典型麻竹林土壤植硅體碳的空間異質(zhì)性特征*

張金林 傅偉軍 周秀峰 尹 帥 吳家森 姜培坤? 楊 杰 鄭 蓉

（1 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室，浙江臨安 311300）

（2 福建省林業(yè)科學(xué)研究院， 福州 350012）

典型麻竹林土壤植硅體碳的空間異質(zhì)性特征*

張金林1傅偉軍1周秀峰1尹 帥1吳家森1姜培坤1?楊 杰1鄭 蓉2

（1 浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室，浙江臨安 311300）

（2 福建省林業(yè)科學(xué)研究院， 福州 350012）

土壤植硅體碳（Phytolith Occluded Organic Carbon， PhytOC）是土壤穩(wěn)定性碳庫的重要來源之一，對于增強土壤碳匯，維持全球CO2平衡具有重要意義。為了了解土壤植硅體碳的空間分布，基于地統(tǒng)計學(xué)方法，結(jié)合ArcGIS 10.0空間分析軟件，分析典型麻竹主產(chǎn)區(qū)——福建南靖縣麻竹林不同土層的土壤植硅體碳的空間變異性。結(jié)果表明：南靖縣麻竹土壤植硅體碳平均含量介于0.30～0.75 g kg-1之間，變異系數(shù)介于80.38%～87.46%，表現(xiàn)為中等程度的變異性；地統(tǒng)計分析得出塊基比介于8.7%～74.9%，有較強的空間自相關(guān)性，且參數(shù)比均較小，模型擬合度較好；0～100 cm土層土壤植硅體碳平均儲量為4.23 t hm-2；土壤植硅體碳含量隨土壤剖面深度的增加而降低，土壤植硅體碳、土壤植硅體和土壤全硅的空間分布圖較為相似，它們之間也呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（p＜0.01）。樣地的竹林年齡與表層的土壤植硅體碳呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）。樣地的海拔與表層的土壤植硅體碳呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）。

麻竹；地統(tǒng)計學(xué)；植硅體碳；空間變異

植硅體（Phytolith）又稱植物蛋白石，是植物在生長過程中，植物體通過根部吸收土壤溶液中的可溶性單硅酸（H4SiO4），最終以無定形硅形態(tài)（SiO2·nH2O）存在于植物的細(xì)胞壁、細(xì)胞腔及細(xì)胞間隙內(nèi)的水合物［1-2］。植硅體在硅化的這一過程中，常伴有少量的有機碳被包裹在內(nèi)，被稱為植硅體閉蓄有機碳，即植硅體碳（Phytolith Occluded Organic Carbon， PhytOC）［3-5］。由于植硅體具有超強的耐高溫、抗氧化及抗分解等特性，使得植硅體碳可以在植硅體這層堅硬外殼的保護(hù)下存于土壤以及沉積物中高達(dá)上萬年之久［6］。因此，植硅體碳也是土壤穩(wěn)定性碳庫的重要來源之一，對于增強土壤碳匯，維持全球CO2平衡具有重要意義，近年來受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注［7-9］。

由于森林植被生長和分布的不均勻以及土壤立地存在的差異（如海拔、坡度、坡向和土壤理化性質(zhì)等），使得土壤植硅體碳含量存在一定的空間變異性。以往土壤植硅體碳的研究均是選取某種森林類型采集若干點來代表該種森林類型土壤植硅體碳儲量，這樣以點代面的研究方式可能存在巨大的誤差。如果對同種森林類型進(jìn)行大面積、多樣點土壤樣品采集，并結(jié)合地統(tǒng)計學(xué)和ArcGIS對土壤植硅體碳進(jìn)行空間變異研究，這樣可以減少以點代面帶來的研究誤差。

