热带、亚热带典型森林-土壤系统植硅体碳演变规律

分别选取中国亚热带毛竹林、马尾松林、青冈林、杉木林和热带青梅林、芭蕉林、橡胶林、马占相思林8种森林类型,采集其鲜叶、凋落叶以及0～10和10～30 cm土层土壤,通过微波消解法提取其中的植硅体,并采用碱溶法测定植硅体中碳含量.结果表明: 4种亚热带森林类型鲜叶、凋落叶和0～10 cm土层中植硅体碳含量均以马尾松林(230.24、229.17、20.87 g·kg^-1)最高,毛竹林(30.55、37.37、3.38 g·kg^-1)最低,10～30 cm土层则以青冈林(18.54 g·kg^-1)最高,毛竹林(2.90 g·kg^-1)最低.热带森林鲜叶中植硅体碳含量以马占相思林(377.66 g·kg^-1)最高,青梅林(46.83 g·kg^-1)最低,凋落叶中则是橡胶林(218.23 g·kg^-1)最高,芭蕉林(27.66 g·kg^-1)最低,而0～10和10～30 cm土层土壤中均以马占相思林(23.84、24.90 g·kg^-1)最高,芭蕉林(3.89、3.93 g·kg^-1)最低.与0～10 cm表层土相比,杉木林、青冈林、马尾松林、毛竹林、橡胶林、马占相思林、芭蕉林和青梅林鲜叶植硅体碳含量分别下降97.4%、94.9%、90.9%、88.9%、95.9%、93.7%、93.3%和63.7%.青冈林、芭蕉林和马占相思林鲜叶植硅体碳含量显著高于凋落叶,而毛竹林、马尾松林、杉木林、青梅林和橡胶林之间无显著差异.8种森林类型土壤植硅体碳含量均显著低于鲜叶和凋落叶,表明植硅体在通过凋落物释放到土壤的过程中是不稳定的.     

毛竹林植硅体碳封存速率估算的最佳鲜叶采样时间

本研究测定了毛竹林1年中不同月份现存鲜叶和凋落物的植硅体碳含量,通过比较不同月份鲜叶植硅体碳封存速率与全年凋落物植硅体碳封存速率,估算毛竹林植硅体碳封存速率的最佳鲜叶采样时间.结果表明: 毛竹鲜叶中植硅体和植硅体碳含量分别为23.45～101.07 g·kg^-1和0.73～1.98 g·kg^-1,且不同月份间差异显著;不同月份毛竹鲜叶植硅体碳封存速率为0.75～7.68 kg·hm^-2·a^-1,最大值和最小值分别出现在12月和4月,且差异显著;2月和12月毛竹鲜叶植硅体碳封存速率与全年凋落物植硅体碳封存速率之间无显著差异,可将2月和12月作为估算毛竹林植硅体碳封存速率的最佳采样月份.     

绿竹和麻竹地上部植硅体碳封存潜力

可以在土壤中稳定存在数千年甚至上万年之久的植硅体碳(phytolith-occluded organic carbon,PhytOC)是陆地植物生态系统长期碳封存的重要机制之一。选取福建南靖地区绿竹(Dendrocalamopsis oldhami(Munro)Keng f.)和麻竹(Dendrocalamus latiflorus Munro)两种重要丛生竹为研究对象,采集其竹叶、竹枝和竹秆样品,用微波消解法提取植硅体,采用碱溶法测定植硅体中碳含量,以比较两种丛生竹的植硅体碳封存潜力和封存速率。结果表明:绿竹和麻竹林地上部不同器官中Si含量变幅分别为4.95—37.53 g/kg和2.01—34.05 g/kg,植硅体含量变幅分别为3.35—100.80 g/kg和1.57—84.06 g/kg,两者地上部不同器官中的含量大小顺序均为叶枝秆。绿竹和麻竹林地上部不同器官干物质中的植硅体碳含量变幅分别为0.51—2.85 g/kg和0.17—2.22 g/kg。绿竹和麻竹林地上部PhytOC储量变幅分别为5.1—13.9 kg/hm~2和1.2—6.3 kg/hm~2。绿竹和麻竹地上植株不同器官中的最高PhytOC储量分别为枝和叶。绿竹和麻竹地上部PhytOC总储量分别为24.3 kg/hm~2和11.1 kg/hm~2。绿竹和麻竹林地上部PhytOC封存速率分别为0.051—0.131 t-e-CO_2hm~(-2)a~(-1)和0.0099—0.0139 t-e-CO_2hm~(-2)a~(-1),以绿竹和麻竹的最高PhytOC封存速率计算,我国绿竹林和麻竹林的地上植株部每年可分别封存1965.29 t CO_2和1520.11 t CO_2。     

