綠竹和麻竹地上部植硅體碳封存潛力

尹 帥,姜培坤,2,*,孟賜福,2,吳家森,2,張金林

1 浙江農(nóng)林大學, 環(huán)境與資源學院, 臨安 311300 2 浙江農(nóng)林大學, 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, 臨安 311300

綠竹和麻竹地上部植硅體碳封存潛力

尹 帥1,姜培坤1,2,*,孟賜福1,2,吳家森1,2,張金林1

1 浙江農(nóng)林大學, 環(huán)境與資源學院, 臨安 311300 2 浙江農(nóng)林大學, 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, 臨安 311300

可以在土壤中穩(wěn)定存在數(shù)千年甚至上萬年之久的植硅體碳(phytolith-occluded organic carbon, PhytOC) 是陸地植物生態(tài)系統(tǒng)長期碳封存的重要機制之一。選取福建南靖地區(qū)綠竹(Dendrocalamopsisoldhami(Munro) Keng f.)和麻竹(DendrocalamuslatiflorusMunro)兩種重要叢生竹為研究對象,采集其竹葉、竹枝和竹稈樣品,用微波消解法提取植硅體,采用堿溶法測定植硅體中碳含量,以比較兩種叢生竹的植硅體碳封存潛力和封存速率。結果表明：綠竹和麻竹林地上部不同器官中Si含量變幅分別為4.95—37.53 g/kg和2.01—34.05 g/kg,植硅體含量變幅分別為3.35—100.80 g/kg和1.57—84.06 g/kg,兩者地上部不同器官中的含量大小順序均為葉>枝>稈。綠竹和麻竹林地上部不同器官干物質中的植硅體碳含量變幅分別為0.51—2.85 g/kg和0.17—2.22 g/kg。綠竹和麻竹林地上部PhytOC儲量變幅分別為5.1—13.9 kg/hm2和1.2—6.3 kg/hm2。綠竹和麻竹地上植株不同器官中的最高PhytOC儲量分別為枝和葉。綠竹和麻竹地上部PhytOC總儲量分別為24.3 kg/hm2和11.1 kg/hm2。綠竹和麻竹林地上部PhytOC封存速率分別為0.051—0.131 t-e-CO2hm-2a-1和0.0099—0.0139 t-e-CO2hm-2a-1,以綠竹和麻竹的最高PhytOC封存速率計算,我國綠竹林和麻竹林的地上植株部每年可分別封存1965.29 t CO2和1520.11 t CO2。

綠竹；麻竹；植硅體；植硅體碳；PhytOC封存速率

近年來,溫室效應所引起的全球變化問題正日益受到人們的重視,而作為溫室氣體主要成員之一的CO2所導致全球氣候變暖和極端天氣的頻繁發(fā)生已引起社會的廣泛關注[1]。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[2]。森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的碳庫,其碳匯量占到陸地碳庫的56%,而且90%以上陸地植物與大氣CO2的交換都是由森林植被完成的,因此它在增加全球碳匯、降低CO2濃度和緩解全球氣候變暖方面發(fā)揮著重要作用[3]。

植硅體,又稱植物蛋白石,它是植物在生長過程中根部吸收土壤溶液中的可溶性單硅酸(H4SiO4),在植物的蒸騰作用下被植物吸收并以無定形硅形態(tài)(SiO2·nH2O)轉移、沉淀在植物根、莖、葉中的細胞壁、細胞腔及細胞間隙內(nèi)的含水的非晶質的二氧化硅顆粒[4- 6]。植硅體在硅化的這一過程中,常有少量的有機碳(1%—6%)被包裹在其中,這部分有機碳被稱為植硅體閉蓄有機碳,即植硅體碳[7- 9](Phytolith-Occluded Organic Carbon, PhytOC)。由于植硅體碳受到植硅體這層堅硬外殼的保護,因此具有超強的耐高溫、抗氧化及抗分解等特性,如果沒有遭遇大的地質變遷,它會長期存在于土壤以及沉積物中達數(shù)千年至上萬年之久[7],從而成為陸地土壤碳庫的重要來源。它對于增強土壤碳匯,維持全球CO2平衡具有重要意義,因此受到了國內(nèi)外環(huán)境學家的廣泛關注[10-11]。

