毛竹竹秆碳密度特征研究

毛竹竹秆碳密度特征研究

近代，由于大量消耗岩石燃料和土地利用的变化，温室内气体ch4的浓度增加至379mg。kg和1074mg。kg（工业时代前18033mg.kg和320kg/kg）。温室气体在大气层中的大量积累，引发了全球性的气候问题，已威胁到全球生态环境和人类自身生存与发展。通过植被方式进行碳固定是最经济、最可靠的方法，各种植物的碳固定能力和特征的研究逐渐成为研究的热点。毛竹(Phyllostachysedulis)是我国特有的最重要的经济树种之一，主要分布于秦岭、汉水流域至长江流域的广大地区，是栽培历史较长、栽培面积最大的竹种。毛竹体型高大且单位面积的生物量巨大，碳固定总量远高于其它竹种。目前的竹林植被碳储量研究在不同研究地点得到的差异较大，主要原因是竹种的区别和竹类生物量差异[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17]。竹秆占毛竹林生物量的50%左右，且碳密度较高，深入研究毛竹竹秆的碳密度特征对准确估算毛竹林碳储量有重要的意义。而毛竹竹秆不同部位碳密度的变化情况尚未见报道，本文旨在通过研究各年龄毛竹竹秆的碳密度，了解单株毛竹竹秆碳密度特征，为估算毛竹林碳储量提供科学依据。1材料和方法1.1正常生长毛竹竹秆基本情况毛竹材料于2008年3月采自中国林业科学研究院大岗山生态实验站和江西农业大学毛竹林实验基地，分别选取1、3、7年生正常生长毛竹竹秆，分别代表幼年、中年、老年的毛竹竹秆，代表样株的基本情况(见表1)。1.2样品的采集和保存将毛竹代表样株伐倒后去除竹枝、竹叶，竹秆全部留样带回。鲜样于70℃烘4h，再于105℃烘干至恒重。为提高实验精度，竹秆以节为单位，对节和节间分别取样分析。取样时用电钻在节和节间的不同方向钻取样品，混合研细并密封保存。碳的测定采用重铬酸钾外加热氧化法(中国土壤学会，1999)，并参考GB9834-88。2结果与分析2.1不同竹龄及竹秆节和季节性碳密度的变化不同年龄竹秆节间的碳密度(g/g)介于0.4522～0.4769,1年生、3年生和7年生平均碳密度分别为：0.4638、0.4667、0.4674。不同年龄竹秆节的碳密度(g/g)介于0.4506～0.4757,1、3和7年生平均碳密度分别为：0.4641、0.4648、0.4627。由图2可知，各年龄毛竹竹秆节和节间的碳密度都随相对高度的增加而增加，但不同竹龄间的碳密度的变化趋势有所差异。1年生毛竹竹秆的碳密度在基部上升较慢，中上部上升快，3年生竹秆碳密度在中下部位置上升较快，上部位置碳密度上升慢，7年生竹秆碳密度变化趋势与3年生碳密度变化趋势相近，但碳密度随高度的增加更加平缓。不同竹龄的节和节间碳密度的比较发现，1年生毛竹竹秆中下部位置节的碳密度略高于节间碳密度，而上部位置节间的碳密度略高于节的碳密度。1年生节和节间的碳密度在30节附近高度上相等。3年生毛竹竹秆节间的碳密度均略高于节碳密度，下部上部位置节和节间的碳密度差别稍大，而中部(第25节高度附近位置)节和节间的碳密度很接近。7年生毛竹竹秆节间的碳密度高于节的碳密度，随位置的升高节和节间的碳密度差异逐渐增大。2.2不同年龄间竹秆碳密度的变化节间在竹秆的比例大，以节间的碳密度作为竹秆碳密度。为探讨节间的长度变化对竹秆垂直分布格局的影响，笔者采用相对高度和相对节数的概念对碳密度变化趋势进行比较。相对高度是指该节实际高度与毛竹竹秆总高的比值，相对节数是指该节实际节序数与竹秆总节数的比值。由图2可知，不同年龄间的竹秆碳密度在相对位置(相对节数和相对高度)的变化介于0～0.01(g/g)。