松嫩草原典型群落植硅体固碳与植硅体类型关系研究

探讨植硅体固碳能力与植硅体形态间关系,可以更精确估算群落植硅体固碳量,同时为植硅体固碳机制解释提供依据。本文在松嫩草原选取28个群落样方进行研究,按优势植物分为禾本科、莎草科、菊科三种群落类型,采用植硅体碳含量来指示植硅体自身的固碳潜力,植硅体碳占干物质含量指示群落长时间固碳能力(以下简称群落固碳能力),植硅体百分含量与固碳有关指标间的相关性来指示不同植硅体类型的固碳贡献量。研究发现:与非短细胞植硅体相比,短细胞植硅体的百分含量与植硅体碳含量、植硅体碳占干物质含量间的相关性更显著,因而其对植硅体固碳的贡献相对更大。究其原因,本文认为这可能主要与松嫩草原的短细胞植硅体的产量大以及短细胞植硅体的形成过程有关。     

川西亚高山云杉人工林恢复过程中表层土壤碳动态变化

对川西亚高山云杉原始林及其皆伐迹地上云杉人工林不同演替阶段（22、47和65年）表层（0～30 cm）土壤碳储量及活性有机碳含量进行了分析.结果表明：在0～10、10～20和20～30 cm土层中,土壤总有机碳（TOC）储量分别由22年生云杉人工林的9587、7908和71.55 t·hm^-2减少到65年生云杉人工林的56.12、34.75和31.06 t·hm^-2,且47和65年生云杉人工林各层土壤TOC储量小于原始林（88.08、71.16和64.81 t·hm^-2）;各层土壤易氧化有机碳（EOC）含量分别由原始林的3589、26.91和26.00 g·kg^-1 减少到65年生云杉人工林的20.25、14.50和12.36 g·kg^-1,土壤微生物生物量碳（MBC）含量由原始林的524.44、273.26和257.97 mg·kg^-1减少到65年生云杉人工林的 312.41、186.95和152.18 mg·kg^-1,颗粒态有机碳（POC）含量由原始林的40.23、27.10和19.55 g·kg^-1减少到65年生云杉人工林的12.33、7.31和5.32 g·kg^-1.川西亚高山云杉原始林在转变为人工林后相当长的时间内,土壤有机碳及活性碳一直处于净消耗状态.     

中国东北自然土壤剖面中植硅体的垂直分布规律

本研究利用湿式灰化法提取了东北地区23个自然土壤剖面的植硅体,分析、探讨了植硅体在土壤剖面中的垂直分布规律及其影响因素。首先,东北地区自然土壤剖面中植硅体的垂直分布大体呈表层(腐殖质层)富集,但由于土壤理化性质的差异,仍可进一步大体划分为表层相对聚积型(如黑钙土和白浆土)和均匀分布型(如暗棕壤、黑土和冲积土)。其次,土壤原始成土过程、土壤pH等显著影响着土壤剖面中植硅体的分布。我们的研究发现:①基于土壤原始成土过程的分析,推测在土壤剖面(尤其是母质为岩石风化物的土壤)母质层中植硅体可能是不存在的;②土壤有机质影响了土壤剖面中植硅体的多少,依据土壤植硅体浓度-有机质方程得出的土壤剖面特定深度的模拟植硅体总浓度均明显小于其实测值;③土壤pH是影响土壤中植硅体分布的重要因素之一,剖面下层pH较高,保存程度较差的植硅体所占比例却较大;④不同土壤发生层植硅体的大小组成不同,越向深处,小型植硅体所占比例越大。总之,自然土壤剖面中不同土壤发生层植硅体的组成和含量存在差异,推测自然土壤剖面中可能存在植硅体的垂向迁移,但仍需进一步验证。     

