【摘要】：自工業(yè)革命以來,大氣二氧化碳(CO_2)濃度的持續(xù)升高和全球氣候不斷暖化,迫使世界各國政府和科學(xué)家們尋求固定大氣CO_2的有效途徑。陸地生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)固碳被認(rèn)為是最有希望的長期固碳途徑,增加陸地生態(tài)系統(tǒng)中生物地球化學(xué)固碳正成為全球變化研究的一個重要方面。在植物固定的有機碳中,植硅體閉蓄有機碳,簡稱植硅體碳(PhytOC),可長期存留于土壤,對減緩大氣CO_2濃度增加具有重要意義。草原生態(tài)系統(tǒng)面積遼闊,增碳潛力巨大,但對草原植硅體固碳潛力的研究目前只有依據(jù)植物地上凈初級生產(chǎn)力而做的估算,地下部分完全忽略;不同草地利用方式對植硅體碳生產(chǎn)的影響尚無研究;不同類型草原由于植被組成、地上凈初級生產(chǎn)力和地下凈初級生產(chǎn)力不同,也會造成植硅體碳生產(chǎn)潛力不同,但是相關(guān)研究的報道極少見�；诓菰叵聝舫跫壣a(chǎn)力是地上凈初級生產(chǎn)力約十倍的事實和人為利用對草原植物組成和初級生產(chǎn)力的影響以及我國草原類型復(fù)雜多樣,我們推測草原植物地下生產(chǎn)是植硅體碳生產(chǎn)的主要部分,并且草原利用將降低植硅體碳的生產(chǎn),以及由于荒漠草原植物水分利用效率高于偏濕潤草原植物,及凈初級生產(chǎn)力偏低,我們推測不同類型草原植硅體碳生產(chǎn)通量為荒漠草原典型草原(偏干旱型)典型草原(偏濕潤型)。因此本論文選擇內(nèi)蒙古草原為研究對象,測定在天然狀態(tài)下草原優(yōu)勢植物地上與地下生產(chǎn)力及其植硅體碳含量,計算草原植硅體碳生產(chǎn)通量,通過測定典型草原不同利用方式草地植硅體的封碳潛力,以及對比不同類型草原植硅體碳的生產(chǎn)通量,為草原植硅體碳匯計算和草原增碳措施制定提供理論依據(jù)。本研究以內(nèi)蒙古不同類型草原和不同草原利用方式下植物群落主要優(yōu)勢植物為研究對象,計算其植硅體碳含量,并研究植硅體在不同植物、不同部位的積累特征與分布規(guī)律,進(jìn)而估算草原植物群落地上和地下植硅體碳生產(chǎn)通量。主要研究結(jié)論如下:1)典型草原天然植物群落主要植物種地下部分的植硅體碳含量(0.67 g kg~(-1))顯著高于地上部分的植硅體碳含量(0.20 g kg~(-1))(p0.05),并且植物群落地下凈初級生產(chǎn)力(BNPP)是地上凈初級生產(chǎn)力(ANPP)的8-15倍。因此,地下生物量植硅體碳儲量(12.50 kg ha~(-1))是地上生物量植硅體碳儲量(0.31 kg ha~(-1))的40倍左右,地下部分植硅體碳生產(chǎn)速率為8.1-15.8 kg ha~(-1) yr~(-1),是地上部分植硅體碳生產(chǎn)速率的25-51倍。因此,典型草原生態(tài)系統(tǒng)的地下凈初級生產(chǎn)力在植硅體碳生產(chǎn)中起著主要作用。2)通過測定典型草原不同利用方式(放牧、長期圍封、短期圍封和割草)草地植物群落生物量和優(yōu)勢植物植硅體碳含量,我們發(fā)現(xiàn)不同利用方式草地植物群落地上和地下植硅體碳含量變化范圍分別為0.08-0.20 g kg~(-1)和0.18-0.66 g kg~(-1),但草原家畜放牧和割草草地的植物群落地上生物量有減少的趨勢,而地下生物量都有增加的趨勢,與圍封相比,草原家畜放牧和割草利用并未降低草原植硅體碳生產(chǎn)。3)三種草原類型植物植硅體含量和植硅體碳含量的變化范圍為4.23-126.01g kg~(-1)和0.23-3.63 g kg~(-1),植硅體封存有機碳的變化范圍為0.66-28.96%,并且藜科、菊科及豆科等植物植硅體封存有機碳含量顯著高于禾本科和莎草科植物(p0.05)。不同草原類型氣候及植被組成不同,氣候較干旱及土壤pH值較低的草原植物群落植硅體碳含量較高,但是較干旱的草原凈初級生產(chǎn)力低于較濕潤的草原類型,導(dǎo)致不同草原類型植硅體碳生產(chǎn)通量為荒漠草原典型草原(偏干旱型)典型草原(偏濕潤型),草原植物植硅體碳生產(chǎn)潛力受不同草原類型的影響較大。本研究估測的草原植硅體封存碳潛力要比之前僅依據(jù)地上凈初級生產(chǎn)力(ANPP)估測的植硅體封存碳潛力要大一個數(shù)量級。本研究建議需要進(jìn)行更多有關(guān)植硅體含量和植硅體碳含量在植物地上和地下的分布及生產(chǎn)的研究,以更準(zhǔn)確量化植物植硅體碳的生產(chǎn)。
【圖文】：

12圖 2.1 研究區(qū)地理位置分布圖Fig 2.1 Location map of the study region and spatial distribution 9 月，以內(nèi)蒙古錫林郭勒典型草原為研究對象進(jìn)行樣品采集林浩特市東北方向 55km 處的內(nèi)蒙古大學(xué)草地生態(tài)學(xué)研究基地標(biāo)為 44 101′N-44°128′N 和 116 101′E-116 127′E，氣候為溫帶均氣溫為 2.6℃，冬季寒冷，平均氣溫為-19.03℃，夏季溫涼38℃。年平均降水量為 270mm，一年內(nèi)降水量變化較大，變化，并且夏季 6 月至 8 月降水量占全年降水量的 60-80%左右。

23 典型草原優(yōu)勢種不同部位植硅體含量（A：植硅體含量/生物量，g kg-1）量（B：植硅體碳含量/生物量，g kg-1），，地上枝條：地上枝葉部分；地下地表土壤中的莖稈和分蘗部分；地下根系：包括地下根狀莖。平均值：7的植硅體含量和植硅體碳含量平均值。 3.1 Phytolith concentration (A: phytolith/dry biomass) and phytolith-occludedn concentration (B: phytOC/dry biomass) in different parts of major plant spec steppe on the Mongolian Plateau. Shoots - the aboveground shoots; Stumps - t buried below the soil surface; Roots - including rhizomes; Average - mean of concentration and PhytOC concentration of seven species.
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S812

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本文編號：2678973