國內(nèi)外學者對不同森林類型、作物類型的植硅體碳的封存潛力進行了深入的研究,其中包括熱帶亞熱帶森林類型[12-13]、竹類植物[7,14- 20]、農(nóng)作物[8,21- 25]、濕地[26-27]和草地[28]。竹子作為典型的硅富集的禾本科(Gramineae)植物,種類繁多,在全球分布面積達到22×106hm2,而中國竹林覆蓋面積達到7.2×106hm2,約占全球竹林面積的三分之一[29]。因此,竹林在森林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能中扮演著重要角色[30-31]。竹子分為叢生竹、散生竹、混生竹三種類型,其中叢生竹的竹種數(shù)占到世界竹種總數(shù)的70%以上,廣泛分布在東南亞、南亞、拉丁美洲、中非和南非及太平洋島國,是世界竹林資源的重要組成部分[32]。叢生竹作為我國重要的一種竹林類型,有16 屬160 余種,全國分布面積達到80×104hm2,年產(chǎn)竹材500×104t[33]。綠竹、麻竹是兩種經(jīng)濟價值和生態(tài)價值較高且種植面積也較大的筍、材兩用叢生竹,其中綠竹主要分布在浙江省、福建省、臺灣省,其種植面積達到1.5×104hm2；麻竹主要分布在福建省、云南省、貴州省、廣東省、廣西省和臺灣省,其種植面積達到10.9×104hm2,是我國分布面積第二位的叢生竹[33]。一直以來,叢生竹的研究多集中在它的竹材利用、栽培技術等方面,綠竹和麻竹都具有良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。在營林技術方面,經(jīng)實踐證明,綠竹、麻竹可以作為老林帶的二代更新樹種。林地選擇、土壤肥力、種植培育、培土施肥以及采筍養(yǎng)筍技術等多方面對竹材、竹筍生長及產(chǎn)量都有重要影響；而在竹林生態(tài)方面,更多的研究集中在竹林的群落結構、養(yǎng)分循環(huán)以及竹林與立地及氣候的關系方面,且竹林的密度、結構、組成等影響其截持降水、調(diào)節(jié)水源、貯蓄水分等功能,如對麻竹人工林地表徑流的研究表明,麻竹林具有較強的水土保持能力。但是叢生竹林的生態(tài)功能不僅僅體現(xiàn)在水分調(diào)節(jié)和水土保持方面,其它方面的生態(tài)價值也需要開展深入研究?？紤]到當前大氣環(huán)境日益嚴峻的情形,竹林碳庫可能對大氣CO2濃度有顯著影響,所以它在此方面的生態(tài)價值更需要引起關注。

前人對散生竹、混生竹不同器官的植硅體碳的封存潛力進行了相關研究[7,11,14- 20],但對叢生竹,尤其是綠竹、麻竹兩種主要叢生竹植硅體及植硅體碳封存潛力鮮有涉及。因此對其植硅體碳以及地上植株植硅體碳儲量的深入研究,不僅能揭示主要叢生竹植硅體分布規(guī)律及其碳匯潛力,還能為以后準確估測我國竹林生態(tài)系統(tǒng)植硅體碳儲量提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于福建省漳州市南靖縣(117°42′E,24°42′N),屬典型的南亞熱帶季風氣候,年平均氣溫為20.4—22.3℃,極端最低氣溫-2.9℃,極端最高氣溫40.3℃,年平均日照數(shù)1946 h,年平均無霜期312 d,年降水量1235—2481 mm,年平均降水量1798 mm,地形以低山丘陵為主,且各鄉(xiāng)鎮(zhèn)海拔高度相差較大,全縣最低處僅5.6 m,而最高處達到1390 m。土壤為花崗巖發(fā)育的紅壤,土壤基本化學性質如表1所示。

南靖縣作為中國“麻竹之鄉(xiāng)”,全縣麻竹種植面積近2萬hm2,綠竹種植面積也達到600多hm2[34]。該縣綠竹、麻竹分布較集中,綠竹一半以上分布在船場鎮(zhèn),而其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)則以麻竹為主。該區(qū)竹林種植地多為荒山或者由水稻田改造而來,林下灌木和草本植物很少,多為辣子草(Galinsogaparviflora)、肖梵天花(UrenalobataLinn)、鴨跖草(Commelinacommunis)等,竹高7—15 m,胸徑4—9 cm,每叢5—12株不等,郁閉度為0.7—0.8。該縣綠竹、麻竹人工林經(jīng)營水平較高,主要表現(xiàn)在每年春、秋各施肥1次,一般以復合肥為主,平均施肥量為750kg/hm2,有時也施用發(fā)酵后的農(nóng)家肥,施肥的同時進行除草和松土。