深圳市不同土地利用类型土壤有机碳与密度特征

土壤碳库变化对于全球温室效应、全球碳循环有重大的影响.城市土壤是全球碳循环的重要环节,城市化对城市土壤有机碳库的影响不容忽视.在野外调查和样品分析的基础上,对深圳市0～10、11～20、21～30cm深度不同土地利用类型土壤有机碳碳含量、密度及分布特征进行实测统计分析.结果表明:(1)深圳市不同土地利用类型0～30cm土壤有机碳含量均值介于0.72～40.52g·kg^-1.土壤有机碳密度均值介于0.27～13.36kg·m^-2.(2)土壤有机碳含量与密度随土层深度的增加而降低.0～10cm土壤有机碳含量均值介于1.56～71.88g·kg^-1,有机碳密度均值介于0.18～7.05kg·m^-2之间;11～20cm土壤有机碳含量均值介于0.59～36.79g·kg^-1,土壤有机碳密度均值介于0.09～4.5kg·m^-2,21～30cm土壤有机碳含量均值介于0～12.90g·kg^-1,土壤有机碳密度均值介于0～1.78kg·m^-2.(3)林地土壤有机碳含量和密度随着海拔高度的升高而降低,城市建设用地与闲置土地土壤有机碳含量与密度很低.(4)土地利用方式的变化可以改变有机碳在土壤中的贮存与分布.     

不同竹龄雷竹中硅及其他营养元素吸收和积累特征

在浙江省临安市的雷竹主产区,分别采集不同竹龄(1～4 a)和不同器官(叶、枝、秆)的雷竹样品,分析了Si和其他营养元素含量、吸收和积累特征,以及Si和其他营养元素之间的相互关系.结果表明： 雷竹各器官中C含量的大小顺序为竹秆>竹枝>竹叶,Si、N、P、K、Ca、Mg、Al、Fe和Mn含量的大小顺序为竹叶>竹枝>竹秆.除Mn主要积累在竹叶中外,其他9种营养元素主要积累在1年生雷竹的秆中.3～4年生雷竹竹叶的Si平均含量为13.66 g · kg^-1. 雷竹属于Si积累植物.随竹龄的增加,雷竹叶中的N、P、K和Mg含量减少,C、Al和Mn含量增加.雷竹对Si的吸收主要集中在第2年(57.1%),对N和K的吸收主要集中在前两年(67.7%～93.7%),此后N和K从植株体内流出,其流失量分别占总积累量的19.1%～39.1%.雷竹中Si与Ca、Al、Mn呈显著正相关,与N、P、K、Mg呈显著负相关.     

