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草地生态系统占陆地生态系统总面积的25﹪，是地球生物圈的重要组成部分，在全球碳循环和气候变化中发挥着重要作用。新疆地处中亚、西伯利亚、蒙古、西藏的交会处，地形复杂，草地类型丰富，在我国草地碳库中占据重要地位。研究新疆草地植被、土壤碳、氮库大小及其分布机制和决定因素，对评价新疆干旱荒漠区温带草地生物地球化学循环对我国乃至全球变化的响应和贡献具有重要的意义。
本文基于在新疆天山、阿尔泰山、准噶尔西部山地以及帕米尔高原等地区实地调查获取的460个生物量样方和276个土壤剖面数据，结合新疆土壤普查的部分数据，研究了新疆主要草地植被地上、地下生物量、1m深度土壤有机碳和全氮含量及其垂直分布，探讨了它们与环境因子的关系，并对不同草地之间生物量碳库和土壤碳、氮库进行比较。主要结果如下：
(1)新疆地区高寒草甸、亚高山草甸、山地草甸、高寒草原、草甸草原、典型草原、荒漠草原和草原化荒漠等8个主要草地类型中共记录植物物种309种，隶属于39科171属。物种数最多，并在群落结构和组成上起主导作用的前10科依次为禾本科、菊科、豆科、蔷薇科、莎草科、藜科、伞形科、唇形科、十字花科和龙胆科等。植物区系分析表明，新疆草地的群落发生和发展中，北温带成分占主导地位，地中海、中亚和西亚成分也起一定的作用。
分析结果表明不同草地类型的物种丰富度存在一定的差异，由高到低的依次为：亚高山草甸(19.1种.m-2)、山地草甸(13.2种.m-2)、草甸草原(12.6种.m-2)、高寒草甸(11.5种.m-2)、高寒草原(9.8种.m-2)、典型草原(8.1种.m-2)、荒漠草原(5.6种.m-2)和草原化荒漠(5.6种.m-2)；物种丰富度同地上生物量的关系与研究尺度密切相关，而且，群落内和群落间物种丰富度与地上生物量的关系也存在较大的差异。群落内高寒草原、山地草甸、典型草原和荒漠草原的物种丰富度与地上生物量表现为线性关系；群落间草甸草地和草原草地的物种丰富度与地上生物量之间呈现线性关系，而整个草地群落物种丰富度与和地上生物量之间呈现单峰关系。CCA排序结果显示，新疆草地群落分布与气候、土壤水分和土壤养分之间密切相关，其中与土壤含水率的关系最为密切。此外，土壤养分和水热条件对群落的分布也有较大的影响。
(2)不同草地的地上生物量密度和生物量碳库之间差异较大，由大到小依次为：山地草甸(113.66gC.m-2)、亚高山草甸(89.69gC·m-2)、草甸草原(75.65gC。m-2)、高寒草甸(58.92gC.m-2)、典型草原(52.83gC.m-2)、草原化荒漠(44.51gC·m-2)、高寒草原(39.45gC·m-2)和荒漠草原(26.26gC.m-2)。生物量碳库的大小依次为：山地草甸(2.8TgC)、典型草原(2.3TgC)、高寒草甸(2.0TgC)、草原化荒漠(1.6TgC)、荒漠草原(1.5TgC)、高寒草原(1.5TgC)、草甸草原(0.8TgC)，和亚高山草甸(0.2TgC)。总生物量碳库为12.8TgC，占全国总生物量碳库(146.2TgC)的8.74﹪。水热条件对草地地上生物量的影响存在一定的差异，热量条件是导致草甸类草地地上生物量空间差异的重要因素，而草原类草地和荒漠类草地的地上生物量主要由降水量和土壤水分控制，同时土壤养分(C、N)对地上生物量起一定调节作用。
(3)新疆主要草地地下生物量的垂直分布没有显著差异，幂函数指数分别为高寒草甸(0.938)、亚高山草甸(0.939)、山地草甸(0.946)、高寒草原(0.919)、草甸草原(0.949)、典型草原(0.945)、荒漠草原(0.935)和草原化荒漠(0.931)。总体而言，约50﹪的根系集中分布在0-10cm，85﹪的根系分布在0-30cm，而95﹪的根系分布在50cm以内。平均地下生物量为851.0gC·m-2，约占地上生物量的6.2倍。总地下生物量碳库为196.24TgC，约是总地上生物量碳库的15倍，占全国总地下生物量碳库的21.84﹪；地下生物量与土壤含水量和地上生物量呈正相关关系，而R∶S与地下生物量之间也存在明显的正相关关系。
(4)新疆主要草地土壤有机碳库为2.45Pg，占全国土壤有机碳库(70.31Pg)的3.48﹪。土壤有机碳平均含量为12.6kg·m-2，高于全国平均水平(8.0kg·m-2)。54-62﹪的土壤有机碳分布在30cm以内，74-81﹪的土壤有机碳分布在50cm以内。不同草地类型之间，土壤有机碳的垂直分布没有显著差异，这可能与其相似的根系垂直分布格局有关。对土壤有机碳含量与环境因子的相关性分析表明，气候、海拔、草地类型、土壤含水率与土壤有机碳含量关系密切。其中土壤含水率能够解释土壤有机碳含量空间变异的70﹪。
(5)新疆主要草地30、50和100cm深度内土壤平均氮储量分别为0.019、0.025和0.034Pg。1m以内的氮储量占全国氮储量(8.29Pg)的3.26﹪。平均氮含量分别为0.75kg·m-2、1.01kg·m-2和1.33kg.m-2。1m以内平均氮含量(1.33kg·m-2)高于全国平均(0.94kg·m-2)氮含量。土壤氮含量随着深度显著递减，不同草地之间土壤含氮量随土壤深度的递减率存在明显差异，土壤氮主要分布在40cm以内，约占1m深度土壤氮含量的64-75﹪。对土壤有机碳含量与环境因子的分析表明，气候、海拔、草地植被类型、土壤含水率与土壤氮含量之间均存在密切关系。其中土壤含水率对土壤含氮量的关系最为密切，能够解释土壤氮含量空间变异的60-70﹪。土壤碳氮比随着土壤深度逐渐减小，但下降幅度不明显。其中高寒草甸、亚高山草甸和山地草甸等草甸草地的碳氮比较大，其它草地之间差异不明显。
(6)天山中段巴音布鲁克两种草地类型的地上生物量分别为：草原(71.4gC·m-2)、草甸(94.9gC·m-2)。两种草地的地下生物量分别为：草原(1033.5gC·m-2)、草甸(1285.2gC·m-2)。1m深度的土壤有机碳含量分别为25.7kg·m-2和38.8kg·m-2。两种草地(草原、草甸)的根系集中分布在40cm以内，土壤有机碳集中分布在60cm以内；0～20cm根系分别占其总量的76﹪和80﹪；0-20cm土壤有机碳分别占其总量的55﹪和49﹪。草原比草甸根系分布更深。尽管草原根系分布更深，但其较低的地下/地上比使其有机碳分布较浅。此外，两种草地根系比土壤有机碳分布更浅。土壤含水率能解释巴音布鲁克草地南坡(阳坡)土壤有机碳含量变异的66﹪。这意味着水分条件是导致南坡(阳坡)土壤有机碳密度空间差异的重要因素。然而，土壤含水率仅能解释北坡(阴坡)土壤有机碳含量变异的17﹪，这意味着北坡(阴坡)土壤有机碳含量还可能与地形、土壤质地等其他因素有关。