比、叶质比、茎质比和根质比的统计特征

Table 2 Statistical characteristics of root-to-shoot ratio, leaf-to-mass ratio, stem-to-mass ratio and root-to-mass ratio of three shrubs

图5 3种灌木变量与各器官生物量的相关关系 D—基径;H—株高;C—冠幅;A—冠幅面积,A=π(C/2)2,cm2;V—冠幅体积,V=A×H,cm3;D2H—基径平方和树高乘积,D2H=D×D×H,mm2·cm。

Fig.5 Correlation between variables of three shrubs and biomass of each organ. D, base diameter;H, plant height; C, crown; A, canopy area, A=π(C/2)2,cm2; V, canopy volume, V=A×H,cm3; D2H, product of base diameter square and plant height, D2H=D×D×H,mm2·cm.

表3 3种灌木的最佳拟合模型

Table 3 Best fitting models of three shrubs

物种	最佳方程	最佳变量	参数a	参数b	R²	p	样本数n
华西小石积 Osteomeles schwerinae	Y_Leaf=ab^H	H	33.959	0.752	0.530	<0.001	25
	Y_Stem=a(D²H)^b	D²H	310.853	0.812	0.764	<0.001	25
	Y_Aboveground=a(D²H)^b	D²H	426.577	0.736	0.736	<0.001	25
	Y_Root=ab^A	A	186.256	0.148	0.177	0.021	25
	Y_Total=a(D²H)^b	D²H	677.669	0.604	0.632	<0.001	25
沙针 Osyris lanceolata	Y_Leaf=aD^b	D	158.578	0.639	0.337	0.001	25
	Y_Stem=aD^b	D	557.734	1.022	0.475	<0.001	25
	Y_Aboveground=aD^b	D	731.468	0.948	0.482	<0.001	25
	Y_Root=ab^D	D	285.531	0.214	0.144	0.035	25
	Y_Total=aD^b	D	1 090.11	0.797	0.412	<0.001	25
车桑子 Dodonaea viscosa	Y_Leaf=a+blnD	D	126.16	243.544	0.527	<0.001	25
	Y_Stem=a+bA	A	-117.092	519.028	0.771	<0.001	25
	Y_Aboveground=a+bA	A	11.03	567.017	0.766	<0.001	25
	Y_Root=aD^b	D	184.018	1.464	0.712	<0.001	25
	Y_Total=a+bC	C	-1 751.826	2 080.701	0.781	<0.001	25

图6 3种灌木生物量回归方程散点图

Fig.6 Scatter diagram of regression equation for biomass of three shrubs

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滇南喀斯特地区不同石漠化程度下优势灌木生物量及分配特征

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