黄土丘陵区表层土壤有机碳沿降水梯度的分布

沿368～591 mm降水量梯度选取7个调查地点、共63个调查样点,在每个样点选择恢复年限相近的林地、草地和农地,调查表层（0～30 cm）土壤有机碳的分布特征,分析气候、土层深度和土地利用类型等因素对土壤有机碳分布的影响.结果表明： 在黄土丘陵区368～591 mm的降水量范围内,表层土壤有机碳含量表现为草地（8.70 g·kg^-1）>林地（7.88 g·kg^-1）>农地（7.73 g·kg^-1）,土壤有机碳密度表现为草地（20.28 kg·m^-2）>农地（19.34 kg·m^-2）>林地（17.14 kg·m^-2）.林地、草地、农地的土壤有机碳含量无显著差异,综合3种土地利用类型的数据分析表明,不同降雨梯度下土壤有机碳含量差异显著（P<0.001）,土壤有机碳含量（r=0.838,P<0.001）与年均降水量间存在显著线性正相关关系;由北向南（以最北端鄂尔多斯为起点）,土壤有机碳含量沿着368～591 mm的年均降水量梯度的递增速率为0.04 g·kg^-1·mm^-1,土壤有机碳密度的递增速率为0.08 kg·m^-2·mm^-1.年均降水量、土壤黏粒含量、林下枯落物蓄积量和农作物根系密度可较好地模拟表层土壤有机碳分布.     

土壤有效硅对大豆生长发育和生理功能的影响

人工调节土壤有效硅含量及盆栽试验,研究土壤有效硅对大豆生长发育和生理功能的影响.结果表明,土壤有效硅含量在55.1～202.8mg·kg^-1范围内,随着土壤有效硅含量的提高,大豆种子萌发过程中蛋白酶和脂肪酶活性升高,淀粉酶活性无显著变化,呼吸速率加快,种子活力升高,萌发速度加快,种子萌发率无显著变化;幼苗生长过程中叶片叶绿素含量无显著变化,光合速率加快,根系活力、硝酸还原酶活力升高,蒸腾强度减弱,水分利用效率和叶含水量升高,抗旱保水能力提高.大豆幼苗含硅量与土壤有效硅含量呈线性正相关趋势(r=0.994).土壤有效硅含量大于202.8mg·kg^-1,生理功能不再显著变化,说明土壤中的硅被大豆吸收后,改善了大豆萌发种子和幼苗的生理功能,使种子萌发和幼苗生长加快.     

生活污水慢渗对‘中林2001’杨树人工林生长的影响

采用不同污水水力负荷(每周0、3、6、9、12、15 cm),在‘中林2001’杨树人工林林地进行了污水慢渗试验.结果表明：不同负荷生活污水处理使‘中林2001’杨树人工林土壤平均有机质、全氮、全磷、全钾和Na⁺含量分别比对照(0 cm)增加1.940、0.115、0.029、1.454和0.030 g·kg^-1;在较低水力负荷(3～12 cm)时,杨树平均总生长量增加17.583 t·hm^-2·a^-1,各器官的平均氮、磷、Na⁺含量分别增加3.086、0.645和0.121 g·kg^-1,水力负荷在每周6～12 cm时, 杨树平均总生长量和各器官平均氮、磷、Na⁺含量达到最大值(36.252 t·hm^-2·a^-1、13.162 g·kg^-1、5.137 g·kg^-1、0.361 g·kg^-1),负荷继续升高则有所下降.杨树各器官钾含量随着水力负荷的增加而降低;污水处理使杨树的叶长增加,叶不对称性减少、使林木延迟落叶.当水力负荷＞每周12 cm时,土壤中较高的Na⁺和水分含量将危害杨树生长.适宜‘中林2001’杨树人工林生长的污水水力负荷在每周3～12 cm.     

Carbon bio‐sequestration within the phytoliths of economic bamboo species

The rates of carbon bio‐sequestration within silica phytoliths of the leaf litter of 10 economically important bamboo species indicates that (a) there is considerable variation in the content of carbon occluded within the phytoliths (PhytOC) of the leaves between different bamboo species, (b) this variation does not appear to be directly related to the quantity of silica in the plant but rather the efficiency of carbon encapsulation by the silica. The PhytOC content of the species under the experimental conditions ranged from 1.6% to 4% of the leaf silica weight. The potential phytolith carbon bio‐sequestration rates in the leaf‐litter component for the bamboos ranged up to 0.7 tonnes of carbon dioxide (CO₂) equivalents (t‐e‐CO₂) ha^?1 yr^?1 for these species. Assuming a median phytolith carbon bio‐sequestration yield of 0.36 t‐e‐CO₂ ha^?1 yr^?1, the global potential for bio‐sequestration via phytolith carbon (from bamboo and/or other similar grass crops) is estimated to be ～1.5 billion t‐e‐CO₂ yr^?1, equivalent to 11% of the current increase in atmospheric CO₂. The data indicate that the management of vegetation such as bamboo forests to maximize the production of PhytOC has the potential to result in considerable quantities of securely bio‐sequestered carbon.     

