母岩与竹龄对毛竹林植硅体碳的影响研究

发布时间：2020-05-07 18:43

【摘要】：植硅体是高等植物根系通过主动或被动方式吸收土壤中的可溶性单硅酸(H4SiO4),在植物细胞壁、内腔和细胞间隙沉淀形成的非晶质二氧化硅矿物。植硅体形成过程中被包裹于植硅体内的有机碳被称为植硅体碳(phytolith-occluded carbon,PhytOC),由于植硅体具有耐高温、抗分解等特性,植硅体碳可在土壤中积累、保存数千年甚至上万年之久。因此,植硅体碳被认为是增加土壤长期稳定性碳封存的重要途径之一。毛竹是典型的硅超富集禾本科植物,广泛分布于长江流域以及南方各省,是我国分布最广,面积最大的竹种,具有生长速度快、生物量大、生态效益显著等特点,并且具有较高的植硅体积累能力,是一个巨大的植硅体碳汇库。开展母岩与竹龄对毛竹林生态系统植硅体、植硅体碳的影响研究,探讨影响植物生态系统植硅体、植硅体碳产生及稳定性的因素,可为估测森林生态系统植硅体碳汇潜力提供理论依据。本文研究了不同母岩类型(花岗岩、砂页岩、凝灰岩)和不同竹龄(1年生、3年生)条件下毛竹林生态系统不同器官及土壤的植硅体、植硅体碳积累和空间分布特性,同时对不同母岩发育土壤上毛竹林生态系统的植硅体碳储量进行了估算。本研究选取种植在发育于不同母岩(花岗岩、砂页岩、凝灰岩)土壤上的毛竹林作为研究对象,并采集不同竹龄(1年和3年)的毛竹植株上的不同器官样品和0~10cm、10~30 cm、30~60 cm、60~100 cm土层的土样。植物和土壤样品中的植硅体采用微波消解方法提取,而PhytOC含量则采用碱性溶液法测定。主要结果和结论如下:1.母岩与竹龄对毛竹竹叶中硅、植硅体、干物质植硅体碳含量均有显著影响。不同母岩发育土壤上竹叶中植硅体和干物质植硅体碳的平均含量分别按如下顺序递减:花岗岩(105.81 g·kg~(-1))砂页岩(93.50 g·kg~(-1))凝灰岩(59.40 g·kg~(-1))和花岗岩(6.39g·kg~(-1))≈砂页岩(6.37 g·kg~(-1))凝灰岩(3.33 g·kg~(-1))。竹叶中植硅体、植硅体碳、干物质植硅体碳含量在不同竹龄间均为3年生1年生。母岩对3年生竹叶中硅和植硅体含量有显著影响,其大小顺序为砂页岩花岗岩凝灰岩。2.毛竹不同器官中植硅体、植硅体碳、干物质植硅体碳含量间均存在显著差异:不同器官间植硅体含量依次表现为叶(59.40~105.82 g·kg~(-1))枝(14.40~17.60 g·kg~(-1))茎(0.92~1.36 g·kg~(-1));毛竹不同器官中的干物质植硅体碳含量按如下顺序递减:叶枝茎,而植硅体中碳的含量变化规律恰好相反,为茎枝叶。毛竹叶、枝、茎中硅和植硅体含量,在不同竹龄均表现为3年生1年生;而植硅体中碳的含量表现出与硅和植硅体相反的规律,均表现为1年生3年生。3.不同母岩发育土壤中的植硅体含量在剖面中的分布差异较大,花岗岩发育土壤上大致表现为随土层的不断加深而逐渐减少;砂页岩与凝灰岩发育土壤上植硅体剖面变异则并未随土层的加深而逐渐降低,在30~60 cm以及60~100 cm土层却出现略有增加的趋势。0~10 cm表层土中植硅体含量在三种母岩之间差异显著,变化范围为29.06~63.17 g·kg~(-1)。3种母岩发育土壤植硅体碳的含量在剖面中均表现出随土层深度的增加而逐渐降低的趋势;PhytOC/TOC则随土层深度的增加而逐渐增大。4、不同母岩发育土壤上的毛竹林生态系统中植硅体碳总储量表现为花岗岩(1814.30 kg·ha-1)砂页岩(1274.19 kg·ha-1)凝灰岩(881.79 kg·ha-1)。整个生态系统各组分中的植硅体碳储量,均以土壤所占比例最大,变化范围为94.26%~97.66%。不同母岩发育土壤上毛竹生态系统各部分植硅体碳储量大小依次表现为土壤(831.15~1771.78 kg·ha-1)叶(15.19~24.03 kg·ha-1)茎(16.85~18.37 kg·ha-1)枝(6.43~13.31 kg·ha-1)。5.土壤和毛竹不同器官中的植硅体含量、植硅体碳含量和硅含量之间的相关性研究显示:竹叶中植硅体含量或干物质植硅体碳含量与硅含量之间均有显著的正相关;毛竹竹叶和竹枝中植硅体中碳的含量与植硅体含量间均无显著相关关系;对发育不同母岩土壤上种植的毛竹,其竹枝和竹茎中植硅体含量与硅含量之间大多无显著的相关性;竹枝、竹茎中干物质植硅体碳含量与植硅体含量之间均有显著正相关;土壤中植硅体含量与硅含量之间无显著的相关性,但毛竹竹叶中植硅体含量与土壤硅含量之间存在显著的正相关;土壤植硅体碳储量与土壤植硅体含量之间存在显著的正相关。基于上述研究结果可以得出如下结论:(1)毛竹不同器官中硅、植硅体及干物质植硅体碳含量存在显著性差异归因于发育于不同母岩土壤的硅含量的不同;(2)毛竹不同器官中干物质植硅体碳含量和硅之间以及土壤中植硅体含量与竹叶硅含量之间存在显著的相关性说明,选择高硅含量的土壤和高PhytOC含量的植物种植可以为不同农业生态系统中提高陆地长期封存碳汇提供机会。
【图文】：

