毛竹竹稈碳密度特征研究

毛竹竹稈碳密度特征研究

近代，由于大量消耗巖石燃料和土地利用的變化，溫室內(nèi)氣體ch4的濃度增加至379mg。kg和1074mg。kg（工業(yè)時(shí)代前18033mg.kg和320kg/kg）。溫室氣體在大氣層中的大量積累，引發(fā)了全球性的氣候問(wèn)題，已威脅到全球生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)自身生存與發(fā)展。通過(guò)植被方式進(jìn)行碳固定是最經(jīng)濟(jì)、最可靠的方法，各種植物的碳固定能力和特征的研究逐漸成為研究的熱點(diǎn)。毛竹(Phyllostachysedulis)是我國(guó)特有的最重要的經(jīng)濟(jì)樹(shù)種之一，主要分布于秦嶺、漢水流域至長(zhǎng)江流域的廣大地區(qū)，是栽培歷史較長(zhǎng)、栽培面積最大的竹種。毛竹體型高大且單位面積的生物量巨大，碳固定總量遠(yuǎn)高于其它竹種。目前的竹林植被碳儲(chǔ)量研究在不同研究地點(diǎn)得到的差異較大，主要原因是竹種的區(qū)別和竹類(lèi)生物量差異[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17]。竹稈占毛竹林生物量的50%左右，且碳密度較高，深入研究毛竹竹稈的碳密度特征對(duì)準(zhǔn)確估算毛竹林碳儲(chǔ)量有重要的意義。而毛竹竹稈不同部位碳密度的變化情況尚未見(jiàn)報(bào)道，本文旨在通過(guò)研究各年齡毛竹竹稈的碳密度，了解單株毛竹竹稈碳密度特征，為估算毛竹林碳儲(chǔ)量提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1正常生長(zhǎng)毛竹竹稈基本情況毛竹材料于2008年3月采自中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院大崗山生態(tài)實(shí)驗(yàn)站和江西農(nóng)業(yè)大學(xué)毛竹林實(shí)驗(yàn)基地，分別選取1、3、7年生正常生長(zhǎng)毛竹竹稈，分別代表幼年、中年、老年的毛竹竹稈，代表樣株的基本情況(見(jiàn)表1)。1.2樣品的采集和保存將毛竹代表樣株伐倒后去除竹枝、竹葉，竹稈全部留樣帶回。鮮樣于70℃烘4h，再于105℃烘干至恒重。為提高實(shí)驗(yàn)精度，竹稈以節(jié)為單位，對(duì)節(jié)和節(jié)間分別取樣分析。取樣時(shí)用電鉆在節(jié)和節(jié)間的不同方向鉆取樣品，混合研細(xì)并密封保存。碳的測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱氧化法(中國(guó)土壤學(xué)會(huì)，1999)，并參考GB9834-88。2結(jié)果與分析2.1不同竹齡及竹稈節(jié)和季節(jié)性碳密度的變化不同年齡竹稈節(jié)間的碳密度(g/g)介于0.4522～0.4769,1年生、3年生和7年生平均碳密度分別為：0.4638、0.4667、0.4674。不同年齡竹稈節(jié)的碳密度(g/g)介于0.4506～0.4757,1、3和7年生平均碳密度分別為：0.4641、0.4648、0.4627。由圖2可知，各年齡毛竹竹稈節(jié)和節(jié)間的碳密度都隨相對(duì)高度的增加而增加，但不同竹齡間的碳密度的變化趨勢(shì)有所差異。1年生毛竹竹稈的碳密度在基部上升較慢，中上部上升快，3年生竹稈碳密度在中下部位置上升較快，上部位置碳密度上升慢，7年生竹稈碳密度變化趨勢(shì)與3年生碳密度變化趨勢(shì)相近，但碳密度隨高度的增加更加平緩。不同竹齡的節(jié)和節(jié)間碳密度的比較發(fā)現(xiàn)，1年生毛竹竹稈中下部位置節(jié)的碳密度略高于節(jié)間碳密度，而上部位置節(jié)間的碳密度略高于節(jié)的碳密度。1年生節(jié)和節(jié)間的碳密度在30節(jié)附近高度上相等。3年生毛竹竹稈節(jié)間的碳密度均略高于節(jié)碳密度，下部上部位置節(jié)和節(jié)間的碳密度差別稍大，而中部(第25節(jié)高度附近位置)節(jié)和節(jié)間的碳密度很接近。7年生毛竹竹稈節(jié)間的碳密度高于節(jié)的碳密度，隨位置的升高節(jié)和節(jié)間的碳密度差異逐漸增大。2.2不同年齡間竹稈碳密度的變化節(jié)間在竹稈的比例大，以節(jié)間的碳密度作為竹稈碳密度。為探討節(jié)間的長(zhǎng)度變化對(duì)竹稈垂直分布格局的影響，筆者采用相對(duì)高度和相對(duì)節(jié)數(shù)的概念對(duì)碳密度變化趨勢(shì)進(jìn)行比較。相對(duì)高度是指該節(jié)實(shí)際高度與毛竹竹稈總高的比值，相對(duì)節(jié)數(shù)是指該節(jié)實(shí)際節(jié)序數(shù)與竹稈總節(jié)數(shù)的比值。