秦岭南坡东段油松人工林生态系统碳、氮储量及其分配格局

研究秦岭南坡东段8、25、35、42和61年生油松人工林碳、氮储量和分配格局.结果表明: 油松人工林不同林龄乔木层碳、氮含量为441.40～526.21和3.13～3.99 g·kg^-1,灌木层为426.06～447.25和10.62～12.45 g·kg^-1,草本层为301.37～401.52和10.35～13.33 g·kg^-1,枯落物层为382.83～424.71和8.69～11.90 g·kg^-1,土壤层(0～100 cm)为1.51～18.17和0.29～1.45 g·kg^-1.树干和树枝分别是乔木层的主要碳库和氮库,占乔木层碳储量的48.5%～62.7%和氮储量的39.2%～48.4%.林龄对生态系统碳、氮储量均有显著影响.生态系统碳储量随林龄增加而增加,35年时达最大值146.06 t·hm^-2,成熟后碳储量有所下降.5个林龄段油松林生态系统氮储量的最大值为25年时的10.99 t·hm^-2.植被层平均碳、氮储量分别为45.33 t·hm^-2和568.55 kg·hm^-2,土壤层平均碳、氮储量分别为73.12和8.57 t·hm^-2,且土壤层中碳、氮的积累具有明显的表层富集现象.研究区油松人工林生态系统碳、氮储量主要分布在土壤层,其次为乔木层.生态系统碳储量空间分配格局为:土壤层(64.1%)＞乔木层(30.0%)＞灌草层和枯落物层(5.9%),氮储量为土壤层(93.2%)＞乔木层(5.3%)＞灌草层和枯落物层(1.5%).     

盐胁迫对VA菌根形成及接种VAM真菌对植物耐盐性的效应

用盆栽法研究了不同土壤含盐量条件下接种不同VAM真菌菌株对棉花、玉米、大豆和甜瓜耐盐性的影响。结果表明,随着土壤中NaCl水平提高,真菌对棉花、玉米、大豆和甜瓜的侵染率下降,其生长量亦均呈递减趋势但对VAM真菌的依赖性则呈明显递增趋势。接种VAM真菌促进了棉花、玉米和大豆的生长,如在NaCl施入量为0～3g·kg^-1时,接种M₁菌株使棉花干重提高4.6～80.9%;在NaCl施入量为0～2.5g·kg^-1时,接种M₁菌株的玉米干重比对照增加20～109.6%;NaCl施入量为1g·kg^-1时,接种M₁和M₂两菌株使大豆干重分别增加22.1%和10.2%.不同的VAM真菌菌株对同一植物的耐盐性以及同一种VAM真菌菌株对不同植物的耐盐性的影响程度不同。可以认为,VAM真菌与植物共生对植物在盐渍环境中的生存起着重要的作用;接种VAM真菌可以提高植物在盐渍土壤上的生产能力并减轻植物因盐害造成的产量损失。     

竹叶对萝卜幼苗生长的影响

采用琼脂混粉法研究了22属83种竹叶对萝卜幼苗生长的影响,结果表明:在2g·L^-1的添加浓度下,供试竹叶对萝卜幼苗表现出不同程度的抑制作用,且对根生长的抑制作用大于对胚轴生长和鲜重的抑制作用。刚竹属、簕竹属、大明竹属、牡竹属中,对根长的抑制率在50%以上的竹种分别占70.83%、71.43%、62.50%、85.71%;其它竹属的30种竹叶,有73.33%的竹种对萝卜幼苗根长的抑制率超过50%。淡竹、桂竹、孝顺竹、宜兴苦竹、长叶苦竹、甜龙竹、铺地竹和铁竹等8种竹叶对萝卜幼苗的抑制作用显著,对萝卜根的抑制率均在80%以上。结果对于竹类植物化感作用研究具有参考作用,对拓展竹叶资源的化学利用途径具有一定的指导意义。     