基部和中部(相对节数0～0.81，相对高度0～0.83)碳密度都随竹龄的增加而升高，1年生竹秆梢部碳密度高于3、7年生竹秆碳密度。3、7年生竹秆碳密度较接近，梢部碳密度比基部碳密度变化趋势接近程度高。相对高度的碳密度变化比相对节数的碳密度变化趋势接近程度高。碳密度随年龄的增加在竹秆中下部上升明显，而梢部有所降低。且1年生到3年生竹秆碳密度在相对位置的变化较大，而从3年生到7年生竹秆碳密度相对位置的变化较小。2.3不同分段精度下的碳密度由图3可知，尽管各趋势线发生部分的重叠，但不同分段精度可影响毛竹竹秆碳密度在不同位置的变化趋势。以节数分段时，1年生竹秆在第10～30节范围内，不同分段数的碳密度变化趋势线相一致，随分段数的减少在基部和梢部的碳密度有所升高。3年生竹秆在分段数减少时，基部和梢部的碳密度降低，而中部(第20～30节)的碳密度升高。7年生竹秆碳密度随分段数减少，中下部(第1～25节)碳密度升高，而中上部(第25～53节)碳密度的趋势相一致。1.3m处在1年生、3年生和7年生竹秆的相对节数分别是0.22、0.21和0.19，若以该处作为竹秆的碳密度测量点，各年龄竹秆的碳密度值都有所降低，且1年生竹秆的碳密度降低最大，而3年生和7年生的碳密度值降低较小。将竹秆按节分段，按高度分为10、5、3段可知，在相对高度上，1年生竹秆碳密度随分段数的减少，碳密度在中部（相对高度0.2～0.6范围）最接近，而在基部有所升高，梢部升高最大。3年生竹秆碳密度随分段数的减少，在中部(相对高度0.4～0.8范围)相一致，而在基部和梢部碳密度降低的程度较一致。7年生竹秆碳密度在中上部(相对高度0.3～0.9范围)相一致，梢部略降低，基部降低较明显。不同的分段精度对7年生竹秆相对高度碳密度的影响最小。1.3m处在1年生、3年生和7年生竹秆的相对高度分别是0.16、0.11和0.11，若以该处作为竹秆的碳密度测量点，各年龄竹秆的碳密度值与相对节数的碳密度值相近。比较不同分段精度下相对节数和相对高度的碳密度变化可发现，按相对节数的分段方法将竹秆分成5段能得到较精确的碳密度变化趋势。用相对高度的方法对1年生毛竹竹秆进行分段，得到的碳密度变化趋势最差。3竹秆平均碳密度和年龄的关系为最大的提高实验精度，本研究采用分节取样，采用相对高度来统一单株毛竹间的高度差异，本研究发现，竹节和节间碳密度都随竹秆高度升高而增加。1年生竹秆基部碳密度增加较慢，梢部碳密度上升较快。3年生和7年生竹秆碳密度基部和中部上升较快，梢部上升慢。1年生竹秆梢部节间的碳密度高于节的碳密度，基部节碳密度低于节间碳密度。3年生竹秆节间的碳密度均略高于节碳密度，7年生毛竹竹秆中部和梢部节间碳密度明显高于节碳密度。竹秆基部和中部碳密度都随竹龄的增加而升高。按相对节数的分段方法将竹秆分成5段能得到较精确的碳密度变化趋势。竹秆细胞壁随竹龄和相对位置的增大而增厚。同一竹秆自基部至梢部，竹材纤维素的横切面积逐渐缩小，密度逐渐增大，但纤维长度则是中部大于基部大于梢部。对毛竹竹材细胞壁厚度和结晶区比例变化的研究进一步表明，毛竹的生长大都集中在生长初期，毛竹在第2年初期处于幼年竹到中年竹的转变时期，厚壁细胞结晶比例减少；毛竹进入中龄期后，纤维素比例降低，开始木质化，此时结晶比例有所减少；毛竹生长后期，木质化逐渐降低，结晶比例的变化趋于稳定，毛竹竹秆碳密度与竹材的组成密切相关，毛竹竹材组织结构和本研究得到的竹秆碳密度随年龄的变化有较好的吻合关系。本研究测定的不同年龄竹秆节间碳密度介于0.4522～0.4769(g/g)，1年生、3年生和7年生竹秆平均碳密度分别为：0.4638、0.4667、0.4674，竹秆碳密度平均值