中国重要散生竹地下鞭根系统植硅体碳汇研究

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植硅体(Phytolith)是沉淀在植物细胞壁、细胞腔或者细胞间隙的无定形硅(SiO2·nH2O)。植硅体形成过程中包裹了一定量的有机碳(0.1%6%),即植硅体封存有机碳(Phytolith-occluded organic carbon),简称植硅体碳(PhytOC)。植硅体碳是一种能够长期稳定存在的有机碳库,是全球碳汇的重要组成部分。竹类植物作为禾本科中典型的硅富集植物,在全球分布约有3.20×107 hm2,是一种十分重要的森林资源类型。据统计,目前中国竹林面积约为6.73×106 hm2,其中散生竹占竹林总面积的85%以上。竹类植物不仅具有很强的硅富集能力,而且具有生长迅速、生物量大的特点。近年来,有关竹林植硅体碳的研究取得了一系列的进展,但研究主要集中于竹类植物地上部分各器官,地下鞭根系统植硅体碳储量研究缺乏。本研究选取中国分布面积最广的8种散生竹地下部为研究对象,于典型分布区分别采集竹鞭与不同年龄的竹篼,测定其植硅体及植硅体封存碳的含量。采用微波消解法提取植物样品中的植硅体,PhytOC含量的测定使用碱溶分光光度法,主要的结果和结论如下:(1)散生竹地下部分生物量(竹鞭、竹篼)占到植株总生物量的39.41%,其中高节竹占比最高,达到74.91%,雷竹、苦竹和淡竹其次,占比接近50%。散生竹地下部拥有巨大的生物量,碳汇潜力不容忽视。(2)散生竹不同竹种地下部分植硅体和植硅体碳含量之间存在较大差异,植硅体含量波动在20.3045.62 g·kg-1,植硅体含量的顺序为:雷竹>淡竹>石竹>水竹>茶竿竹>高节竹>毛竹>苦竹,植硅体碳含量波动在0.481.77 g·kg-1,不同散生竹顺序为:雷竹>毛竹≈水竹>苦竹>淡竹>茶竿竹>石竹>高节竹。(3)8种散生竹地下部分植硅体和植硅体碳的储量主要积累在竹鞭中。不同竹种竹鞭中植硅体碳储量占地下部总储量的69.48%99.45%,除水竹外,其余7种竹种竹鞭植硅体碳储量在地下部总储量的占比均在80%以上,其中毛竹、高节竹、茶竿竹和淡竹达到95%以上。(4)散生竹地下部植物碳储量占其植株总植硅体碳储量的5.55%56.76%,平均占比高于23.36%。不同散生竹地下部植硅体碳储量之间差异巨大,其中毛竹占8种散生竹地下部总储量的94.84%。假设以这8种竹种地下部分植硅体碳储量平均值(14.60 kg·hm-2)作为全国散生竹地下部分植硅体碳平均储量,那么中国散生竹地下部分植硅体碳总储量将达1.01×105 t,相当于封存3.69×105 t的CO2。(5)雷竹鞭生物量整体呈现随林龄而增加的趋势;雷竹鞭中硅含量和植硅体含量在第2年达到较高水平,第3年与第2年相比显著降低;植硅体封存碳和植硅体碳含量在不同林龄之间无显著差异。硅储量和植硅体储量在不同林龄之间没有显著差异。由于3年生竹鞭植硅体封存碳能力强,且生物量高,所以3年生雷竹林竹鞭植硅体碳储量最高。研究结果表明,散生竹地下部是一个不可忽视的植硅体碳库,在竹林生态系统植硅体碳汇的研究中不可忽略。
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