1.2 樣品與方法

2014年10月,根據(jù)當?shù)亓謽I(yè)經(jīng)營檔案并結合農(nóng)戶采訪和實地踏查,在南靖縣下轄6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行樣品的采集,所有采樣點位于海拔40—200 m,坡度10°—40°。在綠竹、麻竹生長區(qū)域各選擇林分特征、立地條件、組成結構和生長狀況等相似的林地,各建立20 m×20 m的標準樣地,其中綠竹標準樣地20個,麻竹標準樣地100個。對標準樣地內(nèi)的竹子進行每株檢尺,測量每株竹子的胸徑,選取與平均胸徑一致的竹子作為標準竹,砍伐標準竹,在標準竹上分別采集葉、枝、稈樣品(500—1000 g),帶回實驗室備用分析。

PhytOC儲量是由植硅體碳含量和生物量兩個因素共同決定的,所以要計算綠竹和麻竹兩種竹林PhytOC儲量就必須計算兩種竹林的葉、枝、稈生物量。根據(jù)鄭郁善、梁鴻燊等[35-36]對福建地區(qū)綠竹、麻竹建立的生物量模型,通過平均胸徑,計算出標準竹的葉、枝、稈的生物量以及總生物量。本研究中綠竹和麻竹的生物量都是對樣地綠竹、麻竹的胸徑進行準確測量,再依據(jù)綠竹和麻竹生物量的模型對其葉、枝、稈等器官的生物量進行估測。

1.3 試驗方法

植物樣品取回后,用去離子水洗凈后,在105℃下殺青30 min,然后在70℃恒溫下烘干至恒重,最后用高速粉碎機將樣品粉碎后裝入塑料袋保存?zhèn)溆?。將粉碎好的樣品分為兩?一份用于偏硼酸鋰-硝酸緩沖液-鉬藍比色法測定硅元素；另一份用來提取植硅體并測定植硅體碳的含量。植硅體采取微波消解法提取,植硅體碳采用改進的堿容分光光度法進行測定[37],植物樣品的全硅用偏硼酸鋰熔融、乙酸緩沖液提取-鉬藍比色法測定[38]。在樣品測定的同時加入植物標準樣(GBW07602)對測定樣品的準確性進行檢驗,每個樣品重復3次。

在每個標準樣地以四分法取500 g 0—20 cm土層的土樣帶回實驗室,分別將所有綠竹和麻竹的土樣組成混合土樣,剔除土樣中的粗大根系和礫石,用于研究區(qū)土壤基本化學性質的測定。土壤pH值采用酸度計法測定(水土比為2.5∶1.0),土壤有效磷采用Bary法測定,土壤有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定,土壤有效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定,土壤水解氮含量采用堿解擴散法[38]。

1.4 參數(shù)計算及數(shù)據(jù)分析

植硅體含量(g/kg)=植硅體質量(g)/樣品質量(kg)

植硅體碳含量(g/kg)=植硅體碳質量(g)/植硅體質量(kg)

植硅體碳占干物質含量(g/kg)=植硅體碳質量(g)/樣品質量(kg)

植硅體碳儲量(kg/hm2)=植硅體碳占干物質含量(g/kg)×生物量(kg/hm2)×10-3

式中，生物量是根據(jù)標準竹的總生物量乘以叢數(shù)再乘以每叢中的株數(shù)計算而來,而綠竹、麻竹植硅體碳封存速率則是由竹子葉、枝、稈三部分植硅體碳封存速率相加,不同器官植硅體碳封存速率是由生物量乘以其植硅體碳占干物質含量而得。數(shù)據(jù)處理使用DPS7.5系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析,采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行繪圖,用t檢驗法檢驗不同樣本之間的差異顯著性。