森林是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中起著重要的作用［10］。而在全球森林面積急劇下降的今天，竹林面積卻仍在增加，因此竹林是一個不斷增大的碳匯［11-12］。而麻竹（Dendrocalamus latiflorus Munro）是我國南方栽培最廣的竹種之一，南靖縣具有“中國麻竹之鄉(xiāng)”的美稱，是福建省最大的麻竹生產(chǎn)種植區(qū)，目前全縣種植麻竹10 200 hm2。為此，本文選取南靖縣麻竹林下土壤為研究對象，基于地統(tǒng)計學(xué)結(jié)合ArcGIS 10.0空間分析軟件，分析研究其不同土層的土壤植硅體碳的空間變異性，旨在為中國竹林生態(tài)系統(tǒng)的植硅體碳匯估測提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

南靖縣位于2 4°2 6′2 0″～2 4°5 9′5 8″N，117°0′12″～117°36′36″E，地處閩東南，屬于南亞熱季風(fēng)氣候，光照充足，雨量充沛，年均氣溫20.4～22.3℃，年均日照數(shù)1 831～1 946 h，年均降水量1 235～2 481 mm，年均無霜期為312 d。全縣整個地勢由西北向東南傾斜，地貌類型以丘陵為主，其次是中低山地，最后是臺地以及河谷平原，林業(yè)主要土壤類型是紅壤（濕潤富鐵土或淋溶土）和黃壤（常濕淋溶土或雛形土）。當(dāng)?shù)氐穆橹窳秩斯そ?jīng)營水平較高，每年春、秋各施肥1次，主要施用復(fù)合肥，平均施肥量為750 kg hm-2。林下僅有少量的肖梵天花（Urena lobata Linn）、鴨跖草（Commelina communis）等草本植物。

1.2 樣品采集

2014年10月，根據(jù)南靖縣森林經(jīng)營檔案、農(nóng)戶調(diào)查和野外實地考察，選擇南靖縣種植麻竹的6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行采樣。在南靖縣林業(yè)局專業(yè)工作人員的現(xiàn)場指導(dǎo)和確認(rèn)下，選取生長均勻并可以全面反映南靖縣麻竹林特點的代表性樣地100塊（圖1），同時建立20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，測量樣地內(nèi)的不同年齡的竹子的胸徑，砍伐一株與平均胸徑相同的竹子作為標(biāo)準(zhǔn)竹，并測量其株高。同時測量叢間距和記錄每叢麻竹株數(shù)。樣地設(shè)立典型土壤剖面，分別采集0～10 cm、10～30 cm、30～60 cm和60～100 cm土層的土樣，土壤容重的測定采用環(huán)刀法，同時記錄采樣點坐標(biāo)、海拔、坡度、坡向、種植年限等基礎(chǔ)信息。采回土樣在自然條件下風(fēng)干后，剔除礫石和根系后過2 mm篩備用，其中用于提取植硅體的土樣需過2 mm篩后再經(jīng)瑪瑙研缽磨細(xì)過0.154 mm篩。

1.3 分析方法

土壤p H采用酸度計法測定（水土比為2.5∶1.0）；土壤有效磷（Available Phosphorus，AP）采用Bary法測定；土壤有機質(zhì)（Soil Organic Carbon，SOC）采用重鉻酸鉀外加熱法測定；土壤堿解氮（Alkali-hydrolyzable Nitrogen，AN）采用堿解擴(kuò)散法測定；土壤全硅（Total Silicon，TSi）采用偏硼酸鋰熔融—乙酸緩沖液提取—鉬藍(lán)比色法測定［13］。

土壤中植硅體的提取采取微波消解法［14］，消解后，土壤中植硅體分離采用離心—重液浮選方法，依次用比重2.35和1.60的溴化鋅重液進(jìn)行兩次浮選除去雜質(zhì)［15］，從而提取出較純凈的植硅體。土壤植硅體碳的測定采用堿溶分光光度法［16］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

