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湿地硅-碳耦合循环

2、地球化学 > 专题4：河口海岸带生物地球化学

硅对湿地生态系统碳平衡和木质素动态的影响研究
宋照亮*，夏少攀
天津大学表层地球系统科学研究院，天津 300072
* 通讯地址: 天津市南开区卫津路92号天津大学表层地球系统科学研究院
E-mail: songzhaoliang78@163.com
摘要：湿地生态系统在全球碳循环中发挥着重要作用。硅是环境中最为常见的元素之一，在地壳中的丰度为 28.8%。在湿地生态系统中，硅循环与碳循环密切相关，目前在湿地生态系统中硅的循环过程及其对碳循环影响的研究尚且不多。本文研究了芦苇中硅的分布、营养元素生态化学计量比（C、N、P和S）和木质素的合成，探讨硅对湿地生态系统碳周转的影响。结果表明，硅含量（5.14–25.22 mg g-1）与碳浓度（42.97–46.24%）呈负相关关系，与茎（6.763–120.670 mg g-1 C）和鞘（65.400–114.118 mg g-1 C）木质素含量呈显著负相关关系，与叶（36.439–55.905 mg g-1 C）木质素含量关系不显著，这取决于植物器官具有不同的光合或机械支撑作用。生物硅积累可以通过植物生物量增加而提高生物量碳和营养元素的储量。生物硅含量与凋落物分解速率呈负相关关系，这意味着富硅植物具有较低的木质素含量而分解速率加快。表明了在富硅植物的湿地生态系统中，硅循环对碳的生物地球化学循环具有重要作用。植物凋落物（~6000 g m-2 yr-1 GPP）分解后形成土壤有机碳，以白洋淀湿地4种土地利用方式（自然湿地、农田、林地和建筑用地）为研究对象，分析了不同土地利用变化下TC、TN、C/N、SOC、δ13C和β值在不同剖面层次的分布特征，测定了木质素酚的含量，并分析不同木质素单体组成（V%、S%和C%）、单体比值（C/V、S/V）和V类和S类单体的酸醛比（Ad/Al）。结果表明，湿地土壤有机碳含量最高，SOC含量整体表现为：湿地>农田>林地>建筑用地，土壤有机碳稳定性与β值有关，β值依次为：农田>建筑用地>林地>湿地。土壤木质素与SOC含量呈显著正相关关系，且在湿地土壤含量最高，说明木质素对土壤有机碳有较大贡献。各类型土壤中V类单体酸醛比差异不显著，S类单体酸醛比在湿地土壤中最大，表明湿地土壤中木质素酚的降解程度相对较高，且表层土壤大于深层土壤。SOC基底值、C/N、δ13C、木质素单体比值和酸醛比、土壤含水量和土壤质地均是影响β值的因素。本研究为深入了解土壤-植物系统有机碳的分布和周转及可能影响全球变暖的机制研究提供理论依据，为湿地保护、合理利用和可持续发展提供科学参考。