表1 研究區(qū)土壤的基本化學性質

表中數(shù)據(jù)表示平均值±標準誤差

2 結果與分析

2.1 地上部不同器官的Si含量和植硅體含量

綠竹和麻竹地上部不同器官的Si含量變幅分別為4.95—37.53 g/kg和2.01—34.05 g/kg,綠竹地上部葉、枝、稈器官Si含量分別高于麻竹,其中枝含量差異最大；綠竹、麻竹各器官植硅體含量的變幅分別為3.35—100.80 g/kg和1.57—84.06 g/kg,同樣表現(xiàn)為綠竹各器官含量分別高于麻竹,尤其是綠竹枝中植硅體含量遠高于麻竹。結果表明,兩者地上部器官中Si和植硅體含量大小的順序均為葉>枝>稈(圖1)。綠竹和麻竹的不同器官的Si含量和植硅體含量t檢驗顯示,綠竹和麻竹葉片的Si含量和植硅體含量均無顯著性差異,但綠竹枝和稈的Si含量和植硅體含量均顯著高于麻竹枝和稈的Si含量和植硅體含量。

圖1 綠竹和麻竹地上部不同器官的Si含量和植硅體含量Fig.1 The contents of Si and phytolith in different organs of above-ground part of DOK and DLM

2.2 地上部不同器官植硅體碳含量和植硅體碳占干物質含量

綠竹和麻竹地上部不同器官中的植硅體碳含量變化范圍分別為19.46—91.14 g/kg和35.50—142.12 g/kg,且兩種竹種稈部含量顯著高于葉和枝部。與綠竹各器官中Si和植硅體含量分別高于麻竹。相反,綠竹各器官中的植硅體碳含量分別低于麻竹,其中稈部含量差異最大。但兩者各器官中植硅體碳含量均表現(xiàn)出相同的變化趨勢,即大小順序為：稈>枝>葉(圖2)。綠竹和麻竹地上部不同器官中的植硅體碳占干物質含量的變化范圍分別為0.51—2.85 g/kg和0.17—2.22 g/kg,綠竹和麻竹地上部各器官中最高植硅體碳占干物質含量分別出現(xiàn)在枝和葉部,最低含量均出現(xiàn)在稈部,但綠竹稈部含量要高于麻竹(圖2),其中枝部植硅體碳含量差異最大。綠竹和麻竹不同器官的植硅體碳含量和植硅體碳占干物質含量的t檢驗顯示,綠竹和麻竹的葉、枝和稈之間的植硅體碳含量和植硅體碳占干物質含量均存在顯著性異。

圖2 綠竹和麻竹地上部不同器官中的植硅體碳含量和植硅體碳占干物質含量Fig.2 The contents of PhytOC and PhytOC/dry biomass in different organs of above-ground part of DOK and DLM

2.3 綠竹和麻竹地上部不同器官生物量和PhytOC儲量

綠竹和麻竹地上部不同器官中生物量變幅分別為3.22—10.13 t/hm2和2.82—7.18 t/hm2,其大小的順序為稈>枝>葉(圖3)；綠竹和麻竹地上部總生物量分別為18.24 t/hm2和14.48t/hm2。由于綠竹的立竹密度高于麻竹,所以單位面積綠竹葉、枝、稈部位的生物量以及總的生物量略高于麻竹。綠竹和麻竹地上部不同器官PhytOC儲量變幅分別分別為5.1—13.9 kg/hm2和1.2—6.3 kg/hm2。綠竹和麻竹地上部最高PhytOC儲量分別出現(xiàn)枝和葉,但最低PhytOC儲量均出現(xiàn)在稈,其中,綠竹葉部PhytOC儲量略低于麻竹,但枝和稈部遠高于麻竹。綠竹和麻竹地上部PhytOC總儲量分別為24.3 kg/hm2和11.11 kg/hm2,前者比后者高1.19倍(圖3)。

圖3 綠竹和麻竹地上部不同器官生物量和PhytOC儲量Fig.3 The contents of biomass and PhytOC storages in different organs of above-ground part of DOK and DLM

2.4 綠竹和麻竹植硅體碳相關性分析

相關性分析表明,綠竹和麻竹竹葉Si含量與其植硅體含量之間均呈極顯著性正相關關系(R2=0.65,P<0.01；R2=0.76,P<0.01)(圖4),麻竹Si含量與植硅體含量的相關系數(shù)高于綠竹。綠竹和麻竹葉片植硅體含量和植硅體碳占干物質含量之間均沒有顯著相關性(圖4)。綠竹、麻竹竹葉植硅體碳含量和植硅體碳占干物質中含量之間均呈極顯著相關關系(R2=0.79,P<0.01；R2=0.25,P<0.01)(圖4),綠竹的相關系數(shù)要顯著高于麻竹。