土壤剖面內(nèi)某一土層（i）的土壤植硅體碳儲量的計算公式如下：

式中，Y為第i層的土壤植硅體碳儲量（ t hm-2）；δi為第i層的礫石含量（直徑大于2 mm的礫石體積百分比）；PhytOCi為第i層的土壤植硅體碳含量（g kg-1）；ρi為第i層的土壤容重（g cm-3）；Hi為第i層的土層厚度（cm）。

采用加權(quán)平均法得到0～100 cm土層的土壤植硅體碳平均含量；采用Microsoft Excel 2013對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理；采用IBM Statistics SPSS 20.0進(jìn)行指標(biāo)描述性統(tǒng)計分析、Q-Q圖制作、正態(tài)檢驗、對數(shù)轉(zhuǎn)換和相關(guān)性分析；采用Vesper 和ArcGIS 10.0建立變異函數(shù)模型；最后采用ArcGIS 10.0進(jìn)行克里格空間插值和分布圖制作。

2 結(jié) 果

2.1 土壤植硅體碳含量的描述性統(tǒng)計特征

南靖縣麻竹各層土壤的植硅體碳含量的描述性統(tǒng)計結(jié)果（表1）表明：南靖縣麻竹0～100 cm土層的土壤植硅體碳平均含量為0.42 g kg-1，不同層次土壤植硅體碳平均含量介于0.30～0.75 g kg-1之間，且隨著土壤剖面深度的增加而降低。其中，0～10 cm土層的土壤植硅體碳平均含量最大，為0.75 g kg-1，60～100 cm土層的土壤植硅體碳平均含量最小，為0.30 g kg-1。0～10 cm、10～30 cm、30～60 cm、60～100 cm和0～100 cm土層的土壤植硅體碳含量的變異系數(shù)分別為80.38%、80.46%、84.94%、87.46%和80.97%，均小于1，表現(xiàn)為中等程度的變異性［17］。但其變異系數(shù)均較高，表明研究區(qū)可能受到一定的土地利用方式變化的影響。

麻竹各層土壤的植硅體碳含量的峰度和偏度偏高且原始數(shù)據(jù)K-S檢驗的p值均小于0.05，說明不符合正態(tài)分布（K-Sp＞0.05）。通過Q-Q圖也可以直觀地看出原始數(shù)據(jù)與期望正態(tài)線差異較大，不符合正態(tài)分布。因此需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換［18］。對各層土壤植硅體碳含量數(shù)據(jù)進(jìn)行自然對數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的峰度和偏度顯著降低，且K-S檢驗的p值均大于0.05，符合正態(tài)分布的要求。通過自然對數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)所作的Q-Q圖也可以看出圖中數(shù)據(jù)分布趨勢與期望正態(tài)線基本一致，滿足地統(tǒng)計學(xué)的分析要求，可以進(jìn)行半方差函數(shù)模型建模。

圖1 南靖縣樣點分布圖Fig. 1 Distribution of sampling sites in Nanjing County

表1 不同土層的植硅體碳含量的描述性統(tǒng)計Table 1 Descriptive statistics of PhytOC content relative to soil layer

2.2 土壤植硅體碳含量的擬合模型

采用地統(tǒng)計學(xué)方法，通過ArcGIS和Vesper軟件對自然對數(shù)轉(zhuǎn)換后的麻竹各層土壤的土壤植硅體碳含量進(jìn)行半方差函數(shù)擬合，選出最優(yōu)插值模型并驗證。0～10 cm土層的土壤植硅體碳含量符合高斯模型；10～30 cm、60～100 cm和0～100 cm土層的土壤植硅體碳含量符合指數(shù)模型；30～60 cm土層的土壤植硅體碳含量符合球狀模型。

