全球变暖已经成为公认的全球性的环境问题,如何减少大气中二氧化碳等温室气体的含量也已经成为人们关注的热点问题。植硅体碳是植硅体在植物体内形成时所包裹的一部分有机碳。由于植硅体具有非常高的抗分解能力,所以植硅体碳可以在植物枯死之后的很长时间(数千年)里保存在土壤里不参加全球的碳循环。因此植硅体碳汇作为一种长期、安全的固碳机制近期受到越来越多科研人员的关注。灌丛生态系统是重要陆地生态碳汇系统之一,对其进行植硅体碳汇的研究非常具有意义;由于草地沙化现象日益严重,研究草地沙化对草地生态系统植硅体碳汇的影响,使人们更加了解草地植硅体碳汇的调控机制显得十分必要。本研究选取了我国北方温带典型的灌丛和沙化草地生态系统作为研究对象。用偏硼酸锂熔融-稀硝酸溶解法、分光光度法等方法测定样品中的硅含量;用微波消解法、Walkley-Black法、重铬酸钾外加热氧化法等方法提取植物中的植硅体并测试植硅体的含碳量。研究灌丛生态系统硅含量的分布及植硅体碳汇潜力、草地沙化对草地植硅体碳汇的影响可为以后灌丛生态系统硅循环和全球植硅体碳汇的研究提供一些科学参考。(1)灌丛生态系统植物的硅含量与植物系统发生分类相关。具体情况为:在单子叶被子植物中的鸭拓草分支的植物和双子叶被子植物中的菊分支植物吸收的硅都比同一门类其他分支的植物高。在生态群落结构层次上,草本层的平均硅含量(9.02mg g–1)高于灌木层平均硅含量(4.14 mg g–1)。据估测中国北方温带灌丛总的植硅体碳汇速率为0.11±0.11×106Mg CO2 yr–1,而草本层(0.07±0.07×106Mg CO2 yr–1)占到总量的64%。(2)灌丛中植物样品的植硅体含量范围为1.59–88.90 mg g–1;植硅体含碳量含量范围是4.81–72.27 mg g–1;植硅体碳含量范围是0.03–1.26 mg g–1。五种灌丛的植硅体产生通量的变化范围为31.73–203.30 kg ha–1yr–1,平均为97.51 kg ha–1yr–1,总的变化趋势为虎榛子灌丛>绣线菊灌丛>山杏灌丛>酸枣灌丛>荆条灌丛。五种灌丛的植硅体碳产生通量的变化范围为4.12–7.94 kg CO2 ha–1yr–1,平均为5.95 kg CO2ha–1 yr–1,植硅体碳产生通量的大小顺序为虎榛子灌丛>绣线菊灌丛≈山杏灌丛>酸枣灌丛>荆条灌丛。据估算我国北方温带灌丛的植硅体固碳速率为0.45±0.09 Tg CO2yr–1,全国共有灌丛215×106ha植硅体固碳可达1.28±0.25 Tg CO2 yr–1,全世界灌丛植硅体固碳速率约为15.78±3.12 Tg CO2 yr–1。(3)所有沙化草地样品的植硅体含量范围是6.05–79.96mg g–1,植硅体含量有随着沙化现象变严重而增加的趋势:重度沙化草地>中度沙化草地≈未沙化草地>轻度沙化草地。所有样品中植硅体含碳量的变化范围是3.25–23.63 mg g–1,植硅体含碳量有随着沙化现象变严重而减少的趋势:轻度沙化草地≈未沙化草地>中度沙化草地>重度沙化草地。样品中植硅体碳含量的变化范围是0.02–1.21 mg g–1,四类沙化样地的平均植硅体碳含量相差不大。沙化草地植硅体碳产生通量主要受草地的地上初级净生产力最大,所以植硅体碳产生通量的高低排序为未沙化草地>轻度沙化草地≈中度沙化草>地重度沙化草地。结合沙化草地的面积估测我国北方温带沙化草地的植硅体碳汇速率为6.90±1.72×104Mg CO2 yr–1,北方温带草地总的植硅体碳汇速率为20.81±3.63×104 Mg CO2 yr–1。