土地利用方式对亚热带森林土壤植硅体碳汇的影响研究

The study will select subtropical forests such as evergreen broadleaved forests, pinus massoniana forests, chinese fir forests and moso bamboo forests with similar conditions, moso bamboo forests with different management modes and management ages, and collect samples of soils, soil water, rainwater, streamwater, plant organs and litters. We will analyse their physicochemical properties, and mineral compositions, and determine the content, micro-morphology, geochemical compositions (e.g., Si, Al, Fe, organic carbon), solubility and dissolution rates of phytoliths seperated from organs, litters and soils. Based on these analyses, by comprehensively using the technologies of phytolith dissolution simulation experiment, radioactive carbon dating, biomass and litterfall flux observation, and mass balance calculation, we will study the accumulation patterns of PhytOC and their controlling factors, develop the calculation standards of phytolith carbon sink, and discuss the impact of land use modes on phytolith carbon sink in soils under subtropical forests. The study can offer scientific references for the measuring and regulation of phytolith carbon sink in soils from subtropical regions, and for policy-making on forest management.

本项目选取立地条件相近的常绿阔叶林、马尾松林、杉木林和毛竹林等亚热带森林类型以及不同经营模式和不同经营年龄的毛竹林，采集岩石、土壤、土壤水、溪水和凋落物等样品并分析其理化性质和矿物组成，综合运用植硅体的溶解模拟实验、放射性碳定年、生物量和凋落物通量观测以及质量平衡计算等技术，研究森林土壤中植硅体包裹态碳(phytolith occluded carbon, PhytOC)的分布和积累规律及其控制因素，建立森林土壤中植硅体碳汇的计量方法，探明土地利用方式对亚热带森林土壤植硅体碳汇的影响。该项研究可为亚热带地区森林土壤中植硅体碳汇的计量与调控提供科学依据，并为亚热带地区林分选择和森林的管理决策提供科学参考。

植硅体是土壤溶液中单硅酸被植物吸收后，在植物细胞内或细胞之间硅化而形成的非晶质二氧化硅，包裹有1%~6%的有机C（PhytOC，PhytOC在植物体降解后仍能长期累积于土壤中，是陆地土壤万年尺度固碳的重要机制之一，因此，开展PhytOC研究具有重大作用。森林植物的凋落物年产生量、植硅体含量以及植硅体中碳含量都决定了PhytOC的累积，土地利用方式变化影响土壤中PhytOC 的累积速率，因此森林土地利用方式对土壤中PhytOC分解和积累有深刻影响。. 项目通过不同森林类型凋落物和土壤植硅体碳含量与贮量的差异研究、亚热带主要森林类型植硅体碳的凋落通量和分解释放规律研究、亚热带重要森林类型植硅体碳封存估测和散生竹不同器官及生态系统中植硅体碳封存特征研究、不同年龄毛竹与不同栽培历史竹林植硅体碳的变化规律等研究。发现了毛竹林是亚热带地区植硅体碳封存潜力最大的林种，每年可封存1.96×105 t CO2，毛竹林地表凋落物层植硅体碳总贮达到了5.68× 104，而0~30cm土层土壤植硅体碳总储量是阔叶林(1.22×107 t C)最高，在不同森林类型中，流纹岩发育的土壤植硅体碳含量显著高。对热带、亚热带8种森林类型植物—凋落物—土壤系统植硅体碳研究表明，土壤植硅体碳含量均显著低于鲜叶和凋落叶，说明植硅体在通过凋落物释放到土壤的过程中是不稳定的。以雷竹为代表，研究了竹子长期集约栽培过程中土壤植硅体封存有机碳变化规律，结果表明，经过20年的人为管理和地表覆盖，0~40 cm的土层PhytOC的储量增加了1.58 Mg•C•ha-1，土壤PhytOC积累速率为79 kg•C•ha-1•yr-1，远大于已知的全球土壤稳定碳平均积累速率24 kg•C•ha-1•yr-1。. 项目研究的科学意义在于，（1）明确了不同土地利用下土壤植硅体碳积累有显著性差异，竹类植物在固定稳定性植硅体碳方面具有很强的优势。（2）首次证实了可以通过人为措施来提高土壤植硅体碳的储存量。（3）发现了森林植物、凋落物进入土壤后，植硅体中封存的碳量会明显减少，说明部分植硅体进入土壤后变得不稳定，有碳释放现象，对传统认为的植硅体碳是真正的稳定碳提出了挑战。