论文部分内容阅读
植硅体态碳(phytolith-occluded organic carbon, PhytOC)作为一种相对稳定的碳形态,具有较强的抗分解能力,在某些经过1000年分解后的表层土壤中,其含量可占土壤总碳的82％。这表明植硅体对大气中二氧化碳(CO2)的生物地球化学固定有着较大的潜力,从而在全球气候的控制和调节中也起到积极作用。竹子作为典型的硅(Si)超富集禾本科植物,在全球范围内的覆盖面积约为22×106公顷,了解竹林生态系统植硅体对大气中CO2的封存潜力具有重要的理论与实际意义。 本研究选择竹林生态系统,在浙江省临安、安吉、新昌一带采集竹叶及附近的表层土壤样品,运用微波消解以及Walkley-Black方法,对竹叶中植硅体(phytolith)和植硅体态碳(PhytOC)含量变化特征进行分析,为了解竹林植硅体碳汇调控以及植硅体在竹林生态系统硅和碳生物地球化学循环中的作用提供科学参考。 (1)分属于不同植物系统发生分类的75个竹种竹叶中植硅体含量变化较大,其范围为4.28%–16.42%,平均值为9.59%。不同属的竹叶中植硅体含量变化差异较大,赤竹属竹叶中植硅体含量远高于其它竹属。不同亚族、族和超族竹叶中植硅体含量变化并不显著。竹林植硅体固定碳的通量为0.028–0.108 t CO2 ha–1yr–1,平均值为0.063 t CO2 ha–1yr–1。以目前中国7.2×106公顷和世界22×106公顷的竹林面积以及竹叶中植硅体碳的平均产生通量计算,每年中国竹林生态系统和世界竹林生态系统植硅体大概能从大气中分别固定0.45 Tg CO2和1.4 Tg CO2。若竹林面积按照每年3%的增长速率以及植硅体态碳的平均产生通量估算,到2050年全球竹林植硅体每年至少能固定大气中的CO2的量为2.8Tg;若以植硅体碳最高积累通量计算,每年至少有4.7Tg大气中的 CO2被固定在全球竹林植硅体中。适当地加强对竹林生态系统的管理,通过增加竹林面积以及选择高植硅体含量的竹子品种(例如黄条金刚竹,绿秆黄槽罗汉竹,绿槽刚竹以及黄秆绿槽罗汉竹)进行种植对增加竹林植硅体碳汇有一定的作用。 (2)三种不同生态型(散生竹、混生竹和丛生竹)竹林干物质竹叶中植硅体碳含量变化范围为0.07%–0.42%。总体上,三种不同形态竹子竹叶干物质中植硅体与植硅体碳含量都表现为:丛生竹≈混生竹>散生竹。三种不同生态型竹子竹叶中平均植硅体碳产生通量表现为:丛生竹(0.050 t CO2 ha–1yr–1)≈混生竹(0.049 t CO2 ha–1yr–1)>散生竹(0.038 t CO2 ha–1yr–1)。这可能是由于三种不同形态竹子对Si的吸收能力不同引起的。目前,中国竹林植硅体每年可以固定CO2的量约为0.293 Tg,其中散生竹、混生竹和丛生竹分别贡献75%、3%和22%。若以植硅体碳产生通量为0.18 t CO2 ha–1yr–1和扩增后的竹林面积计算,那么到2050年全球竹林植硅体每年从大气中固定CO2的量达到7.92 Tg。关于一些管理措施,例如施用岩粉和覆盖有机物等对于竹林植硅体态碳固定的影响仍然需要深入研究,从而提高竹林生态系统固碳潜力,缓解大气中CO2温室气体的浓度。 (3)对浙江省临安市青山、安吉县船坝、新昌县巧英和大市聚4个地点的毛竹Phyllestachys pubescens竹叶中植硅体和植硅体态碳产生与累积的研究表明,毛竹竹叶中植硅体和植硅体碳含量总体上随着竹龄的增长而升高。四个地区(青山、船坝、巧英和大市聚)毛竹干物质竹叶中植硅体碳含量变化范围是0.07%–0.20%,且在不同的岩性上表现为:花岗闪长岩(0.20%)﹥花岗岩(0.16%)﹥玄武岩(0.13%)﹥页岩(0.07%)。四个地区毛竹竹叶中植硅体碳产生通量的变化范围是0.001–0.065 t CO2 ha-1yr-1,且在不同岩性上表现为:花岗闪长岩(0.065 t CO2 ha-1yr-1)﹥花岗岩(0.050 t CO2 ha-1yr-1)﹥玄武岩(0.040 t CO2 ha-1yr-1)﹥页岩(0.023 t CO2 ha-1yr-1)。这可能与岩性和风化程度,以及母岩中 SiO2含量不同有关。根据毛竹在全国的覆盖面积(4.8×106公顷),本研究估算毛竹植硅体每年能从大气中固定0.005–0.311 Tg CO2。若以相同的植硅体固碳通量(0.065 t CO2 ha-1yr-1)和增长后的覆盖面积(9.6×106公顷),到2050年中国的毛竹林植硅体每年可以从大气中固定0.622 Tg CO2,可以有效的缓解大气中CO2的排放。 (4)竹叶中植硅体碳含量与植硅体含量具有很强的正相关性,同时,竹叶中植硅体碳含量与植硅体中碳含量也具有较强的正相关性。结果表明植硅体碳的积累不仅仅取决于植硅体的固碳效率,还与植物中植硅体本身的积累有关。因此,竹林面积扩增、高植硅体含量和植硅体含碳量竹子品种筛选是增加竹林植硅体碳汇的潜在措施。然而各种措施的增汇效果、成本及其对各地区的适用型还有待进一步深入探讨。