由圖2可知，不同年齡間的竹稈碳密度在相對(duì)位置(相對(duì)節(jié)數(shù)和相對(duì)高度)的變化介于0～0.01(g/g)?；亢椭胁?相對(duì)節(jié)數(shù)0～0.81，相對(duì)高度0～0.83)碳密度都隨竹齡的增加而升高，1年生竹稈梢部碳密度高于3、7年生竹稈碳密度。3、7年生竹稈碳密度較接近，梢部碳密度比基部碳密度變化趨勢(shì)接近程度高。相對(duì)高度的碳密度變化比相對(duì)節(jié)數(shù)的碳密度變化趨勢(shì)接近程度高。碳密度隨年齡的增加在竹稈中下部上升明顯，而梢部有所降低。且1年生到3年生竹稈碳密度在相對(duì)位置的變化較大，而從3年生到7年生竹稈碳密度相對(duì)位置的變化較小。2.3不同分段精度下的碳密度由圖3可知，盡管各趨勢(shì)線(xiàn)發(fā)生部分的重疊，但不同分段精度可影響毛竹竹稈碳密度在不同位置的變化趨勢(shì)。以節(jié)數(shù)分段時(shí)，1年生竹稈在第10～30節(jié)范圍內(nèi)，不同分段數(shù)的碳密度變化趨勢(shì)線(xiàn)相一致，隨分段數(shù)的減少在基部和梢部的碳密度有所升高。3年生竹稈在分段數(shù)減少時(shí)，基部和梢部的碳密度降低，而中部(第20～30節(jié))的碳密度升高。7年生竹稈碳密度隨分段數(shù)減少，中下部(第1～25節(jié))碳密度升高，而中上部(第25～53節(jié))碳密度的趨勢(shì)相一致。1.3m處在1年生、3年生和7年生竹稈的相對(duì)節(jié)數(shù)分別是0.22、0.21和0.19，若以該處作為竹稈的碳密度測(cè)量點(diǎn)，各年齡竹稈的碳密度值都有所降低，且1年生竹稈的碳密度降低最大，而3年生和7年生的碳密度值降低較小。將竹稈按節(jié)分段，按高度分為10、5、3段可知，在相對(duì)高度上，1年生竹稈碳密度隨分段數(shù)的減少，碳密度在中部（相對(duì)高度0.2～0.6范圍）最接近，而在基部有所升高，梢部升高最大。3年生竹稈碳密度隨分段數(shù)的減少，在中部(相對(duì)高度0.4～0.8范圍)相一致，而在基部和梢部碳密度降低的程度較一致。7年生竹稈碳密度在中上部(相對(duì)高度0.3～0.9范圍)相一致，梢部略降低，基部降低較明顯。不同的分段精度對(duì)7年生竹稈相對(duì)高度碳密度的影響最小。1.3m處在1年生、3年生和7年生竹稈的相對(duì)高度分別是0.16、0.11和0.11，若以該處作為竹稈的碳密度測(cè)量點(diǎn)，各年齡竹稈的碳密度值與相對(duì)節(jié)數(shù)的碳密度值相近。比較不同分段精度下相對(duì)節(jié)數(shù)和相對(duì)高度的碳密度變化可發(fā)現(xiàn)，按相對(duì)節(jié)數(shù)的分段方法將竹稈分成5段能得到較精確的碳密度變化趨勢(shì)。用相對(duì)高度的方法對(duì)1年生毛竹竹稈進(jìn)行分段，得到的碳密度變化趨勢(shì)最差。3竹稈平均碳密度和年齡的關(guān)系為最大的提高實(shí)驗(yàn)精度，本研究采用分節(jié)取樣，采用相對(duì)高度來(lái)統(tǒng)一單株毛竹間的高度差異，本研究發(fā)現(xiàn)，竹節(jié)和節(jié)間碳密度都隨竹稈高度升高而增加。1年生竹稈基部碳密度增加較慢，梢部碳密度上升較快。3年生和7年生竹稈碳密度基部和中部上升較快，梢部上升慢。1年生竹稈梢部節(jié)間的碳密度高于節(jié)的碳密度，基部節(jié)碳密度低于節(jié)間碳密度。3年生竹稈節(jié)間的碳密度均略高于節(jié)碳密度，7年生毛竹竹稈中部和梢部節(jié)間碳密度明顯高于節(jié)碳密度。竹稈基部和中部碳密度都隨竹齡的增加而升高。按相對(duì)節(jié)數(shù)的分段方法將竹稈分成5段能得到較精確的碳密度變化趨勢(shì)。竹稈細(xì)胞壁隨竹齡和相對(duì)位置的增大而增厚。同一竹稈自基部至梢部，竹材纖維素的橫切面積逐漸縮小，密度逐漸增大，但纖維長(zhǎng)度則是中部大于基部大于梢部。對(duì)毛竹竹材細(xì)胞壁厚度和結(jié)晶區(qū)比例變化的研究進(jìn)一步表明，毛竹的生長(zhǎng)大都集中在生長(zhǎng)初期，毛竹在第2年初期處于幼年竹到中年竹的轉(zhuǎn)變時(shí)期，厚壁細(xì)胞結(jié)晶比例減少；毛竹進(jìn)入中齡期后，纖維素比例降低，開(kāi)始木質(zhì)化，此時(shí)結(jié)晶比例有所減少；毛竹生長(zhǎng)后期，木質(zhì)化逐漸降低，結(jié)晶比例的變化趨于穩(wěn)定，毛竹竹稈碳密度與竹材的組成密切相關(guān)，毛竹竹材組織結(jié)構(gòu)和本研究得到的竹稈碳密度隨年齡的變化有較好的吻合關(guān)系。本研究測(cè)定的不同年齡竹稈節(jié)間碳密度介于0.4522～0.4769(g/g)，1年生、3年生和7年生竹稈平均碳密度分別為：0.4638、0.4667、0.4674，竹稈碳密度平均值