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地下生物量的研究方法及环境因素的变化 1 在现有的理论上已经掌握了哪些条件 生物量是生态系统能量转化能力的主要体现，对生态系统结构的形成具有重要影响。目前，土壤生物量的研究主要集中在耕地、牧场和森林上。对耕地生物量的研究通常关注具有经济价值的各方（如作物种子），而对地下部分及其动态研究较少。多年生草本植物群落的生物量在一个生长季节发生了很大变化。对于研究人员来说，一个值是生物量在一个生长季节的平均值，它代表了生态系统使用物质和能量的能力。 早期进行的草地和森林生态系统的研究关注于地上生物量,忽略根系生物量的动态变化.对于根在森林生态系统生物地球化学循环的研究中一直未能受到重视的原因,Presson归纳了以下4点:1)缺乏好的方法.我们可以相当精确地测得地上部分的生物量,但地下部分生物量的测定无论在技术上还是在操作上都比较困难.2)对根的处理需要消耗大量的时间,根的取样和清洗费时费力.有时由于操作上的失误还会导致误差超出了允许的范围,所以无法保证实验结论的可靠性.3)人们通常假定根对C/N循环过程的贡献要小于地上部分,因此,往往忽略根的作用.4)森林生态系统本身较复杂,这种复杂性使得清楚描述地上部分都几乎不可能,尤其是地下部分.这种情形在复杂的热带森林生态系统研究中尤其突出. 由于这几方面的原因,使得对根的研究仅限于其形态结构、水平和垂直分布,以及根的穿透深度等几个方面,很少涉及到生态系统水平,而生物地球化学循环方面的研究则更少.但是随着人们对生态系统物质循环和能量流动研究的近一步深入,地下生物量的研究渐成生态学的研究热点.但迄今为止,还没有任何一种方法可以快速、准确地测定地下生物量,现有的方法都或多或少存在着一定的不足.而对实验得出的数据而言,可能因为使用不同的统计方法和数据分析方式导致结论的差异. 姜恕等对内蒙古草原的植物生物量研究显示,羊草(Aneurolepidium chinense)草原和大针茅(Stipa grandis)草原的地下生物量分别占植物全部生物量的81.3%和73.4%.所以研究草原生态系统地下部分生物量的分布规律和动态变化对于解释整个草原生态系统的物质循环过程具有十分重要的意义.森林生态系统虽然地下生物量只占整个生物量的很小部分,但由于细根有很高的周转率,从而使得地下部分的动态变化对整个森林生态系统的生理过程的完成具有十分重要的意义.在气候恶劣的苔原带,单位体积的地上部分的生物量对根表面积的依赖要甚于对良好环境条件的依赖,也就是说植物可以通过增加根的表面积来抵消恶劣环境的胁迫.而众多就草地、稀树草原、干旱灌丛和森林的研究表明,细根的产量要大于枝条的产量[6,7,12,21,26,32,44,45]. 2 根系的研究方法 人类对根系的研究可以追溯到十九世纪,直到二十年前,科学家研究根系的方法还局限于简单的挖掘采样.近年来随着人们对根系研究的不断深入和技术本身的发展,根系的研究方法有了极大的改进,特别是与计算机技术的结合使根系的定量化研究有了极大的进展. 2.1 挖土块法wagne 挖土块法(soil monolith)是最为传统的研究根生物量的方法.通常人们在采样地点挖一个土壤剖面,然后再在土壤剖面上挖取土块.例如Roberts用30cm×30cm×15cm,而Rodriguez则用20cm×20cm×10cm、Pandey用15cm×15cm×10cm,也有用40cm×25cm×75cm的.由于挖土块法所取样品体积较大,因而它需要大量的人力挖取和处理土块,它的工作量是所有方法中最大的. 2.2 土钻直径 钻土芯法(soil coring)通常用于细根的研究.此法最主要的工具是土钻,钻头的直径从几个厘米到十几个厘米,但不宜过大.因为如果钻头直径过大,取样会相当困难,而且过大的样品量会难于运输并增加处理样品的时间.同时,土钻的直径也不宜过小,过小的直径将影响结果的精确性.土钻直径的选择取决于细根分布的异质性和取样的数量.根据实验的具体情况选择适宜的钻头直径对实验的成功十分重要. 钻土芯法要解决的两个关键问题是:第一,取样的间隔.要根据研究对象的生长特性来确定取样的时间间隔.第二,取样的个数.取样的个数应在可能的情况下,尽量给予较多的重复.原则上应避免在取样间隔中产生根的死亡周转,但即使这样,很多对细根周转的研究还是一种很保守的估计.通过对每次取样样品的测定,就可以对细根的年生物量进行计算,可通过下列几种方法. (1) 年度最大值与最小值之差如下 PFR=Bmax-Bmin 上式中PFR是细根的年生物量,Bmax、Bmin分别是年内取样的最大值和最小值. (2) 采样间隔的确定 PFR≥∑i=1k(ΔB)iΡFR≥∑i=1k(ΔB)i 从理论上讲, 随着采样间隔的缩小, 只要满足采样间隔中没有根的死亡周转