典型濕地生態(tài)系統(tǒng)植硅體碳匯研究.pdf

1、IPCC曾指出大氣中CO2濃度的持續(xù)升高，可能會(huì)給全球帶來(lái)一系列危險(xiǎn)的氣候變化。尋找一種新的有效降低和緩解大氣中CO2的方法，或許是人類目前最緊要的任務(wù)。植硅體態(tài)碳(phytolith-occluded-carbon，PhytOC)，作為一種長(zhǎng)期的生物地球化學(xué)碳匯機(jī)制，可能在全球碳匯和氣候變化中扮演著重要的作用。草本植物占主導(dǎo)地位的自然濕地和人工濕地生態(tài)系統(tǒng)擁有較高的初級(jí)生產(chǎn)力，而且也有著較強(qiáng)的富硅能力，了解濕地植物植硅體封存大氣中CO

2、2的潛力有著重要的科研意義。
　　 本研究選擇自然濕地（杭州西溪濕地和白洋淀蘆葦濕地）和人工濕地（嘉興稻田濕地生態(tài)系統(tǒng)），采集植物和附近的土壤樣品，利用微波消解和Walkley-Black消解方法，分析其植硅體和植硅體態(tài)碳含量變化特征，為探索植硅體在濕地生態(tài)系統(tǒng)硅和碳生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用提供科學(xué)參考依據(jù)。
　　 (1)對(duì)西溪濕地不同植物植硅體和植硅體態(tài)碳的研究表明，西溪濕地18種植物植硅體含量變化在10 mg g-1

3、～71 mg g-1之間，植硅體中碳的含量變化在5 mgg-1和40 mg g-1之間，變異系數(shù)高達(dá)810％;草本植物占主導(dǎo)地位的濕地生態(tài)系統(tǒng)植硅體產(chǎn)生通量是4.5～129.9 g-m2-a-1，植硅體封存碳的速率是0.3～7.7g-e-CO2_m-2a-1。中國(guó)1.37×107公頃草本植物占主導(dǎo)地位的濕地植物植硅體封存CO2的速率為0.04×106～1.05×106 t-a-1。全球草本植物占主導(dǎo)地位的濕地（1.48×108公頃）植物

4、如果具有7.7 g-e-CO2 m-2-a-1最大效率值，每年可以封存1.14×107噸的CO2。進(jìn)一步推算表明，如果全球所有濕地植物具有和草本植物占主導(dǎo)地位的濕地生態(tài)系統(tǒng)植物植硅體有同樣的效率值(7.7 g-e-CO2 m-2-a-1)，那么5.7×108公頃的濕地植物每年封存CO2量高達(dá)4.39×107噸。對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行合適的管理，例如選擇一種高植硅體碳含量的植物（蘆葦Phragmites australis），對(duì)提高大氣中CO

5、2的封存潛力有一定的作用。
　　 (2)對(duì)白洋淀蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)植硅體和植硅體態(tài)碳產(chǎn)生與累積研究表明，離水邊距離不同的蘆葦植株各器官中植硅體和植硅體中碳含量有一定的差異，但總體上分別呈現(xiàn)出葉(76 mg g-1)＞鞘(64 mg g-1)＞根（22 mg g-1）＞莖（20 mg g-1）和莖(17 mg g-1)＞葉(16 mg g-1)＞根(14 mg g-1)＞鞘(10mgg-1)的變化趨勢(shì)。蘆葦植硅體產(chǎn)生總通量為86.6

6、0～101.09 g-m-2-a-1，蘆葦植硅體固碳產(chǎn)生總通量為4.0～5.2 g-e-CO2-m-2-a-1。在土壤剖面中植硅體總體上表現(xiàn)出向表層土壤積累的趨勢(shì)。表層和剖面土壤中有機(jī)質(zhì)與植硅體均表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性（R2=0.505，p＜0.05和R2=0.4569，p＜0.01），表明蘆葦秸稈等有機(jī)物質(zhì)的歸還，對(duì)土壤中植硅體的含量分布有很大的影響。如果在0～15cm的土壤剖面中，土壤沉積年齡為100年，那么土壤剖面中植硅體積累通量為3

7、3.7 g-m-2-a-1。在1.83×108 m2白洋淀蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)中，每年地上部分植硅體可以封存大約2.01×108g CO2，在0～15cm的土壤剖面中，植硅體每年可以積累大約5.49×106gCO2。
　　 (3)對(duì)嘉興等地稻田生態(tài)系統(tǒng)中植硅體及其封存的碳產(chǎn)生與累積研究表明，不同品種水稻各器官植硅體的含量有一定的差異，各器官中植硅體的分布趨勢(shì)均表現(xiàn)為:鞘(121.5 mg g-1)＞葉(70.4 mg g-1)＞莖(

8、37.5 mg g-1)＞根(32.4 mgg-1)＞穗(22.3 mg g-1);植硅體中碳含量的分布趨勢(shì)為莖(27.1 mg g-1)＞葉(22.8mg g-1)＞穗(22.3 mg g-1)＞鞘(19.5 mg g-1)＞根(17.9 mg g-1)。水稻植株地上部分植硅體產(chǎn)生通量為120.3 g-m-2-a-1，地下部分植硅體產(chǎn)生通量為6.6 g-m-2-a-1，植株總植硅體產(chǎn)生通量為128.0 g-m-2-a-1。植硅體在種植

9、50年的稻田0～10 cm的土壤中的積累通量為:4.0 g-m-2-a-1，僅相當(dāng)于水稻植株根的歸還量，表明在水稻收割以后地上部分秸稈歸還量較少。稻田濕地生系統(tǒng)地上部分植硅體封存大氣中CO2的通量范圍0.3～13.0 g-e-CO2 m-2-a1;水稻植硅體封存大氣中CO2的通量是4.7～27.9 g-m-2-a-1，土壤植硅體積累大氣中CO2的通量是0.2～0.9 g-m-2-a-1。利用水稻植硅體封存大氣CO2通量的最大值（13.0