植被生物量是生态系统最重要的数量特征之一，也是研究生态系统物质循环、能量流动和生产力的基础。生物量作为生态系统中积累的植物有机物总量，是整个生态系统运行的能量基础和物质来源，也是反映生态环境的重要指标。目前，生物量测定技术、精准模型构建已成为当前生态学研究的热点问题。特别是作为反应生态脆弱区群落结构与功能的主要标志之一的植物群落生物量，是研究不同群落物质生产和养分动态的基础[1]；而生物量物质循环中的营养元素代谢，更是生态系统生产力及持久性的决定性因素[2]。黄土高原区由于受气候变化和人为活动的长期干扰，天然植被已破坏殆尽，生态环境十分脆弱，尽管退耕还林还草等重点生态工程的实施有效的改善和恢复了该区的生态，但随着人工植被群落系统生产力衰退和景观特征退化[1]问题的出现，使得选择合适的退耕还林树种成为制约当地生态恢复成效的关键。因此，阐明不同树种退耕还林地生物量、生产力和营养元素循环特征，进而筛选出最适合黄土高原生态恢复的树种，是我国黄土高原地区生态恢复过程中急需解决的问题之一。文章以甘肃省安定区为例，对不同退耕还林地生物量进行比较分析，为黄土高原区生态人工恢复方案的制订，提供一定的理论依据与技术支持。
1研究区概况
研究区位于甘肃省中部，地处我国黄土高原最西部，沟壑纵横，梁峁起伏，坡陡沟深，地形较为破碎。天然植被以长芒草、白羊草、茭蒿（Artemisiagiraldii%Lamp）、铁杆蒿、百里香（ThymusmongolicusRonn）等半干旱草原植被为主，森林植被多为人工栽培。文章以该区不同树种的退耕还林地为研究对象，选取树种单一、受其他植被间接影响较小的退耕林地作为样地，并选择天然草地作为对照样地。
2研究内容和方法
2.1研究内容
以研究地区具有代表性的植被柠条、山杏、山桃、刺槐、侧柏为对象，分别测定地上、地下和枯枝落叶层生物量，分析不同植物生物量在各层中的差异性并与其生长指标进行相关分析。
2.2测定方法
2．2．1地上生物量测定乔木地上生物量测定：采用解析木法。对每一标准地20×20（m）的乔木进行每木检尺，测定树高、胸径。根据标准地每木调查的资料计算出全部立木的平均高度、胸高断面积，选出代表该标准地最接近这两个平均值的树木作为标准木，并对标准木进行树干解析，把样品带回实验室置于80℃的烘箱24h，称重，求出干鲜重比率，然后以标准木为根据，计算样地及整个林分生物量。2.2.2地下生物量测定乔木地下生物量测定：以标准木根基处为中心，标准地平均株行距为边长，设置矩形样方，分层挖取，将根系全部挖出，仔细挑出各土层中的根系，称重WTR，再乘以标准地内的株数(N)，得出lhm2乔木根系的生物量（WTR）。同时，取样称重，把样品带回实验室置于80℃的烘箱中24h，称重，求出干鲜重比率，进而推算lhm2乔木根系干生物量。2．2．3枯枝落叶层现存量测定在标准地内设置5个l×l（m）的样方，收集每个样方的枯枝落叶，分别称其重量，计算样方枯枝落叶现存量的平均值（WL），得出lhm2枯枝落叶层现存量。然后，混合取样称重，把样品带回实验室置于80℃的烘箱中24h，称重，求出干鲜重比率，进而推算lhm2枯枝落叶现存量干重。
3结果与分析
3.1不同树种地上生物量