植硅体,竹叶,毛竹林,母岩

凝灰岩的2倍，1年生毛竹竹叶中植硅体含量数值上表现为花岗岩>砂页岩>凝灰岩（图4.1）。图4.1 不同母岩发育土壤上的毛竹林竹叶Si和植硅体含量Fig.4.1 The contents of Si and phytolith in the leaves from Moso bamboo stands on the soils derivefrom different parent rocks注a：不同小写字母表示同一竹龄不同母岩之间的差异达到显著水平（P<0.05）双因素方差分析结果显示（表4.2），母岩与竹龄对竹叶中硅的含量和植硅体含量，均存在显著影响，且对竹叶中硅含量与植硅体含量的影响，，母岩与竹龄二者交互作用均达显著水平。不同岩性土壤的毛竹林竹叶中硅的平均含量大小顺序为花岗岩(33.19 g·kg-1)>砂页岩(32.64 g·kg-1)>凝灰岩(24.51 g·kg-1)，不同母岩类型发育的毛竹林竹叶中植硅体平均含量大小依次为花岗岩（105.81 g·kg-1）>砂页岩(93.50 g·kg-1)>凝灰岩(59.40 g·kg-1)。均表现为花岗岩和砂页岩显著高于凝灰岩。

植硅体,竹叶,Si含量,相关性

(g·kg-1)(g·kg-1)(g·kg-1)母岩类型Parent rock< 0.01** 0.215 < 0.01** 0.022*竹龄Bamboo age< 0.01** 0.646 0.032* < 0.01**母岩类型×竹龄Reciprocal action< 0.01** 0.048* 0.866 0.018*注 a：*P<0.05; **P<0.01相关性分析结果表明（图 4.2），毛竹竹叶中硅含量与植硅体含量，在发育于三种母岩土壤上生长的毛竹林中均存在显著正相关关系；而不同竹龄竹叶中硅与植硅体含量之间的相关关系略有不同，3 年生毛竹竹叶中硅含量与植硅体含量之间存在极显著正相关关系，而在 1 年生毛竹竹叶中二者之间并无显著相关性。
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S795.7

【参考文献】