塊金值與基臺值的比值也就是塊基比可以用來反映空間相關(guān)性程度，當(dāng)塊基比小于25%時，說明空間相關(guān)性的程度很高，當(dāng)塊基比大于25%且小于75%時，說明空間相關(guān)性的程度中等，當(dāng)塊基比大于75%時，說明空間相關(guān)性的程度很弱［19］。只有當(dāng)空間自相關(guān)性達(dá)到中等及以上的情況就說明結(jié)構(gòu)性因素是引起空間變異的主要因素，而不是隨機因素引起的，此時才可用ArcGIS10.0進(jìn)行克里格空間插值。從表2可知，0～10 cm和0～100 cm土層的土壤植硅體碳含量的塊基比分別為12.55%和8.73%，說明其均具有很好的空間相關(guān)性，由結(jié)構(gòu)因素引起的空間變異程度較由隨機因素引起的空間變異程度大。而10～30 cm、30～60 cm和60～100 cm土層的土壤植硅體碳含量的塊基比分別為28.39%、74.88%、28.41%，大于25%且小于75%，說明具有中等程度的相關(guān)性，由隨機因素引起的空間變異程度較由結(jié)構(gòu)因素引起的空間變異程度大。

在不同參數(shù)得出的模型中，符合以下標(biāo)準(zhǔn)的模型是最優(yōu)模型：標(biāo)準(zhǔn)平均值（MS）的絕對值接近于0，標(biāo)準(zhǔn)均方根預(yù)測誤差（RMSS）最接近于1，即參數(shù)比值（標(biāo)準(zhǔn)平均值的絕對值與標(biāo)準(zhǔn)均方根預(yù)測誤差的比值）越小，模型擬合越好［20］。由表2可知麻竹土壤表層各基本化學(xué)性質(zhì)和植硅體碳含量的參數(shù)比均很小，說明模型擬合度較好，采用克里格空間插值法比較合理。

表2 土壤植硅體碳含量的半方差函數(shù)理論模型參數(shù)和擬合檢驗參數(shù)Table 2 Parameters of semivariogram models and fitting test parameters of PhytOC content relative to soil layer

2.3 土壤植硅體碳含量的空間分布

根據(jù)表3中半方差函數(shù)模型及參數(shù)，并應(yīng)用ArcGIS10.0的地統(tǒng)計分析模塊，采用克里格空間插值法對麻竹土壤表層各基本化學(xué)性質(zhì)和植硅體碳含量進(jìn)行空間插值，得到麻竹各層土壤的植硅體碳含量的空間分布格局（圖2）。0～10 cm土層麻竹土壤植硅體碳含量顯著高于其他土層，其空間分布呈現(xiàn)成片中高值的相間。0～10 cm和10～30 cm土層麻竹土壤植硅體碳含量的空間分布較為相似，在金山鎮(zhèn)呈現(xiàn)明顯的帶狀分布，土壤植硅體碳含量由北至南逐漸增加；在龍山鎮(zhèn)、船場鎮(zhèn)和南坑鎮(zhèn)呈現(xiàn)成片中高值的相間分布，其含量分別介于0.60～3.09 g kg-1和0.43～1.31 g kg-1；在豐田鎮(zhèn)和山城鎮(zhèn)總體呈現(xiàn)一塊成片的中值區(qū)，其含量分別在0.60～0.87 g kg-1和0.33～0.60 g kg-1之間。30～60 cm和60～100 cm土層土壤植硅體碳含量較低，其中30～60 cm土層呈現(xiàn)塊狀相間分布，而60～100 cm土層呈現(xiàn)中低值成片的相間，塊狀或破碎狀的分布。0～100 cm土層的土壤植硅體碳含量分布結(jié)合了其他各土層的特點，但整體呈現(xiàn)土壤植硅體碳含量相對中等?？傮w而言土壤植硅體碳含量隨著土壤剖面深度的增加而降低，從0～10 cm至10～30 cm土層和10～30 cm至30～60 cm土層的降幅較大，底部兩個土層降幅較小。這主要是因為土壤植硅體和土壤植硅體碳主要來源于植物的凋落物，當(dāng)植物的殘體掉落后會在土壤表層形成凋落物層，凋落物經(jīng)過分解后首先進(jìn)入土壤表層，且植硅體不易被分解掉，可以長期保存在土壤中，植硅體就會在土壤表層中慢慢積累，因此土壤表層中的植硅體和土壤植硅體碳含量相對較高。而且有研究表明，在未受到外界擾動的土壤中，植硅體會在表層土壤中出現(xiàn)富集的現(xiàn)象［21］。但實際上在外界動物的擾動下和土壤侵蝕的作用下，且由于植硅體很小一般在20～200 μm的范圍內(nèi)［3］，在土壤表層富集的植硅體會通過土壤的孔隙慢慢向下進(jìn)行遷移。因而土壤剖面中的植硅體碳分布存在差異，且隨著土壤剖面深度的增加麻竹土壤植硅體碳含量在降低。

