中国东部森林土壤中植硅体积累和硅形态分布研究

摘要

虽然目前有关植硅体封存有机碳（phytolith-occluded organic carbon,PhytOC）形成机制有一定的不确定性，但是其对作为地质时间尺度上的净碳汇，在全球生物地球化学碳循环和大气CO2浓度的调控中发挥着重要的作用。本研究选取我国东部地区不同的森林生态系统土壤为研究对象。运用逐级化学提取法、重络酸钾外加热氧化法、偏硼酸锂熔融-稀硝酸溶解法、分光光度法、重液悬浮等方法来测定土壤中植硅体及非结晶硅的含量。研究热带和亚热带不同森林生态系统土壤中植硅体的积累特征，并且对不同气候带花岗岩风化壳剖面中非结晶态硅的分布特征进行研究。为森林生态系统中植硅体长期的生物地球化学碳汇研究提供一定的参考。　　（1）以亚热带地区的毛竹林、杉木林、板栗林土壤剖面为研究对象，通过测定三种森林生态系统土壤剖面中植硅体及植硅体碳的储量来研究不同森林类型对土壤中植硅体碳积累的影响。研究结果表明，三种森林生态系统土壤剖面中植硅体及植硅体碳的含量均随着土壤剖面深度的增加而明显的降低；毛竹林土壤剖面中植硅体碳的储量（3.91t ha-1）明显的高于板栗林（2.67t ha-1）和杉木林（1.18t ha-1）土壤剖面中植硅体碳的储量。研究地区土壤剖面中植硅体碳的储量在0～40cm范围内，随着剖面深度的增加而增加；在40～100cm范围内，随着剖面深度的增加而降低。毛竹林土壤剖面中植硅体碳占土壤有机碳的比例明显的大于板栗林和杉木林土壤剖面中植硅体碳占有机碳的比例。所有的研究结果表明不同的森林类型对其土壤剖面中植硅体及植硅体碳储量有很大的影响。　　（2）在亚热带和热带地区选择花岗岩和玄武岩风化壳为研究对象。通过测定不同风化壳中植硅体及植硅体碳的储量来研究气候和岩性对土壤中植硅体碳积累的影响。研究结果表明，亚热带地区花岗岩风化壳和玄武岩风化壳中植硅体碳含量分别为0.31±0.02mg g-1和0.13±0.03mg g-1；热带地区花岗岩风化壳和玄武岩风化壳中植硅体碳含量分别为0.12±0.02mg g-1和0.04±0.01mg g-1。土壤剖面中植硅体碳含量的分布与植硅体的含量分布一致，两者之间存在着显著性相关（玄武岩风化壳：R2=0.477，p<0.01；花岗岩风化壳：R2=0.603，p<0.01）。所有的研究结果表明气候和岩性对土壤中植硅体碳的积累有很大的影响。　　（3）亚热带地区花岗岩和玄武岩风化壳中植硅体碳的储量分别为2.75±0.23t ha-1、1.98±0.37t ha-1；热带地区花岗岩和玄武岩风化壳中植硅体碳的储量分别为1.77±0.22t ha-1、0.57±0.08t ha-1。亚热带地区花岗岩风化壳和玄武岩风化壳中植硅体的周转时间分别为1018年和960年；热带地区花岗岩风化壳和玄武岩风化壳中植硅体的周转时间分别为584年和433年。亚热带地区植硅体的周转时间明显大于热带地区，并且同一气候带不同土壤剖面之间的植硅体周转时间没有明显的差异。这表明相对于岩性差异来讲，气候对土壤剖面中植硅体周转的影响更大。　　（4）亚热带和热带花岗岩和玄武岩风化壳中有效硅含量的变化范围是0.036mg g-1～0.545mg g-1，并且随着土壤剖面深度的增加而增加。玄武岩风化壳中有效硅的含量明显大于花岗岩风化壳中有效硅的含量。玄武岩风化壳中植硅体含量与有效硅含量之间有明显的正相关（R2=0.208,p<0.05）；而花岗岩风化壳中植硅体含量与有效硅之间存在着负显著性相关（R2=0.241,p<0.05）。这表明在花岗岩风化壳地区（特别是亚热带花岗岩风化壳地区）额外的施加硅肥（例如：岩粉施加等），可以有效的增加土壤中的生物地球化学碳汇。　　（5）以中国东部地区不同气候带的花岗岩风化壳为研究对象，通过测定土壤剖面中的非结晶态硅含量来研究气候对花岗岩风化壳中硅形态的影响。研究结果表明酸可溶态硅、可氧化态硅、铁锰氧化物结合态硅、无定形硅的含量变化范围较大。非结晶态硅在不同气候带的分布表现出较大的差异，这表明气候对土壤剖面中非结晶态硅分布有较大的影响。　　（6）当植物死亡或凋谢后，植物体内形成的植硅体会归还到土壤中。植硅体分解产生的硅会进入到陆地生态系统硅的生物地球化学循环中。研究结果显示，热带雨林和亚热带常绿落叶阔叶林的植硅体归还通量明显大于寒温带针叶林和针阔混交林的植硅体归还通量，从而导致热带地区土壤中无定形硅的含量明显的大于温带地区。因此植硅体对于土壤中的非结晶态硅分布有很大的影响。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 植硅体及植硅体态碳的特性

1.3 国内外植硅体碳汇的研究现状

1.4 选题依据与技术路线

2 亚热带地区不同森林类型对土壤中植硅体碳积累的影响

2.1 材料与方法

2.2 结果

2.3 讨论

2.4 小结

3 气候和岩性对中国东部地区土壤中植硅体碳积累的影响

3.1 材料与方法

3.2 结果

3.3 讨论

3.4 小结

4 气候对东部花岗岩风化壳中硅形态的影响

4.1 材料与方法

4.2 结果

4.3 讨论

4.4 小结

5 结论和展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

参考文献

个人简介

致谢