圖4 綠竹和麻竹葉片Si含量與其植硅體含量、植硅體含量和植硅體碳占干物質含量及植硅體碳含量和植硅體碳占干物質含量之間的相關性Fig.4 Relationships between Si contents and the Phytolith contents, the Phytolith contents and PhytOC contents in dry biomass or PhytOC contents and PhytOC contents in dry biomass of bamboo leaves of DOK and DLM stands

3 討論

3.1 硅、植硅體與植硅體碳含量

植物中的Si含量是植硅體含量豐度的重要表征。研究發(fā)現(xiàn),不同植物其Si含量是不同的。一般認為,被子植物的硅含量高于裸子植物,被子植物中的單子葉植物又高于雙子葉植物,單子葉植物中的禾本科植物又是硅超富集植物中的代表[10-12]。Song等[11]研究表明,植物中的硅含量和植硅體含量有明顯的相關關系：植硅體含量=Si含量×0.965(R2=0.9442,P<0.01)。本研究中,綠竹和麻竹竹葉中Si含量和植硅體含量之間存在極顯著相關關系(圖4),Si含量較高的植物,其植硅體含量也較高,說明植物硅富集能力的增強有利于植硅體含量的增加。兩者相比,麻竹中Si含量和植硅體含量之間的相關系數(shù)要高于綠竹。本研究中,兩種竹種植硅體含量和植硅體碳占干物質含量之間沒有顯著的相關性(圖4),而植硅體碳含量和植硅體碳占干物質含量之間存在極顯著相關關系(圖4),這與前人對竹子[7]、小麥(TriticumaestivumLinn)[8]、水稻(Oryzasativa)[21]、甘蔗(Saccharumofficinarum)[22]以及旱作作物[23]的研究結果一致,但與何珊瓊等[39]對熱帶典型森林、應雨騏等[13]對亞熱帶重要樹種、Li等[26-27]對濕地植物等的研究有所不同,究其原因可能是不同植物種類、不同生長環(huán)境包括溫度、濕度、土壤pH值和有機質等因素對植硅體的含量以及其固碳能力的影響存在差異所造成。這表明植硅體碳含量不僅僅是由植硅體含量決定的,還與植物植硅體本身的固碳能力和效率有關[7]。

由于植物不同器官的蒸騰強弱也有差別,加之植物種類不同以及不同生長區(qū)域溫度、濕度、土壤性質和營養(yǎng)元素都存在差異,從而造成不同植物或相同植物不同器官的Si和植硅體含量存在差異。不同品種水稻各器官中植硅體含量表現(xiàn)出相同的分布趨勢：鞘>葉>稈>根>穗[21]；蘆葦(Phragmitesaustralis)不同器官植硅體含量分布趨勢為葉>鞘>根>稈[27]；苦竹[17](Pleioblastusamarus)、毛竹[18](Phyllostachysedulis)等不同器官的植硅體含量分布趨勢均為葉>枝>稈。由于Si含量和植硅體含量具有高度的相關性,Si在植物各器官的分布趨勢和植硅體在植物各器官的分布趨勢具有高度一致性。本研究中,綠竹、麻竹的Si含量和植硅體含量在各器官中的分布趨勢也均為葉>枝>稈。由此看出,植物葉片作為蒸騰作用最強的器官,其Si含量和植硅體含量都為最高。綠竹、麻竹不同器官中,竹葉中的Si和植硅體含量無顯著差異,而竹枝和竹稈中的Si含量和植硅體含量則有顯著差異,說明在竹林生態(tài)系統(tǒng)中,竹葉是富集儲存Si、植硅體等物質差異較小的部位,而竹枝和竹稈則是差異比較大的部位,這可能是與植物內(nèi)部不同部位器官的組織構成和生物特性有關。