圖2 麻竹土壤植硅體碳含量空間分布圖Fig. 2 Distribution of PhytOC content for Dendrocalamus latiflorus Munro

2.4 不同土層植硅體碳儲量統(tǒng)計特征

南靖縣麻竹各層土壤植硅體碳儲量的描述性統(tǒng)計結(jié)果（表3）表明：南靖縣麻竹不同土層土壤的植硅體碳平均儲量介于0.72～4.23 t hm-2，且隨著土壤剖面深度的增加而增大。其中0～10 cm土層的土壤植硅體碳平均儲量為0.72 t hm-2，0～100 cm土層的土壤植硅體碳平均儲量為4.23 t hm-2，最小值僅占最大值的4.85%。南靖縣現(xiàn)在種植麻竹10 200 hm2，由此可估算出南靖縣麻竹0～100 cm土層的土壤植硅體碳總儲量達(dá)到4.31×104t，占土壤有機碳總儲量的3.90%，其中0～100 cm土層的土壤有機碳總儲量達(dá)到1.11×106t。

表3 不同土層土壤的植硅體碳儲量的描述性統(tǒng)計結(jié)果Table 3 Descriptive statistics of PhytOC stock relative to soil layer

3 討 論

3.1 麻竹土壤植硅體碳含量和儲量

由于土壤自身無法產(chǎn)生植硅體碳，因此土壤植硅體碳的積累主要受植物中的植硅體含量、植硅體自身生物地球化學(xué)穩(wěn)定性以及凋落物年輸入量的共同影響。項婷婷［22］對中國重要叢生竹生態(tài)系統(tǒng)植硅體碳匯進(jìn)行了研究，得出麻竹土壤0～10 cm、10～30 cm和30～60 cm土層植硅體碳的平均分別含量為0.120，0.035和0.024 g kg-1，遠(yuǎn)小于本研究在龍山鎮(zhèn)0～10 cm、10～30 cm和30～60 cm土層的植硅體碳平均含量的0.62，0.46和0.33 g kg-1，同時也遠(yuǎn)小于本研究在南靖全縣0～10 cm、10～30 cm和30～60 cm土層的植硅體碳平均含量的0.75，0.53和0.38 g kg-1，一方面是因為其采樣時間為一月份，而一月份麻竹生長較為緩慢，凋落物很少；氣溫較低，凋落物分解很慢。而本研究采樣時間為10月份，麻竹生長旺盛，凋落物較多；氣溫較高，土壤表層的凋落物分解較快，釋放大量植硅體碳進(jìn)入土壤。另一方面項婷婷研究中的位于南靖縣龍山鎮(zhèn)的樣地，其立竹密度為2 079株hm-2，遠(yuǎn)小于本研究在龍山鎮(zhèn)和全縣的立竹密度（分別為9 315和8 958株hm-2），說明其樣地的凋落物的年輸入量較小，導(dǎo)致進(jìn)入土壤的植硅體碳較少。龍山鎮(zhèn)是南靖縣麻竹分布最多的鎮(zhèn)，全鎮(zhèn)麻竹總面積達(dá)5 520 hm2，然而項婷婷的研究設(shè)置了4塊實驗樣地，也遠(yuǎn)小于本研究設(shè)置在龍山鎮(zhèn)的研究樣地數(shù)（33塊）和南靖全縣的樣地數(shù)。樣地數(shù)量上的明顯差異也是導(dǎo)致本研究與項婷婷研究植硅體碳含量差異的原因之一。因此，也表明要準(zhǔn)確估測某種森林類型土壤植硅體碳含量和儲量，應(yīng)采用大面積、多樣點同時結(jié)合地統(tǒng)計學(xué)的方法開展研究。