本试验采用同一指标多次测定取平均数的方法，力求最大限度地减小误差。分别对柠条、山杏、山桃、刺槐和侧柏的枝叶、杆、根生物量取平均，进行了比较分析，见图1、图2、图3。图1表明，山桃、刺槐枝叶的生物量明显高于其他植被，其干生物量高达5669.505kg/hm2和3713.435kg/hm2，可见山桃、刺槐盖度较高，对截留降雨，消除降雨动能更具优势。图2表明，山桃的杆的生物量优势非常明显，其生物量为3089.23kg/hm2比最低的侧柏高3％。山杏、刺槐介于他们中间，其生物量分别为1303.076kg/hm2和2084.922kg/hm2。从图3可以看出，山桃根的生物量优势也非常明显，生物量为3467.804kg/hm2比最低的侧柏高5％。柠条次之为2655.2139kg/hm2，刺槐、山杏相差不大，分别为1887.938kg/hm2和1735.377kg/hm2。上述分析表明，由于受林种本身的生物学特性的影响，不同植物群落生物量的积累具有明显的差异。即山桃＞刺槐＞侧柏＞柠条＞山杏。其中,山桃、柠条生长旺盛，根系特别发达，深可达十几米深，根系生物量可达6123kg/hm2，其他树种的生物量均为地上部分大于地下部分。山桃、柠条生长旺盛，根系较为发达，具有极强的抗旱性，同时，发达的根系对改善土壤环境，减少水土流失具有重要作用，可以作为本地的经济林来发展。
3.2不同树种退耕还林地草本层生物量
草本层是土壤表层的草本植物，他是阻止雨水引起的溅蚀、板结的最后屏障，他能有效消除经乔木截留后雨滴最后的能量，并能阻留径流的产生，防止径流侵蚀。分别对柠条、山杏、山桃、刺槐和侧柏的林下草本层生物量取平均，进行比较分析得到表1。由表1可以看出，实施退耕还林后，改善了当地的生态环境，使得林下草本植物得到有效恢复。柠条、侧柏的林下草本层生物量最高，分别为1542.53kg/hm2和1288.37kg/hm2，接近于天然草地；而山杏纯林的林带间草本生物量最低，仅为604.14kg/hm2，约为天然草地的一半，由此可见，实施退耕还林过程中，树种的选择至关重要及其如何合理配置树种，对当地脆弱生态系统的恢复效果及恢复时间有较大的影响。草本植物在当地无处不见，是组成安定区植被的最基本部分。安定区地处温带草原地带，植被以草本为主，草本的高度一般在50cm以下，是组成群落的植物中物种最多的一类。草本层植物主要可分为百里香、狗娃花（Heteropappushispidus(Thunb.)Less）、碱蒿（ArtemisiaanethifoliaWeb.exStechm）、菊叶委陵菜（PotentillatanacetifoliaWilld.exSchlecht）、赖草（Leymussecalinus%(Georgi)Tzvel）、狼毒（Stellerachamaejasme%Linn）、冷蒿、田旋花（Convolvulusarvensis%Linn）、芯芭(Cymbaria）、星毛委陵菜(Potentillaacaulis%Linn)、亚麻(LinumusitatissimumLinn)、银灰旋花(ConvolvulusammanniiDesr)、隐子草(Cleistogenes)、早熟禾(PoaannuaLinn)等。
3.3枯落物生物量
枯枝落叶层是指覆盖在林地矿质土壤表层上的未分解的、半分解的、完全分解的凋落物，他是群落植被地上部分各器官的枯死脱落物的总称。降水经过林分植冠层的层层截留后落到枯枝落叶层上，由于枯枝落叶层增加了地表粗糙度，因此，避免了雨水对土壤的直接溅蚀作用，延长了水分下渗的时间，阻留和减缓了地表径流的流速。同时，由于枯枝落叶层覆盖地表，可以减少林地表层土壤水分的蒸发，并且枯枝落叶层的分解物增加了土壤养分，从而改善了土壤结构，增加了林地土壤贮水保水作用。不同林种下枯枝落叶层生物量间的对比见表2。从表2可以看出，不同林种的退耕还林地内，枯落物的积累不同，并且除了刺槐纯林的枯落物生物量较小外，其他林地的枯落物生物量均大于天然草地，其中,山桃林的枯落物生物量最大，为790.0kg/hm2，刺槐林地仅为315.3kg/hm2，不到山桃林的1/2。很明显通过合理的造林，可以提高林下的枯落物量和草本层的生物量，形成乔木———草本———枯落物、灌木———草本———枯落物的复合截留体系，使其截留量随着林地年限的增加而逐渐增大。且枯落物增多，可有效地促进雨水的下滲，减少地表径流的产生，阻留和减缓了地表径流的流速。并且枯枝落叶层的分解物增加了土壤养分，从而改善了土壤结构，增加了林地土壤贮水保水作用。
