水稻生态系统植物岩固碳研究

摘要

植物在吸收硅素的同时，常常会在植物内形成一种具备不同形状的非晶体状二氧化硅结构，也叫做植物岩。植物岩在形成的过程中，往往会存续一些有机物，其中就包括部分的有机碳，这一部分的有机碳由于外层硅的包裹，性质非常稳定，可以存续几千年之久，因而在考古学和生态学上具有重要意义。环境学的研究者们发现这部分碳积蓄的总量较为庞大，因此可以减轻生态环境中的碳排放压力，促进生态平衡，实现环境保护的需求。
　　水稻是中国乃至全世界最广为种植的农作物，由于水稻是典型禾本科喜硅作物，因此在水稻上研究植物岩的碳固定对环境保护很有帮助。本研究选取中国水稻种植量最大的两个省份:湖南、江西，采集24种早稻、晚稻样品，同时采集这些水稻生长的土壤，分别进行硅含量、植物岩、植物岩碳的提取、分析和测算，得到的结论如下:
　　1、早稻和晚稻的植物样品测定显示，晚稻的硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量均高于早稻，且茎秆大于谷粒。早稻茎秆硅含量为17.73～46.20g/kg，晚稻茎秆硅含量为65.18～83.01g/kg;早稻茎秆植物岩含量为73.60～108.80g/kg，晚稻茎秆植物岩含量为133.60～176.00g/kg。早稻茎秆植物岩碳含量为52.19～77.19g/kg，晚稻茎秆植物岩碳含量为83.78～96.83g/kg。早稻谷粒硅含量为26.47～35.92g/kg，晚稻谷粒硅含量为40.32～49.04g/kg;早稻谷粒植物岩含量为15.12～24.60g/kg，晚稻谷粒植物岩含量为23.56～28.88g/kg。早稻谷粒植物岩碳含量为43.93～59.08g/kg，晚稻谷粒植物岩碳含量为53.31～68.46g/kg。
　　2、以植物岩碳/样品干物质量计算碳固定能力，植物茎秆为4.13～16.42g/kg，谷粒为0.78～1.94g/kg，我们的研究表明，以往被忽视的谷粒固碳能力也很高，值得重视。以中国水稻平均亩产量420kg来计算，一公顷水稻每一个生育期内仅仅是稻谷部分就可以固定大约6.3kg碳。根据中国水稻种植面积计算，中国每年水稻茎秆部分植物岩固定的碳为70.56～284.66万吨，水稻稻谷部分每年固碳约为18.82万吨。
　　3、植物中硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量间存在显著正相关关系。例如，水稻茎秆的硅含量与植物岩含量的相关系数R2=0.59(P＜0.01)，谷粒中硅含量与植物岩含量的相关系数R2=0.89（P＜0.01），茎秆植物岩与茎秆植物岩碳含量的相关关系R2=0.95（P＜0.01），而稻谷植物岩与植物岩碳含量的相关系数R2=0.80（P＜0.01）。土壤中硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量间的相关性相对较小。
　　4、土壤植物岩碳/植物岩的生物质量范围从0.17～0.65g/kg，根据中国水稻种植面积计算，中国水稻土耕层植物岩每年固碳约为1.34～4.97万吨。我们的研究结果表明，通过种植植物岩产生能力强、植物岩碳含量高的水稻品种来吸收固定碳，对自然界中碳的生物固定具有重要的作用，有助于缓解全球气候变暖。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1硅对植物的作用

1．1．2植物岩及其形态学

1．1．3植物岩碳(Phytolith-occluded organic carbon，PhytOC)及研究现状

1．2中国水稻现状及研究进展

1．2．1我国水稻的概况及研究背景

1．2．2水稻植物岩及植物岩碳研究现状

第二章研究背景及研究内容

2．1研究背景与意义

2．2研究内容

2．3技术路线

3．1实验材料

3．1．1研究区简况

3．1．2实验设计及土壤背景值

3．2植物样品测定及方法

3．2．1植物样品硅含量测定方法

3．2．2植物样品植物岩含量测定方法

3．2．3植物样品植物岩碳含量测定方法

3．2．4植物样品数据分析与计算

3．3土壤样品测定及方法

3．3．1土壤样品硅含量测定方法

3．3．2土壤样品植物岩含量测定方法

3．3．3土壤样品植物岩碳含量测定方法

3．3．4土壤样品数据分析与计算

第四章湖南、江西水稻植物岩及植物岩碳分析

4．1水稻茎秆样品结果分析

4．1．1水稻茎秆样品硅含量结果分析

4．1．2水稻茎秆样品植物岩结果分析

4．1．3水稻茎秆样品植物岩碳含量结果分析

4．2水稻谷粒样品结果分析

4．2．1水稻谷粒硅含量分析

4．2．2水稻谷粒植物岩含量分析

4．2．3水稻谷粒植物岩碳含量分析

4．3结果与分析

4．3．1早稻和晚稻茎秆、稻谷硅含量和植物岩含量的比较

4．3．2早稻和晚稻茎秆、稻谷植物岩碳含量的比较

4．3．3硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量及植物岩碳在干物质中占比的相关性分析

4．4结果分析与讨论

4．4．1硅与植物岩的含量、相关性及植物岩碳的相关性

4．4．2早稻与晚稻的固碳能力比较

4．5本章小结

第五章湖南、江西土壤植物岩及植物岩碳分析

5．1土壤有效硅含量结果分析

5．2土壤植物岩含量结果分析

5．3土壤植物岩碳含量结果分析

5．4植物岩的显徼镜观测

5．5结果讨论及本章小结

6．1总结

6．1．1．植物岩提取、测定方法改进与优化

6．1．2．水稻植株硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量特点

6．1．3．水稻植株硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量间的相关性

6．1．4．土壤硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量含量特点及相关性

6．1．5．我国水稻生态系统植物岩固碳能力估算

6．2创新点和特色

6．3不足之处及展望

参考文献

彩图附页