不同森林類型的土壤植硅體含量很大程度上受不同植物對植硅體積累能力的影響，土壤中的植硅體主要來源于植物體內(nèi)形成和積累的植硅體，然而不同植物對植硅體積累的能力不同，使得不同森林類型植物體內(nèi)的植硅體含量存在很大的差異。研究發(fā)現(xiàn)，被子植物積累植硅體的能力強于裸子植物，而被子植物中的單子葉植物積累植硅體的能力又要強于雙子葉植物，其中單子葉植物的禾本科植物積累植硅體的能力較強［23］。同時已經(jīng)有研究表明竹亞科的植物可以固定較多的植硅體碳且單位面積竹類植物植硅體碳封存能力遠(yuǎn)高于很多其他植物［24］。林維雷等［25］對浙江南部亞熱帶毛竹林、杉木林、針闊混交林、馬尾松林和闊葉林土壤植硅體碳的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)這五種森林類型0～100 cm土層植硅體碳儲量分別為5.138、3.562、2.810、2.191和2.146 t hm-2，比較本研究麻竹土壤0～100 cm土層植硅體碳儲量4.23 t hm-2的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)麻竹和毛竹的土壤植硅體碳儲量要高于杉木林、針闊混交林、馬尾松林和闊葉林土壤，主要是因為麻竹和毛竹均屬于禾本科單子葉植物，它們形成和積累植硅體的能力較強，植物體內(nèi)的植硅體含量較高，因此土壤中封存較多的植硅體碳。這說明竹類植物不僅植物部分植硅體碳含量高，其土壤積累植硅體碳的能力也強，可以封存更多的植硅體碳，因此竹子在維持全球碳平衡中具有重要意義。而毛竹的土壤植硅體碳儲量要高于麻竹，一方面毛竹地上部分不同器官竹葉、竹枝和竹桿中的植硅體封存碳和植硅體碳占干物質(zhì)的含量均顯著高于麻竹，且毛竹的凋落物年輸入量大于麻竹。另一方面毛竹土壤不同土層中的SiO2、植硅體和植硅體碳含量也均顯著高于麻竹［22，26］。

3.2 麻竹土壤植硅體碳含量的影響因素

表層的土壤植硅體碳含量、植硅體含量和土壤全硅三者之間呈現(xiàn)極顯著相關(guān)（表4），這一結(jié)果與他人的結(jié)果相同［27-28］，而且相關(guān)分析結(jié)果與空間插值分析所呈現(xiàn)的結(jié)果相吻合。由于土壤自身無法產(chǎn)生植硅體和植硅體碳，土壤中植硅體和植硅體碳主要來源于植物中的植硅體的輸入，如植物凋落物、森林火災(zāi)和食草動物的排泄等［29］，凋落物經(jīng)過分解后進(jìn)入土壤。土壤中的硅被植物吸收，經(jīng)過植物自身硅化作用在體內(nèi)形成植硅體，并以枯落物的形式返回到土壤中，所以植物對硅的吸收能力和土壤中硅含量是影響土壤植硅體含量和土壤植硅體碳含量的重要因素，這說明提高土壤中硅含量可以增加土壤中植硅體和植硅體碳含量。因此通過施用硅肥或其他措施促進(jìn)植物對硅的吸收和利用以形成更多的植硅體進(jìn)而增加植硅體碳含量，對增強土壤穩(wěn)定性碳匯具有重要的指導(dǎo)意義。

