内蒙古典型草原优势植物植硅体碳积累与环境关系的研究

发布时间：2020-06-01 10:54

【摘要】：植硅体是植物吸收的硅酸盐在细胞壁和细胞间隙内沉淀形成的二氧化硅颗粒。在植硅体形成过程中会封存1%-6%有机碳,即植硅体碳(PhytOC)。由于植硅体耐高温、抗腐蚀,植硅体碳在土壤和沉积物中可存在千年以上,植硅体碳被认为是重要的生物地球化学碳汇机制,对减缓气候暖化具有重要意义。草原生态系统分布广阔,草原禾本科和莎草科植物富集硅(Si),植硅体碳含量高。我们以内蒙古典型草原为对象,通过采集不同环境中草地优势植物地上部分和土壤样品,测定植物中植硅体含量和植硅体碳含量,以及土壤有效硅含量和其它理化特征。研究不同环境条件下草原优势植物的植硅体封碳能力,为认识草原植硅体累积的环境条件和机制、更准确估算草原植硅体碳汇潜力提供依据。(1)采集于玄武岩和花岗岩母岩区域的草原植物研究表明,玄武岩为母岩的土壤有效硅含量高,但花岗岩区域采集的大针茅植硅体含量显著高于玄武岩区域。总体考虑测定的所有植物,我们没有检测到花岗岩和玄武岩母质区域草原植物在植硅体或植硅体碳含量的显著差异。(2)不同灌溉水平(天然降雨CK、增雨25%T1、增雨50%T2)下草原优势植物植硅体及植硅体碳含量测定结果显示,增水(T2)显著增加植硅体含量(相对于CK),说明增水对植物蒸腾用水的促进大于对植物地上生物量积累的促进,因而增加植硅体含量。(3)植物生长季(6月、7月、8月)放牧草原优势植物的植硅体和植硅体碳的含量逐步增加,如羊草、大针茅的植硅体含量在8月都显著高于7月(P0.05)。说明草原植硅体碳汇潜力研究的植物样品应该在植物基本完成生长后采集测定,早期取样会低估。同时,大针茅和糙隐子草家畜采食部分(模拟采集6cm高度以上植物部分)的植硅体碳含量显著高于围封条件整株植物的植硅体碳含量,植硅体封存有机碳在动物采食后的去处是估算草原植硅体碳汇的重要部分,需要进一步研究。所有环境条件下植物植硅体含量和植硅体碳含量存在极显著的正相关关系(P0.01);说明增加草原植物硅吸收和植硅体含量的措施能够促进植硅体固碳潜力。本研究加深了不同环境条件下草原植硅体和植硅体碳积累规律的认识,对于估算草原植硅体长期固碳潜力,以及为此目标的植物取样方法设计提供了依据。
【图文】：

地质图,锡林浩特市,取样区,实验区

图 3.1 实验区域 10 个采样点Fig.3.1 10 Study area and the 10 sites for plant and soil sampling in two geological regions(A 内蒙古 Inner Mongolia;B 锡林浩特市 Xilinhot; C 取样区域 sampling area)研究地区位于内蒙古锡林浩特市东南部约 50 km 的白音锡勒牧场境内。地质图显示(图 3.1)，该区域西部为玄武岩母质区，是基性喷出岩，经内蒙古的矿产研究所鉴定其属于第三次火山喷发后形成的岩石，其二氧化硅含量在45.63%-51.04%范围内；东部区域为花岗岩母质区，是深层侵入岩，岩石类型为弱蚀变斑岩，其二氧化硅含量在 72.04%范围内。该研究区域气候属于温带大陆性季风性气候，，年平均气温为 0.7 ℃，最热月平均温度为 22.6 ℃，最冷月平均温度为-19.0 ℃，年降雨量是 280.5 mm-450 mm；地带性植被为温带典型草原，主要优势植物有羊草、大针茅、糙隐子草和冰草(Agropyron cristatum)等，伴生种为黄囊苔草(Carex korshinskyi )。土壤类型为暗栗钙土。分别在玄武岩母质区域草原和花岗岩母质区域草原每隔 10 km 选取实验样

地质区域,草原植物,土壤含水量,花岗岩区

图 3.2 两种地质区域草原植物地上生物量(A)、土壤含水量(B)、pH(C)和有机碳 TOC(D)之间的比较。Fig.3.2 Comparison of aboveground biomass(A), moisture content of soil(B), pH(C) and totalcarbon content between two grassland areas with different geological conditions图 3.3.A 和图 3.3.B 中给出两种地质区域土壤容重和土壤有效硅含量。玄武岩和花岗岩区域土壤容重分别为 1.35±0.02 g·cm-3、1.45±0.07 g·cm-3，二者没有显著差异(P>0.05)；玄武岩区域土壤有效硅含量为 0.13±0.00 g·kg-1，有高于花岗岩区域(0.11±0.00 g·kg-1)的趋势(P=0.057)。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S812

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