竹子植硅體碳匯及其與竹類和巖性的關(guān)系研究.pdf

1、植硅體態(tài)碳(phytolith-occluded organic carbon, PhytOC)作為一種相對穩(wěn)定的碳形態(tài),具有較強(qiáng)的抗分解能力,在某些經(jīng)過1000年分解后的表層土壤中,其含量可占土壤總碳的82％。這表明植硅體對大氣中二氧化碳(CO2)的生物地球化學(xué)固定有著較大的潛力,從而在全球氣候的控制和調(diào)節(jié)中也起到積極作用。竹子作為典型的硅(Si)超富集禾本科植物,在全球范圍內(nèi)的覆蓋面積約為22×106公頃,了解竹林生態(tài)系統(tǒng)植硅體對大

2、氣中CO2的封存潛力具有重要的理論與實(shí)際意義。
　　本研究選擇竹林生態(tài)系統(tǒng),在浙江省臨安、安吉、新昌一帶采集竹葉及附近的表層土壤樣品,運(yùn)用微波消解以及Walkley-Black方法,對竹葉中植硅體(phytolith)和植硅體態(tài)碳(PhytOC)含量變化特征進(jìn)行分析,為了解竹林植硅體碳匯調(diào)控以及植硅體在竹林生態(tài)系統(tǒng)硅和碳生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用提供科學(xué)參考。
　　(1)分屬于不同植物系統(tǒng)發(fā)生分類的75個(gè)竹種竹葉中植硅體含量變

3、化較大,其范圍為4.28%–16.42%,平均值為9.59%。不同屬的竹葉中植硅體含量變化差異較大,赤竹屬竹葉中植硅體含量遠(yuǎn)高于其它竹屬。不同亞族、族和超族竹葉中植硅體含量變化并不顯著。竹林植硅體固定碳的通量為0.028–0.108 t CO2 ha–1yr–1,平均值為0.063 t CO2 ha–1yr–1。以目前中國7.2×106公頃和世界22×106公頃的竹林面積以及竹葉中植硅體碳的平均產(chǎn)生通量計(jì)算,每年中國竹林生態(tài)系統(tǒng)和世界竹

4、林生態(tài)系統(tǒng)植硅體大概能從大氣中分別固定0.45 Tg CO2和1.4 Tg CO2。若竹林面積按照每年3%的增長速率以及植硅體態(tài)碳的平均產(chǎn)生通量估算,到2050年全球竹林植硅體每年至少能固定大氣中的CO2的量為2.8Tg;若以植硅體碳最高積累通量計(jì)算,每年至少有4.7Tg大氣中的 CO2被固定在全球竹林植硅體中。適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)對竹林生態(tài)系統(tǒng)的管理,通過增加竹林面積以及選擇高植硅體含量的竹子品種(例如黃條金剛竹,綠稈黃槽羅漢竹,綠槽剛竹以及黃

5、稈綠槽羅漢竹)進(jìn)行種植對增加竹林植硅體碳匯有一定的作用。
　　(2)三種不同生態(tài)型(散生竹、混生竹和叢生竹)竹林干物質(zhì)竹葉中植硅體碳含量變化范圍為0.07%–0.42%。總體上,三種不同形態(tài)竹子竹葉干物質(zhì)中植硅體與植硅體碳含量都表現(xiàn)為:叢生竹≈混生竹>散生竹。三種不同生態(tài)型竹子竹葉中平均植硅體碳產(chǎn)生通量表現(xiàn)為:叢生竹(0.050 t CO2 ha–1yr–1)≈混生竹(0.049 t CO2 ha–1yr–1)>散生竹(0.038

6、 t CO2 ha–1yr–1)。這可能是由于三種不同形態(tài)竹子對Si的吸收能力不同引起的。目前,中國竹林植硅體每年可以固定CO2的量約為0.293 Tg,其中散生竹、混生竹和叢生竹分別貢獻(xiàn)75%、3%和22%。若以植硅體碳產(chǎn)生通量為0.18 t CO2 ha–1yr–1和擴(kuò)增后的竹林面積計(jì)算,那么到2050年全球竹林植硅體每年從大氣中固定CO2的量達(dá)到7.92 Tg。關(guān)于一些管理措施,例如施用巖粉和覆蓋有機(jī)物等對于竹林植硅體態(tài)碳固定的影

7、響仍然需要深入研究,從而提高竹林生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力,緩解大氣中CO2溫室氣體的濃度。
　　(3)對浙江省臨安市青山、安吉縣船壩、新昌縣巧英和大市聚4個(gè)地點(diǎn)的毛竹Phyllestachys pubescens竹葉中植硅體和植硅體態(tài)碳產(chǎn)生與累積的研究表明,毛竹竹葉中植硅體和植硅體碳含量總體上隨著竹齡的增長而升高。四個(gè)地區(qū)(青山、船壩、巧英和大市聚)毛竹干物質(zhì)竹葉中植硅體碳含量變化范圍是0.07%–0.20%,且在不同的巖性上表現(xiàn)為:花崗

8、閃長巖(0.20%)﹥花崗巖(0.16%)﹥玄武巖(0.13%)﹥頁巖(0.07%)。四個(gè)地區(qū)毛竹竹葉中植硅體碳產(chǎn)生通量的變化范圍是0.001–0.065 t CO2 ha-1yr-1,且在不同巖性上表現(xiàn)為:花崗閃長巖(0.065 t CO2 ha-1yr-1)﹥花崗巖(0.050 t CO2 ha-1yr-1)﹥玄武巖(0.040 t CO2 ha-1yr-1)﹥頁巖(0.023 t CO2 ha-1yr-1)。這可能與巖性和風(fēng)化程度

9、,以及母巖中 SiO2含量不同有關(guān)。根據(jù)毛竹在全國的覆蓋面積(4.8×106公頃),本研究估算毛竹植硅體每年能從大氣中固定0.005–0.311 Tg CO2。若以相同的植硅體固碳通量(0.065 t CO2 ha-1yr-1)和增長后的覆蓋面積(9.6×106公頃),到2050年中國的毛竹林植硅體每年可以從大氣中固定0.622 Tg CO2,可以有效的緩解大氣中CO2的排放。
　　(4)竹葉中植硅體碳含量與植硅體含量具有很強(qiáng)的正