摘要
生物量是陆地生态系统碳储量的重要组成部分，生物量的分配格局反映了植物对不同环境的适应，对陆地生态系统碳循环具有重要意义。近年来，气候变暖和干旱扩张等气候变化对全球碳循环产生了显著影响。因此，研究草地生态系统生物量及分配格局对干旱胁迫的响应对于理解全球碳循环的变化规律，提升生态系统保碳增汇能力、保障全球生态安全，实现“双碳”目标具有重要的意义。本研究以黄土高原中部干旱和半干旱气候区内天然草地群落为研究对象，由东向西沿自然干旱梯度共选取10个取样点，每个采样点内布设8个1m×1m的样方进行群落结构调查和植物、土壤取样，获得地上、地下生物量，并结合土壤数据和气候数据，分析了草地地上—地下群落生物量沿干旱梯度的变化规律，并探究了黄土高原天然草地群落生物量的分配格局及驱动机制。主要研究结果如下： （1）在黄土高原地区，半干旱区地上生物量显著高于干旱区（Plt;0.01），而地下生物量与群落总生物量在干旱和半干旱区之间均无显著差异（Pgt;0.05）。随着经度增加，黄土高原群落地上、地下生物量和群落总生物量非线性增加的变化趋势（Plt;0.05）。除干旱度指数外，影响黄土高原地区草地群落生物量的环境因子主要为年均温和土壤全氮。 （2）黄土高原天然草地群落根系生物量的垂直分布从土壤表层到深层逐渐递减。黄土高原地区草地群落根系削弱系数为0.94，从半干旱区到干旱区，根系削弱系数的范围在0.90-0.97，沿着自然的干旱梯度未能表现出显著的变化趋势（Pgt;0.05）。除了70-100cm，其余深度根系生物量在干旱和半干旱区之间均无显著差异（Pgt;0.05）。 （3）黄土高原天然草地各土层根系生物量随经度呈现不同的变化趋势。0-10cm根系生物量随年降水的变化呈现出先增加后降低的非线性变化趋势（Plt;0.05）；10-30cm根系生物量随着土壤全磷的增加呈现出显著增加的趋势（Plt;0.01）；30-50cm根系生物量与硝态氮表现出极显著的正相关关系（Plt;0.01）；50-70cm根系生物量的主要影响因子为硝态氮和铵态氮，生物量随着二者的增加显著地增加（Plt;0.01）；70-100cm根系生物量年均温与硝态氮表现出极显著的正相关关系（Plt;0.01）。 （4）在黄土高原地区，去除异速效应后，群落地上-地下生物量的分配特征为等速分配（α=1.05，Plt;0.01）；根系生物量垂直分配比例表现出浅层显著高于深层的特征。而在干旱和半干旱区，器官间（地上－地下）和器官内（根系）的生物量分配具有不同的特征。根冠比在干旱区显著大于半干旱区（Plt;0.01），干旱区深层根系生物量比例显著大于半干旱区（Plt;0.01），而浅层生物量分配比例则相反（Plt;0.05）。 （5）器官间和器官内生物量分配的驱动机制不同。干旱度指数对根冠比有极显著的负效应（Plt;0.01），还会通过影响土壤养分和物种组成间接影响根冠比，如浅根植物群落优势度和Shannon-wiener多样性指数（R2=0.25）。然而，当去除异速效应后，根冠比仅会受到干旱度指数的直接效应（R2=0.08）。干旱对根系生物量的垂直分配比例的影响除直接效应外还会由浅根植物群落优势度和均匀度指数Pielou驱动（R2=0.27）。 综上所述，草地群落地上地下生物量分配遵循等速分配，且主要通过改变物种组成进而改变根系生物量垂直分配来适应干旱胁迫。这些结果揭示了黄土高原地区生物量沿干旱梯度的变化规律及其驱动机制，强调了在探讨生物量分配特征时充分考虑异速效应的必要性，为深刻理解黄土高原碳循环提供了理论依据。
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