草地生態(tài)系統(tǒng)植硅體碳匯及其控制機制.pdf

1、植硅體(phytolith)是在植物根-莖-葉系統(tǒng)細胞內(nèi)或細胞組織間硅化而形成的非晶質(zhì)二氧化硅，常包裹約1％~6%的有機碳(phytolith-occluded carbon,PhytOC)，即植硅體碳。植硅體碳在植硅體堅硬外殼的保護下，可以在土壤和沉積物中保存幾千年。我國草地面積約占全國陸地總面積的三分之一。由于草地生態(tài)系統(tǒng)具有分布面積廣和植硅體含量高等特點，其植硅體碳匯潛力非常巨大。因此了解草地生態(tài)系統(tǒng)植硅體碳匯的潛力及調(diào)控機制是非

2、常有意義的。
　　本文選取了濕地、退化草地和不同生境中狗尾草進行研究。采集草地土壤和草地植物地上部分。利用偏硼酸鋰熔融法、微波消解法和Walkley-black消解法，測試和分析植物中的硅素（SiO2）含量、植硅體含量以及植硅體碳含量的變化特征，探索濕地生態(tài)系統(tǒng)植硅體含量及植硅體碳匯的季節(jié)變化特征，退化草地生態(tài)系統(tǒng)植硅體含量及碳匯潛力對氮肥施用的響應，以及不同生境類型中狗尾草硅素分布特征。為草地生態(tài)系統(tǒng)植硅體碳匯的調(diào)控機制研究提供

3、科學參考。
　　(1)對濕地不同植物組織中植硅體和植硅體碳季節(jié)變化的研究表明，從五月份到十月份濕地植物各組織植硅體和植硅體碳含量：葉>莖和葉鞘>葉。不同植物組織中的植硅體含量在七月份達到最大值，之后隨時間變化含量逐漸降低。植硅體含碳量和植硅體碳含量總體上呈生長初期大于末期。不同植物組織中植硅體和植硅體碳含量的季節(jié)性規(guī)律表明，隨著植物的生長發(fā)育，植物組織內(nèi)phytolith-Si可能具有向植物根部或者土壤中進行“營養(yǎng)回流”的特點。因

4、此，結(jié)合環(huán)境和經(jīng)濟效益，合理的濕地管理措施（如選擇適宜的濕地植物收割時間）可以有效提高濕地的植硅體碳匯潛力。
　　(2)對不同氮肥施用水平下退化草地植硅體含量變化特征的研究發(fā)現(xiàn)，氮肥施加可以顯著地影響植物植硅體含量（0.98%~2.94%）。在施肥處理10g N m–2year-1和20g N m–2year-1水平下，植物植硅體含量相對于對照處理0g N m–2year-1變化不大，在施肥處理30g N m–2year-1和50

5、g N m–2year-1水平下植硅體含量急劇下降。雖然低氮水平下施肥處理對植物植硅體含量影響較弱，但對植硅體含碳量和植硅體碳含量有顯著的影響，在施肥處理20g N m–2year-1水平下分別達到最高值4.36%和0.11%。此外，氮肥施加可以提高草地的植硅體碳產(chǎn)生通量，變化范圍在0.003~0.021t CO2ha-1year-1之間，在20g N m–2year-1處理下，植硅體碳產(chǎn)生通量最高。更有意義的是，氮肥施加對退化草地植物

6、植硅體碳匯量產(chǎn)生了700%的增長率。如果中國有一半的退化草地采用施加氮肥的措施進行退化修復，即使其植硅體碳產(chǎn)生通量只達到本研究中增長率的一半（350%），那么中國退化草地植硅體碳匯潛力仍可以提高60%。這一研究表明，氮肥施加不僅僅是修復退化草地的有效措施，同時也可以有效地提高退化草地植硅體碳匯潛力，從而間接地緩解全球氣候變暖。
　　(3)在對不同生境下狗尾草硅素含量變化的研究中發(fā)現(xiàn)，依據(jù)狗尾草硅素含量和地上凈初級生產(chǎn)力，計算得到不