本研究通過對綠竹和麻竹地上不同器官植硅體碳含量的研究發(fā)現(xiàn),同一竹種的不同器官植硅體碳含量存在顯著差異,稈部含量顯著高于葉和枝部,具體表現(xiàn)為稈>枝>葉(圖2)。楊杰等[17]對苦竹林植硅體碳的研究顯示,苦竹的葉、枝和稈中的植硅體碳含量分別為97.4 g/kg、65.3 g/kg和165.5 g/kg,表現(xiàn)為稈>葉>枝。這3種竹種竹稈的植硅體碳含量都遠高于竹葉和竹枝,但是竹葉和竹枝中的植硅體碳含量相差不大,這也說明植物稈部可能儲存更多的植硅體碳,這與以往認為植硅體碳主要封存在葉中的結果不同,在以后的竹林植硅體碳匯研究中應充分考慮竹枝和竹稈的植硅體碳封存能力。本研究中,綠竹各器官的PhytOC儲量分別是枝(13.9 kg/hm2)>葉(5.3 kg/hm2)≈稈(5.1 kg/hm2)；麻竹各器官的PhytOC儲量分別是葉(6.3 kg/hm2)>枝(3.6 kg/hm2)>稈(1.2 kg/hm2)(圖3)。而研究發(fā)現(xiàn),苦竹各器官的PhytOC儲量遠高于綠竹、麻竹,表現(xiàn)為稈(51.1 kg/hm2)>葉(14.6 kg/hm2)>枝(5.1 kg/hm2)。這可能是由于苦竹是介于散生竹和叢生竹之間的竹種,它的生長過程既有叢生竹的特性又兼具散生竹的生理特性,其植硅體碳封存能力更強,且苦竹的生長周期更長,生物量大,植硅體碳儲量就會更大。在這兩種叢生竹各器官的植硅體碳封存量中,稈中植硅體碳的封存量都最少,這是由于兩種竹種稈中的植硅體含量很低,導致植硅體中封存的碳總量很少,因此碳儲量也相對較低。對于綠竹、麻竹兩種竹種相同器官的研究發(fā)現(xiàn),綠竹、麻竹葉、枝、稈的植硅體碳含量和植硅體碳占干物質含量存在顯著差異,這可能是由于植硅體碳含量是由植硅體含量及其固碳能力決定所致[7,13,26],而植硅體受外界因素影響較大,導致不同植物和不同器官植硅體含量差異較大；同時,植硅體的形態(tài)差異和表面積大小的不同可能會對植硅體固碳能力和植硅體碳含量造成影響[40],這與亞熱帶地區(qū)7個重要樹種植硅體碳含量差異性研究結果相似[13]。

3.2 綠竹和麻竹植硅體碳封存潛力比較

禾本科植物中的竹亞科(Bambusoideae)和稻亞科(Ehrhartoideae)植物有較強的植硅體碳封存能力[7,14- 16,21- 22]。左昕昕等[23]估測我國每年通過旱作農(nóng)作物植硅體封存約2.37×106t CO2；李自民等[26]估測全球濕地植物達5.70×108hm2,每年可固定大氣中4.39×107t CO2；應雨騏等[13]研究發(fā)現(xiàn),亞熱帶重要樹種毛竹林、杉木林(Cunninghamialanceolata)、馬尾松林(Pinusmassoniana)以及闊葉林通過植硅體碳的形式每年可分別封存1.96×105t、6.33×104t、1.3×105t、1.25×104—48.15×104t CO2。Parr等[7]研究也發(fā)現(xiàn),全球竹林每年通過植硅體碳的形式封存15.6×106t CO2。我國綠竹和麻竹總種植面積分別為1.5×104hm2和10.9×104hm2[33],以綠竹最高碳封存速率0.131 t-e-CO2hm-2a-1計算,我國綠竹林每年可封存1965.29 t CO2。以麻竹最大碳封存速率0.0139 t-e-CO2hm-2a-1計算,我國麻竹林每年可封存1520.11 t CO2。

表2 不同植物植硅體碳封存速率比較

植物的碳封存潛力很大程度上是由其PhytOC封存速率所決定的。研究顯示,竹類植物的植硅體碳封存能力要高于其他植物[7,12]。本研究中,綠竹和麻竹的PhytOC封存速率分別為0.051—0.131 t-e-CO2hm-2a-1和0.0099—0.0139 t-e-CO2hm-2a-1。因此,綠竹的PhytOC封存速率要高于草地植物、濕地植物、黍(Panicummiliaceum)、粟(Setariaitalica)以及中國亞熱帶樹種,和小麥、水稻的封存速率相當,低于甘蔗封存速率；而麻竹碳封存速率則高于草地植物,和濕地植物、亞熱帶樹種相當,低于其他物種,這與Song等[11]對中國竹林以及Parr[7]對10種經(jīng)濟竹林研究所得PhytOC封存速率結果相符合。且與中國種植面積最大的毛竹林相比,綠竹的PhytOC封存速率要遠高于毛竹(0.0367—0.0506 t-e-CO2hm-2a-1)[13]。