Phytolith‐occluded carbon sequestration potential in three major steppe types along a precipitation gradient in Northern China

Phytolith‐occluded carbon (PhytOC) is an important long‐term stable carbon fraction in grassland ecosystems and plays a promising role in global carbon sequestration. Determination of the PhytOC traits of different plants in major grassland types is crucial for precisely assessing their phytolith carbon sequestration potential. Precipitation is the predominant factor in controlling net primary productivity (NPP) and species composition of the semiarid steppe grasslands. We selected three representative steppe communities of the desert steppe, the dry typical steppe, and the wet typical steppe in Northern Grasslands of China along a precipitation gradient, to investigate their species composition, biomass production, and PhytOC content for quantifying its long‐term carbon sequestration potential. Our results showed that (a) the phytolith and PhytOC contents in plants differed significantly among species, with dominant grass and sedge species having relatively high contents, and the contents are significantly higher in the below‐ than the aboveground parts. (b) The phytolith contents of plant communities were 16.68, 17.94, and 15.85 g/kg in the above‐ and 86.44, 58.73, and 76.94 g/kg in the belowground biomass of the desert steppe, the dry typical steppe, and the wet typical steppe, respectively; and the PhytOC contents were 0.68, 0.48, and 0.59 g/kg in the above‐ and 1.11, 0.72, and 1.02 g/kg in the belowground biomass of the three steppe types. (c) Climatic factors affected phytolith and PhytOC production fluxes of steppe communities mainly through altering plant production, whereas their effects on phytolith and PhytOC contents were relatively small. Our study provides more evidence on the importance of incorporating belowground PhytOC production for estimating phytolith carbon sequestration potential and suggests it crucial to quantify belowground PhytOC production taking into account of plant perenniality and PhytOC deposition over multiple years.     

Effects of nitrogen addition on clonal integration between mother and daughter ramets of Moso bamboo: a 13C-CO2 pulse labeling study

用¹³C-CO₂脉冲标记法研究氮添加对毛竹母子分株克隆整合的影响 相连分株间的资源共享(即克隆整合)是克隆植物的显著特征。克隆整合使毛竹(Phyllostachys pubescens)对多种环境条件具有较强的适应性。但毛竹通过克隆整合获得性能提升的机制尚不明确。本 研究区分并分析了毛竹光合碳的顶向整合和基向整合,以探究毛竹克隆片段如何在土壤氮异质性条件下 提高整体收益。本研究以由两株不同年龄毛竹分株组成 的克隆片段为研究对象,分株间通过根状茎连接。 每个分株设置氮添加或无氮添加两种处理,并通过单株母株或子株的¹³C-CO₂脉冲标记对光合碳的顶向整合和基向整合进行区分。研究结果表明,子株氮添加显著促进了光合碳由母株向子株的顶向整合,无论母株是否有氮添加,均向氮添加子株转运更多的光合碳。转运自无氮添加母株的光合碳主要分配至氮添加子株的 叶片,而转运自氮添加母株的光合碳则主要分配至根系。与无氮添加处理的子株相比,氮 添 加子株转运更多的光合碳至母株,且该过程不受母株氮添加的影响。转运自氮添加子株的光合碳主要 分配至无氮添加母株的根系和氮添加母株的叶片。这些结果说明,母株优先将更多的资源投入到具有高 养分可利用性的子株,随后子株作为更高效的资源采集点,根据母株的养分状况针对富集资源进行获取。通过这种方式,克隆植物可以降低资源获取成本并提高资源获取效率,最大限度地提升其整体表现。