樣地的海拔與表層的土壤植硅體碳含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）。不同的海拔會導(dǎo)致溫度、濕度、光照等水熱條件的差異，從而使森林土壤植硅體碳含量的空間分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。隨著海拔的升高，南靖縣土壤植硅體碳含量均值也隨之減小。主要原因是進(jìn)入土壤中的植硅體碳主要來源于地表凋落物，因此土壤植硅體碳含量受到地表植物凋落物的分解、轉(zhuǎn)化與呼吸釋放過程的綜合影響［30］。海拔對植硅體碳的影響主要表現(xiàn)在溫度上，這也是影響土壤微生物活性和酶活性的關(guān)鍵因素。從而直接影響著凋落物的分解和植硅體碳釋放的速率。土壤植硅體碳隨著海拔的升高呈現(xiàn)出降低的趨勢，主要是因為隨著海拔的升高氣溫逐漸下降，使得凋落物的分解速率下降，從而造成進(jìn)入土壤的植硅體和植硅體碳較少。竹林年齡與表層的土壤植硅體碳呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）。隨著麻竹栽培時間的增長，植物產(chǎn)生的凋落物也隨之增多，進(jìn)而經(jīng)過分解后進(jìn)入土壤的植硅體和植硅體碳也越來越多。由于植硅體是一種非晶體的固體顆粒，它的主要成分是SiO2，具有很好的抗高溫、抗分解、抗腐蝕等特性，相較于其他的有機碳具有更好的穩(wěn)定性，因而在植硅體的保護(hù)下土壤植硅體碳在土壤中會慢慢積累。

表4 土壤表層基本化學(xué)性質(zhì)和植硅體碳含量的相關(guān)性Table 4 Relationships between basic soil chemical properties and PhytOC content in the top-soil

4 結(jié) 論

各層土壤植硅體碳的平均含量變化較大且分布不均勻，介于0.30～0.75 g kg-1之間，且隨著土壤剖面深度的增加而降低。其模型擬合度較好，塊基比均小于1，且參數(shù)比均很小。麻竹土壤表層各基本化學(xué)性質(zhì)和土壤植硅體碳含量的空間分布格局均有差異，但土壤植硅體碳、土壤植硅體和土壤全硅的空間分布圖較為相似，三者之間呈極顯著性正相關(guān)，這說明提高土壤中的硅含量可以增加土壤中植硅體和植硅體碳的含量，這對增強土壤穩(wěn)定性碳匯具有重要的指導(dǎo)意義。麻竹土壤具有很強的積累植硅體碳的能力，每公頃麻竹林0～100 cm土層中儲存4.23 t的土壤植硅體碳，高于杉木林、針闊混交林、馬尾松林和闊葉林土壤，這說明麻竹土壤可以增強土壤穩(wěn)定性碳匯。同時麻竹表層土壤植硅體碳含量的空間分布受樣地海拔和竹林年齡等環(huán)境因素的影響。

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Spatial Variability of Phytolith-occluded Organic Carbon in Soil under TypicalDendrocalamus latiflorus MunroGroves

ZHANG Jinlin1FU Weijun1ZHOU Xiufeng1YIN Shuai1WU Jiasen1JIANG Peikun1?
YANG Jie1ZHENG Rong2
（1Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration of Zhejiang Province，Zhejiang A & F University，Lin’ an，Zhejiang311300，China）
（2Fujian Academy of Forestry Sciences，F(xiàn)uzhou350012，China）