4 結論

植物的PhytOC封存速率和PhytOC儲量取決于植物的種類和品種以及氣候、土壤肥力和施肥等。在同一地點的相同母質發(fā)育的土壤上進行的麻竹和綠竹地上部植硅體碳封存潛力的比較研究則完全取決于叢生竹的生物學特性。本研究的結果顯示：綠竹的PhytOC封存速率為0.051—0.131 t-e-CO2hm-2a-1,最大碳封存潛力為1965.29 t CO2/a；麻竹的PhytOC封存速率為0.0099—0.0139 t-e-CO2hm-2a-1,最大碳封存潛力為1520.11 t CO2/a,綠竹地上部植株PhytOC封存速率和儲量顯著高于麻竹。因此,考慮到目前綠竹種植面積較少且經(jīng)濟價值較高的情況,一方面在生產(chǎn)中應適當擴大綠竹的種植面積,以最大程度發(fā)揮其較高植硅體碳的固碳潛力；另一方面在土地利用和管理、肥料施入等方面開展研究,如不同硅肥的施入以及硅、磷肥料的配施對植硅體和植硅體碳的積累可能有一定影響,可以通過硅素調(diào)控機制增強竹林的植硅體碳封存能力。

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ComparisonofPhytOCsequestrationratesinabove-groundapartofDendrocalamopsisoldhami(Munro)Kengf.andDendrocalamuslatiflorusMunro

YIN Shuai1,JIANG Peikun1,2,*,MENG Cifu1,2,WU Jiasen1,2,ZHANG Jinlin1

1SchoolofEnvironmentalandResourceSciences,ZhejiangAgricultureandForestryUniversity,Lin′an311300,China2ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofCarbonCyclinginForestEcosystemsandCarbonSequestration,ZhejiangAgricultureandForestryUniversity,Lin′an311300,China

Phytolith-occluded carbon (PhytOC), which can be stabilized in the soils for thousands of years, is one of the important mechanisms for long-term carbon sequestration in terrestrial plant ecosystems. In this study, we selected two typical sympodial bamboos [Dendrocalamopsisoldhami(Munro) Keng f., (DOK) andDendrocalamuslatiflorusMunro, (DLM)] in the subtropical area of China as research subjects and collected the samples of leaves, branches, and culms in Nanjing, Fujian province. Phytolith in the samples were extracted using a microwave digestion method and their PhytOC content were determined using the alkaline solution method, with the aim of comparing the PhytOC sequestration rates and stocks of DOK and DLM. The results showed that silicon (Si) content in the above-ground parts of DOK and DLM ranged from 4.95 to 37.53 and from 2.01 to 34.05 g/kg, respectively, whereas phytolith content ranged from 3.35 to 100.80 and from 1.57 to 84.06 g/kg, respectively. The content of both Si and phytoliths decreased in the order: leaves > branches > culms. The PhytOC in above-ground parts of DOK and DLM ranged from 0.51 to 2.85 and from 0.17 to 2.22 g/kg, respectively, whereas their PhytOC stocks ranged from 5.1 to 13.9 and from 1.2 to 6.3 kg/hm2, respectively. The highest PhytOC stocks in the different organs of above-ground parts of DOK and DLM were observed in leaves and branches, respectively. The total PhytOC stocks in above-ground parts of DOK and DLM were 24.3 and 11.1 kg/hm2, respectively. The PhytOC sequestration rates of above-ground parts of DOK and DLM were 0.051—0.131 and 0.0099—0.0139 t-e-CO2hm-2a-1, respectively. The PhytOC amounts sequestrated by DOK and DLM stands in China are estimated to be 1965.29 and 1520.11 t CO2/a, respectively.

Dendrocalamopsisoldhami(Munro) Keng f.;DendrocalamuslatiflorusMunro; phytolith; phytOC; phytOC sequestration rate

國家自然科學基金資助(41471197)

2016- 07- 28; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡出版日期

日期:2017- 06- 01

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

10.5846/stxb201607281539

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