竹林土壤-植物系統(tǒng)Si的生物地球化學(xué)循環(huán)研究.pdf

1、作為典型的硅超富集禾本科植物，竹子在全球的分布面積為2200萬hm2，其中三分之一集中分布在我國浙江、江西和湖南等中亞熱帶紅壤地區(qū)。從現(xiàn)有資料來看，竹林土壤中生物硅的累積速率遠高于赤道雨林、溫帶草原以及溫帶落葉林和針葉林土壤中硅的累積速率。開展竹林土壤-植物系統(tǒng)中硅分布和遷移研究，闡明竹林土壤-植物系統(tǒng)中硅生物地球化學(xué)循環(huán)的規(guī)律與控制機制，可為亞熱帶竹林生態(tài)系統(tǒng)硅循環(huán)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)，也可完善陸地硅生物地球化學(xué)循環(huán)理論。
　　

2、本研究在竹林主產(chǎn)地浙江省青山鎮(zhèn)、西天目鄉(xiāng)、橫畈鎮(zhèn)等地采集毛竹林和雷竹林土壤、植物、溪水、巖石和風(fēng)化殼等樣品。分別采集種植1年、3年、5年的毛竹林表層0～2cm、亞表層2～10cm、中層10～20cm、底層20～40cm土壤樣品和種植1年、5年、10年、15年的雷竹林表層0～10cm、中層10～20cm、底層20～40cm土壤樣品以及不同竹齡竹葉、竹枝、竹干、竹根、竹鞭等器官植物樣品;分別于冬末、夏兩季采集74個竹林小流域溪水樣品。主要分

3、析測試了竹林土壤總硅含量、硅形態(tài)含量及硅的植物有效性，研究了硅在竹子各器官的分布情況和竹林溪水中硅的分布與輸出特征。研究結(jié)果表明:
　　 (1)竹林土壤主要可提取態(tài)硅部分為無定形硅(AmorphousSi)，鐵錳（氫）氧化物結(jié)合態(tài)硅(Fe/Mn-oxideSi)，有效態(tài)硅(AvailableSi)和有機結(jié)合態(tài)硅(OrganicSi)，其中有效態(tài)硅對植物生長硅素有重要意義。毛竹林土壤有效態(tài)硅含量變化范圍為37.52～237.54m

4、g·kg-1(平均96.70mg·kg-1)，硅的植物有效率（有效態(tài)硅含量占可提取態(tài)硅總量的比例，下同）變化范圍為1.42％～6.53％（平均3.28％）。隨種植年限的增加，表層有效硅含量及其植物有效率呈下降趨勢，亞表層呈上升趨勢，中層和底層呈先上升后下降趨勢;有效硅含量及其植物有效率隨土層深度的增加呈下降趨勢。
　　 (2)西天目雷竹林土壤有效態(tài)硅含量變化范圍為84.1～317.9mg·kg-1(平均172.93mg·kg-1

5、)，硅的植物有效率變化范圍為1.60％～12.3％（平均5.20％）。表層和底層的有效硅含量及其植物有效率隨種植年限的增加呈先下降后上升的趨勢，中層趨勢并不明顯;有效硅含量及其植物有效率隨土層深度的增加在覆蓋有機物前后均呈上升趨勢。橫畈雷竹林土壤有效態(tài)硅含量變化范圍為66.8～157.6mg·kg-1(平均94.60mg·kg-1)，硅的植物有效率變化范圍為0.47％～4.25％（平均1.62％）。有效硅含量及其植物有效率隨種植年限的增

6、加呈下降趨勢;有效硅含量及其植物有效率隨土層深度的增加在覆蓋前后呈先下降后上升趨勢。
　　 (3)毛竹硅儲量(418.5kg·hm-2)、風(fēng)化輸入通量(290kg·hm-2·yr-1)和枯落物分解通量(200kg·hm-2·yr-1)分別占毛竹土壤有效硅儲量(696.2kg·hm2)的60.1％、41.7％和28.7％;毛竹吸收通量（280kg·hm-2·yr-1）和河水流出通量（70kg·hm-2·yr-1）分別占毛竹土壤有效

7、硅儲量的40.2％和10.1％;毛竹采伐通量(80kg·hm-2·yr-1)和枯落物通量(200kg·hm-2·yr-1)分別占毛竹硅儲量的19.1％和47.8％。
　　 (4)雷竹硅儲量(656.9kg·hm-2)占雷竹林土壤有效硅儲量(1080kg·hm-2)的60.8％;有機物覆蓋分解的硅通量(260kg·hm-2·yr-1)占雷竹林土壤有效硅儲量的24.1％;雷竹林有機物覆蓋前、后，風(fēng)化輸入硅通量(300kg·hm-2·

8、yr-1，280kg·hm-2·yr-1)分別占雷竹林土壤有效硅儲量的27.8％和25.9％，說明有機物覆蓋分解的硅通量承擔(dān)了一部分從巖石風(fēng)化中輸入的硅的通量，從而風(fēng)化輸入的硅通量比例有所下降;枯落物分解通量(120kg·hm2·yr-1)、雷竹吸收通量(490.9kg·hm-2·yrl)和河水流出通量(70kg·hm-2·yr-1)分別占雷竹土壤有效硅儲量的11.1％、45.5％和6.5％;雷竹采伐通量(60kg·hm-2·yr-1)

9、和枯落物通量(433.9kg·hm-2·yr-1)分別占雷竹硅儲量(656.9kg·hm-2)的9.1％和66.1％。
　　 (5)竹林流域硅酸鹽風(fēng)化強度一般夏季高于冬末。純毛竹林流域內(nèi)溪水中SiO2的濃度(105μmol·L-1)和Si/(Nasilicate+Ksilicate)的比率（平均2.9）明顯高出其他林種流域內(nèi)SiO2的濃度(60μmol·L-1)和Si/(Nasilicate+Ksilicate)的比率（平均2.

10、2）。竹林流域硅酸鹽風(fēng)化導(dǎo)致的SiO2輸出通量(2.5×105mol·km-2·yr-1)一般高于其他林種流域硅酸鹽風(fēng)化導(dǎo)致SiO2輸出通量（平均2.0×105mol·km-2·yr-1）。
　　 (6)竹林土壤-植物系統(tǒng)硅循環(huán)過程是硅素在竹林土壤礦物-土壤水-植物-地下水之間的遷移轉(zhuǎn)化過程。該過程以竹林土壤游離態(tài)硅（有效硅）的吸收為起點，到竹林枯枝落葉返回竹林地表降解釋放到土壤溶液和地下水中，以及游離態(tài)硅再次被竹林吸收的循環(huán)往