【Objective】As phytolith features super tolerance to high temperature，oxidation and decomposition，the organic carbon occluded inside the phytolith shell may exist and accumulate in soils and sediments for thousands of years and is hence named as Phytolith occluded organic carbon（PhytOC），which is，therefore，regarded as an important soil organic carbon pool，and contributes significantly to the carbon sink in the soil and global CO2balance. Forest ecosystem is a mainstay of the terrestrial ecosystem. However，the area of forests on the globe is shrinking drastically today，while the area of bamboo groves is still on a rising trend. So，bamboo groves are a growing carbon sink and playing a critical role in carbon cycling in the terrestrial ecosystem. AsDendrocalamus latiflorus Munrogrows very fast and features large volumes of biomass，well-developed root system and outstanding ecological functions，it is favored to be one of the bamboo species extensively cultivated in South China. Nanjing County is known as“Land ofDendrocalamus latiflorus Munroin China”and one of the largestDendrocalamus latiflorus Munrocultivation region in Fujian Province. In this paper an attempt was made to explore characteristics of the spatial distribution of PhytOC in the soil under the bamboo groves，aiming at providing some scientific basis for assessing the pool of PhytOC in the bamboo ecosystems of China.【Method】A total of 100 tracts ofDendrocalamus latiflorus Munrogroves in Nanjing County was selected as object for the study. Soils in different soil layers were sampled for extraction and isolation of PhytOC using the microwave digestion method and then the centrifuging-heavy liquid floatation extraction method. In order to extract fairly pure phytolith，the floatation extraction process was performed twice，using heavy liquid，Zinc bromide，2.35 and 1.60 in specific gravity sequently to remove impurities.The isolated pure phytolith was put into a ventilated oven at 65℃ for 48 hours till they were fully dried and constant in weight. And then，the phytolith was weighed after the samples cooled down in a vacuum dryer. The Alkali Dissolution Spectrophotometry method was applied to analysis of the PhytOC and then spatial variability of the PhytOC in the bamboo soil analyzed using the software of ArcGIS 10.0 and the Geostatistic method.【Result】Results show that average content of PhytOC in the soil varied from 0.30～0.75 g kg-1with soil layer underDendrocalamus latiflorus Munrogroves in Nanjing County，with variation coefficients ranging from 80.38% to 87.46%，which indicates a moderate degree of variability. Geostatistical analysis reveals that PhytOC contents in the 10～30 cm，60～100 cm and 0～100 cm soil layers fit exponential models；in the 0～10 cm soil layer fit the Gaussian model；and in the 30～60 cm soil layer fit spherical models. Nugget /Sill ratio of the PhytOC varied from 8.7% to74.9%，displaying strong and moderate spatial correlation；moreover their SM/SRMS ratios were low，indicating that the models fit well. In the 0～100 cm soil layer under the bamboo groves，the pool of PhytOC reached 4.23 t hm-2，significantly higher than that under the Chinese fir forest，Masson pine forest，broadleaf forest and mixed conifer-broadleaf forest. Kriging reveals that the contents of PhytOC displayed a decreasing trend with soil depth，which is quite similar to the distributions of phytolith and total silicon in the top-soil. Besides that，a ultra-significantly positive correlation（p＜0.01）was observed between them，and a significant positive relationship，too，between the content of PhytOC in the 0～100 cm soil layer and age of the bamboo forest，but a significantly negative one between the content of PhytOC and elevation of the groves（p＜0.05）.【Conclusion】All the findings in this study suggest that to raise the content of soil silicon may help increase the content of soil phytolith and soil PhytOC in the top soil；and thatDendrocalamus latiflorus Munrogroves can hold a large pool of PhytOC，because the plant per se has a high content of PhytOC，and the soil under the groves is highly capable of fixing and accumulating PhytOC，as well. Therefore，theDendrocalamus latiflorus Munroecosystem plays an important role in expanding the stable organic carbon pool in the soil.

Dendrocalamus latiflorus Munro；Geostatistics；PhytOC；Spatial variation

S718.5

A

10.11766/trxb201701130603

* 國家自然科學(xué)基金項目（41471197）資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（No.41471197）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：jiangpeikun @zafu.edu.cn

張金林（1989—），男，山西朔州人，碩士研究生，主要從事森林土壤與環(huán)境研究。E-mail：coolold3@163.com

2017-01-13；

2017-04-24；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2017-05-25

（責(zé)任編輯：檀滿枝）