3.4枯落物与草本层生物量差异性分析
枯枝落叶层与草本层是联系最为紧密地两层，因为这两层直接接触，而且相互之间都有一定的影响，通常这两层之间生物量差值的大小是衡量一个林种总体生物量的重要指标。不同林种枯枝落叶层与草本层间总生物量对比见图4。从图4可以明显看出，山桃的枯枝落叶层与草本层间的差异性最小，柠条两层间的差异性最大。退耕还林的实施，改善了当地的生态环境，林下草本层、枯落物生物量超过或接近作为对照样地的天然草本。随着生物量的增加，对雨水的截留量也在逐渐增多。有效地促进了雨水的下滲，减少了径流的产生，阻留和减缓了地表径流的流速。并且枯枝落叶层的分解物增加了土壤养分，从而改善了土壤结构，增加了林地土壤贮水保水作用。
3.5不同层间总生物量对比分析
植物生物量是指单位面积植物积累物质的数量，是反映能流、物质流，描述第一性生产的重要概念，也是草地生态系统研究的基础之一[3]。以退耕还林还草工程为主的植被建设有利于改善区域生态环境、提高生态系统生产力。退耕还林地的树种选择是由多种指标决定的，生物量是最能反映一个林种对当地适应情况的指标，总生物量越高说明越适应在当地生长。通过分别对侧柏、刺槐、山杏、山桃、柠条5种退耕还林地待选植被的总生物量取平均，进行比较分析得到图5。从图5中可以看出，山桃和刺槐作为安定区退耕还林的主要物种优势明显。对于乔木层生物量具有优势的物种，其郁闭度较高，盖度也大，对林下草本层和枯落物的生物量有抑制作用，对草本层和枯落物的拦蓄降雨，增加水分下渗，减少径流产生功能有影响。
4结论
一是退耕还林的实施，改善了当地的生态环境，林下草本植物得到良好的恢复，其生物量超过或接近作为对照样地的天然草本。退耕还林的实施，对生态环境的改善起到了明显作用。二是在退耕还林地，柠条、侧柏的林下草本层生物量最高，为1542.53kg/hm2、1288.37kg/hm2，较接近于天然草地；而山杏纯林的林带间草本生物量最低，仅604.14kg/hm2，约为天然草地的一半，由此可见，实施退耕还林的过程中，树种的选择至关重要及其如何合理配置树种，对当地脆弱生态系统的恢复效果及恢复时间有较大的影响。三是随着退耕还林年限的增加，枯落物厚度在逐渐增加，生物量也比对照的天然草地多，枯落物有效地促进了雨水的下滲，减少了径流的产生，阻留和减缓了地表径流的流速。并且枯枝落叶层的分解物增加了土壤养分，从而改善了土壤结构，增加了林地土壤贮水、保水作用。四是不同林种的退耕还林地内，枯落物的积累不同，除了刺槐纯林的枯落物生物量较小外，其他林地的枯落物生物量均大于天然草地，其中，山桃林的枯落物生物量最大，为790.0kg/hm2，刺槐林地仅为315.3kg/hm2，不到山桃林的1/2。很明显通过合理的造林，可以提高林下的枯落物量和草本层的生物量。五是山桃和刺槐作为安定区退耕还林的主要物种优势明显。山桃、柠条生长旺盛，根系较为发达，具有极强的抗旱性，同时，发达的根系对改善土壤环境，减少水土流失具有重要作用，可以作为本地的经济林来发展。
作者：弓瑞 单位：内蒙古自治区林业监测规划院
