温带灌丛和沙化草地生态系统硅分布与植硅体碳汇研究

摘要

全球变暖已经成为公认的全球性的环境问题，如何减少大气中二氧化碳等温室气体的含量也已经成为人们关注的热点问题。植硅体碳是植硅体在植物体内形成时所包裹的一部分有机碳。由于植硅体具有非常高的抗分解能力，所以植硅体碳可以在植物枯死之后的很长时间（数千年）里保存在土壤里不参加全球的碳循环。因此植硅体碳汇作为一种长期、安全的固碳机制近期受到越来越多科研人员的关注。灌丛生态系统是重要陆地生态碳汇系统之一，对其进行植硅体碳汇的研究非常具有意义;由于草地沙化现象日益严重，研究草地沙化对草地生态系统植硅体碳汇的影响，使人们更加了解草地植硅体碳汇的调控机制显得十分必要。　　本研究选取了我国北方温带典型的灌和沙化草地生态系统作为研究对象。用偏硼酸锂熔融-稀硝酸溶解法、分光光度法等方法测定样品中的硅含量;用微波消解法、Walkley-Black法、重铬酸钾外加热氧化法等方法提取植物中的植硅体并测试植硅体的含碳量。研究灌丛生态系统硅含量的分布及植硅体碳汇潜力、草地沙化对草地植硅体碳汇的影响可为以后灌丛生态系统硅循环和全球植硅体碳汇的研究提供一些科学参考。　　(1)灌丛生态系统植物的硅含量与植物系统发生分类相关。具体情况为:在单子叶被子植物中的鸭拓草分支的植物和双子叶被子植物中的菊分支植物吸收的硅都比同一门类其他分支的植物高。在生态群落结构层次上，草本层的平均硅含量(9.02mg g-1)高于灌木层平均硅含量(4.14mg g-1)。据估测中国北方温带灌丛总的植硅体碳汇速率为0.11±0.11×106 Mg CO2yr-1，而草本层（0.07±0.07×106Mg CO2yr-1）占到总量的64％。　　(2)灌丛中植物样品的植硅体含量范围为1.59-88.90mg g-1;植硅体含碳量含量范围是4.81-72.27mg g-1;植硅体碳含量范围是0.03-1.26mg g-1。五种灌丛的植硅体产生通量的变化范围为31.73-203.30kg ha-1yr-1，平均为97.51kg ha-1yr-1，总的变化趋势为虎榛子灌丛＞绣线菊灌丛＞山杏灌丛＞酸枣灌丛＞荆条灌丛。五种灌丛的植硅体碳产生通量的变化范围为4.12-7.94kg CO2 ha-1yr-1，平均为5.95kg CO2ha-1yr-1，植硅体碳产生通量的大小顺序为虎榛子灌丛＞绣线菊灌丛≈山杏灌丛＞酸枣灌丛＞荆条灌丛。据估算我国北方温带灌丛的植硅体固碳速率为0.45±0.09 Tg CO2yr-1，全国共有灌丛215×106 ha植硅体固碳可达1.28±0.25 Tg CO2yr-1，全世界灌丛植硅体固碳速率约为15.78±3.12 Tg CO2yr-1。　　(3)所有沙化草地样品的植硅体含量范围是6.05-79.96mg g-1，植硅体含量有随着沙化现象变严重而增加的趋势:重度沙化草地＞中度沙化草地≈未沙化草地＞轻度沙化草地。所有样品中植硅体含碳量的变化范围是3.25-23.63mg g-1，植硅体含碳量有随着沙化现象变严重而减少的趋势:轻度沙化草地≈未沙化草地＞中度沙化草地＞重度沙化草地。样品中植硅体碳含量的变化范围是0.02-1.21mg g-1，四类沙化样地的平均植硅体碳含量相差不大。沙化草地植硅体碳产生通量主要受草地的地上初级净生产力最大，所以植硅体碳产生通量的高低排序为未沙化草地＞轻度沙化草地≈中度沙化草＞地重度沙化草地。结合沙化草地的面积估测我国北方温带沙化草地的植硅体碳汇速率为6.90±1.72×104Mg CO2yr-1，北方温带草地总的植硅体碳汇速率为20.81±3.63×104Mg CO2yr-1。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 植硅体及植硅体碳的性质

1．2．1 植硅体特性

1．2．2 植硅体及植硅体碳的形成

1．2．3 植硅体及植硅体碳的稳定性

1．3 植硅体碳汇研究现状

1．3．1 植物对硅的吸收

1．3．2 土壤植硅体碳研究现状

1．3．3 植物植硅体碳研究现状

1．4 论文选题与技术路线

1．4．1 论文选题

1．4．2 技术路线

2 温带灌丛植物硅含量的系统发生分类控制研究

2．1 材料与方法

2．1．1 样地介绍与样品采集

2．1．2 样品的处理与测试

2．1．3 数据的处理

2．2 结果与分析

2．2．1 不同植物的硅含量

2．2．2 植物不同分类中的硅含量

2．2．3 不同生态层次中的植硅体固碳能力

2．3 讨论

2．3．1 植物系统发生分类对植物体内硅含量的影响

2．3．2 灌丛植被硅含量分布对植硅体碳汇的指示

2．4 小结

3 温带典型灌丛生态系统植硅体碳的产生与累积研究

3．1 材料与方法

3．1．1 样地介绍与样品采集

3．1．2 样品的处理与测定

3．1．3 数据处理

3．2 结果与分析

3．2．1 不同灌丛中的植硅体含量

3．2．2 不同灌丛的植硅体含碳量及植硅体碳含量

3．2．3 不同灌丛的植硅体碳汇现状

3．3 讨论

3．3．1 灌丛植硅体碳汇的影响因素

3．3．2 我国灌丛植硅体碳汇潜力

3．4 小结

4 沙化对温带草地生态系统植硅体碳汇的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 样地介绍与样品采集

4．1．2 样品的处理与测定

4．1．3 数据的处理

4．2 结果与分析

4．2．1 沙化草地植物中植硅体含量、植硅体含碳量及植硅体含碳量的变化

4．2．2 各含量间的相关性

4．3 讨论

4．3．1 沙化草地植硅体的影响因素

4．3．2 沙化草地植硅体碳汇

4．3．3 草地沙化对草地植硅体碳汇的启示

4．4 小结

5 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 研究展望

参考文献

个人简介

致谢