草原植硅体封存碳潜力及其对不同利用方式的响应

发布时间：2020-05-24 20:48

【摘要】：自工业革命以来,大气二氧化碳(CO_2)浓度的持续升高和全球气候不断暖化,迫使世界各国政府和科学家们寻求固定大气CO_2的有效途径。陆地生态系统生物地球化学固碳被认为是最有希望的长期固碳途径,增加陆地生态系统中生物地球化学固碳正成为全球变化研究的一个重要方面。在植物固定的有机碳中,植硅体闭蓄有机碳,简称植硅体碳(PhytOC),可长期存留于土壤,对减缓大气CO_2浓度增加具有重要意义。草原生态系统面积辽阔,增碳潜力巨大,但对草原植硅体固碳潜力的研究目前只有依据植物地上净初级生产力而做的估算,地下部分完全忽略;不同草地利用方式对植硅体碳生产的影响尚无研究;不同类型草原由于植被组成、地上净初级生产力和地下净初级生产力不同,也会造成植硅体碳生产潜力不同,但是相关研究的报道极少见。基于草原地下净初级生产力是地上净初级生产力约十倍的事实和人为利用对草原植物组成和初级生产力的影响以及我国草原类型复杂多样,我们推测草原植物地下生产是植硅体碳生产的主要部分,并且草原利用将降低植硅体碳的生产,以及由于荒漠草原植物水分利用效率高于偏湿润草原植物,及净初级生产力偏低,我们推测不同类型草原植硅体碳生产通量为荒漠草原典型草原(偏干旱型)典型草原(偏湿润型)。因此本论文选择内蒙古草原为研究对象,测定在天然状态下草原优势植物地上与地下生产力及其植硅体碳含量,计算草原植硅体碳生产通量,通过测定典型草原不同利用方式草地植硅体的封碳潜力,以及对比不同类型草原植硅体碳的生产通量,为草原植硅体碳汇计算和草原增碳措施制定提供理论依据。本研究以内蒙古不同类型草原和不同草原利用方式下植物群落主要优势植物为研究对象,计算其植硅体碳含量,并研究植硅体在不同植物、不同部位的积累特征与分布规律,进而估算草原植物群落地上和地下植硅体碳生产通量。主要研究结论如下:1)典型草原天然植物群落主要植物种地下部分的植硅体碳含量(0.67 g kg~(-1))显著高于地上部分的植硅体碳含量(0.20 g kg~(-1))(p0.05),并且植物群落地下净初级生产力(BNPP)是地上净初级生产力(ANPP)的8-15倍。因此,地下生物量植硅体碳储量(12.50 kg ha~(-1))是地上生物量植硅体碳储量(0.31 kg ha~(-1))的40倍左右,地下部分植硅体碳生产速率为8.1-15.8 kg ha~(-1) yr~(-1),是地上部分植硅体碳生产速率的25-51倍。因此,典型草原生态系统的地下净初级生产力在植硅体碳生产中起着主要作用。2)通过测定典型草原不同利用方式(放牧、长期围封、短期围封和割草)草地植物群落生物量和优势植物植硅体碳含量,我们发现不同利用方式草地植物群落地上和地下植硅体碳含量变化范围分别为0.08-0.20 g kg~(-1)和0.18-0.66 g kg~(-1),但草原家畜放牧和割草草地的植物群落地上生物量有减少的趋势,而地下生物量都有增加的趋势,与围封相比,草原家畜放牧和割草利用并未降低草原植硅体碳生产。3)三种草原类型植物植硅体含量和植硅体碳含量的变化范围为4.23-126.01g kg~(-1)和0.23-3.63 g kg~(-1),植硅体封存有机碳的变化范围为0.66-28.96%,并且藜科、菊科及豆科等植物植硅体封存有机碳含量显著高于禾本科和莎草科植物(p0.05)。不同草原类型气候及植被组成不同,气候较干旱及土壤pH值较低的草原植物群落植硅体碳含量较高,但是较干旱的草原净初级生产力低于较湿润的草原类型,导致不同草原类型植硅体碳生产通量为荒漠草原典型草原(偏干旱型)典型草原(偏湿润型),草原植物植硅体碳生产潜力受不同草原类型的影响较大。本研究估测的草原植硅体封存碳潜力要比之前仅依据地上净初级生产力(ANPP)估测的植硅体封存碳潜力要大一个数量级。本研究建议需要进行更多有关植硅体含量和植硅体碳含量在植物地上和地下的分布及生产的研究,以更准确量化植物植硅体碳的生产。
【图文】：

分布图,地理位置,分布图,草地生态学

12图 2.1 研究区地理位置分布图Fig 2.1 Location map of the study region and spatial distribution 9 月，以内蒙古锡林郭勒典型草原为研究对象进行样品采集林浩特市东北方向 55km 处的内蒙古大学草地生态学研究基地标为 44 101′N-44°128′N 和 116 101′E-116 127′E，气候为温带均气温为 2.6℃，冬季寒冷，平均气温为-19.03℃，夏季温凉38℃。年平均降水量为 270mm，一年内降水量变化较大，变化，并且夏季 6 月至 8 月降水量占全年降水量的 60-80%左右。

植硅体,碳含量,生物量,枝叶

23 典型草原优势种不同部位植硅体含量（A：植硅体含量/生物量，g kg-1）量（B：植硅体碳含量/生物量，g kg-1），，地上枝条：地上枝叶部分；地下地表土壤中的茎秆和分蘖部分；地下根系：包括地下根状茎。平均值：7的植硅体含量和植硅体碳含量平均值。 3.1 Phytolith concentration (A: phytolith/dry biomass) and phytolith-occludedn concentration (B: phytOC/dry biomass) in different parts of major plant spec steppe on the Mongolian Plateau. Shoots - the aboveground shoots; Stumps - t buried below the soil surface; Roots - including rhizomes; Average - mean of concentration and PhytOC concentration of seven species.
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S812

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