中国北方草地土壤植硅体碳累积及其影响因素研究

发布时间：2020-10-02 10:34

　　植硅体(phytolith)形成过程中,通常会包裹一部分有机碳(约0.1~6%),这部分被植硅体包裹的有机碳被称为植硅体碳(phytolith-occluded carbon,Phyt OC)。植硅体碳汇是一种长期稳定的生物地球化学碳汇机制,在减少全球大气二氧化碳浓度和全球碳汇中发挥着重要作用。草地作为我国重要的陆地生态系统之一,具有面积广、地表净初级生产力(ANPP)高和硅(Si)富集能力强等特点。同时,草地也是遭受人类干扰最严重的生态系统之一,其中最具代表性的现象就是草地退化。本研究选取中国北方不同类型草地、不同退化程度草地和由草地改造成的林地为研究对象,采用湿法氧化法和重液悬浮法提取土壤中的植硅体,利用重铬酸钾氧化法来测定土壤植硅体中碳的含量,研究草地类型、草地退化和土地利用方式转变对土壤中植硅体及植硅体碳的分布和积累的影响,阐明影响土壤植硅体稳定性的因素,探讨合理可行的草地管理措施以增加草地生态系统的植硅体碳汇量,为草地生态系统的生物地球化学碳汇及其调控机制提供一定的科学参考。通过以上的研究,得出如下三个方面的主要结论:(1)研究发现,典型草地、草甸草地和草甸三种不同草地类型土壤植硅体储量从高到低依次为:草甸土壤(33.44±0.91 t ha 1)草甸草地(26.8±0.98 t ha 1)典型草地(21.19±4.91 t ha 1),这与其地表凋落物植硅体归还通量的趋势相一致。典型草地、草甸草地和草甸土壤中(0 60 cm)的植硅体碳储量存在明显差异,分别为0.23±0.02、0.29±0.02和0.39±0.01 t ha 1。典型草地、草甸草地和草甸土壤植硅体的周转时间分别为665年、529年和607年。研究结果表明草地凋落物植硅体归还通量对土壤中植硅体及植硅体碳的储量有显著的影响;土壤植硅体的相对稳定性依次为:典型草甸草甸草甸草地,草地土壤植硅体的稳定性可能受不同草地类型的影响;气候和土壤环境通过影响土壤植硅体的稳定性,进而影响植硅体碳在土壤中的积累量。(2)对四种不同退化程度草地土壤中植硅体及植硅体碳的研究发现:四种不同退化程度草地土壤中植硅体和植硅体碳的储量按以下顺序呈显著递减趋势:轻度退化草地未退化草地≈中度退化草地重度退化草地。土壤植硅体储量和植硅体碳储量在未退化、轻度、中度和重度退化草地分别为12.97±2.15、15.90±0.65、14.35±0.79、13.22±1.07 t ha 1和0.11±0.02、0.16±0.02、0.12±0.01、0.07±0.01 t ha 1。草地退化使轻度退化草地、中度退化草地和重度退化草地植物植硅体碳产生通量分别减少35%,50%和56%。人为干扰,尤其是放牧和收割,是影响中国退化草地植硅体和植硅体碳储量的主要因素。退化草地的恢复不仅能遏制草地生态环境的恶化,而且将大大增加植硅体碳汇的潜力,提高退化草地在减缓全球气候变化方面发挥的作用。(3)对草地和林地土壤植硅体和植硅体碳的对比研究发现,土壤植硅体储量(0 60 cm)在草地中为48.55±3.97 t ha 1,显著高于林地土壤(21.20±8.82 t ha 1)。同样,草地中土壤植硅体碳的储量(0.23±0.03 t ha 1)也显著高于林地(0.16±0.01 t ha 1)。草地造林带来的土地利用方式转变会造成土壤植硅体碳汇量降低。土地利用方式转变对草地生态系统硅循环产生一定的影响。
【学位单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S812.2
【部分图文】：

植硅体,阔叶木,裸子植物,禾本科植物

图 1.1(a)禾本科植物、(b)裸子植物、(c)阔叶木本植物中植硅体的形状1 The shapes of phytolith in (a) Poaceae, (b) gymnosperms and (c) broadleaf图 1.2 植硅体包裹碳过程的假设模型[5, 19]Fig. 1.2 A hypothetical model on the phytolith-occluded carbon formati体碳的化学组成及其稳定性碳主要成分是碳水化合物、脂类物质、木质素和糖蛋白[13, 20, 21

植硅体,过程

图 1.2 植硅体包裹碳过程的假设模型[5, 19]Fig. 1.2 A hypothetical model on the phytolith-occluded carbon formati体碳的化学组成及其稳定性碳主要成分是碳水化合物、脂类物质、木质素和糖蛋白[13, 20, 21中其他形式的有机碳，由于受到植硅体外壳的保护，植硅体碳中保存千年甚至万年之久[7, 22]。Parr 等[7]通过对土壤中植硅体可以在古土壤中保存 8000 年。Wilding 等[22]报道了植硅体碳存 13300 年。此外，对土壤有机碳的研究发现，经过 2000 多含量占到土壤原总有机碳含量的 82%[7]。因此，植硅体碳汇作地球化学碳汇机制引起了人们的重视[10]。植硅体碳稳定性的因素碳受植硅体外壳的保护可以长时间保存在土壤中，其稳定性取土壤中植硅体的生物地球化学稳定性受多种因素影响。Alexa

植硅体,碳汇,农作物,通量

中国北方草地土壤植硅体碳累积及其影响因素研究表 1.1 中国主要农作物植硅体碳产生通量和产生速率able 1.1 The production flux and rate of PhytOC in main arable crops in Ch类型种植面积植硅体碳含量植硅体碳产生通量植硅体碳产(106ha) (g kg 1) (kg CO2ha 1yr 1) (106t CO2谷 30.1 2.5 67.8 2.04麦 24.3 1.6 37.5 0.91米 33.5 1.6 44.4 1.49谷类 6.2 1.7 14.4 0.09类 10.7 0.2 1.9 0.02类 8.9 0.2 1.5 0.01作物 13.9 0.8 2.9 0.04花 5.0 0.2 16.9 0.08蔗 1.9 2.5 96.0 0.19于[35]。

【参考文献】