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The production and accumulation of phytoliths in rice ecosystems:a case study to Jiaxing Paddy Field

稻田生态系统中植硅体的产生与积累——以嘉兴稻田为例



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 渊杂匀耘晕郧栽粤陨 载哉耘月粤韵冤
摇 摇 第 猿猿卷 第 圆圆期摇 摇 圆园员猿年 员员月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
利用分布有 辕无数据预测物种空间分布的研究方法综述 刘摇 芳袁李摇 晟袁李迪强 渊苑园源苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观服务研究进展 刘文平袁宇振荣 渊苑园缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
土壤呼吸组分分离技术研究进展 陈敏鹏 袁夏摇 旭袁李银坤袁等 渊苑园远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
平茬高度对四合木生长及生理特性的影响 王摇 震袁张利文袁虞摇 毅袁等 渊苑园苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同水分梯度下珍稀植物四数木的光合特性及对变化光强的响应 邓摇 云袁陈摇 辉袁杨小飞袁等 渊苑园愿愿冤噎噎噎
水稻主茎节位分蘖及生产力补偿能力 隗摇 溟袁李冬霞 渊苑园怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于辐热积法模拟烤烟叶面积与烟叶干物质产量 张明达袁李摇 蒙袁胡雪琼袁等 渊苑员园愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响
田慎重袁王摇 瑜袁李摇 娜袁等 渊苑员员远冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同光照强度下兴安落叶松对舞毒蛾幼虫生长发育及防御酶的影响 鲁艺芳袁严俊鑫袁李霜雯袁等 渊苑员圆缘冤噎噎
南方小花蝽在不同空间及笼罩条件下对西花蓟马的控制作用 莫利锋袁郅军锐袁田摇 甜 渊苑员猿圆冤噎噎噎噎噎噎
浮游植物对溶解态 粤造的清除作用实验研究 王召伟袁任景玲袁闫摇 丽袁等 渊苑员源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
卧龙巴郎山川滇高山栎群落植物叶特性海拔梯度特征 刘兴良袁 何摇 飞袁 樊摇 华袁等 渊苑员源愿冤噎噎噎噎噎噎噎
春夏季闽江口和兴化湾虾类数量特征 徐兆礼袁孙摇 岳 渊苑员缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
啃食性端足类强壮藻钩虾对筼筜湖三种大型海藻的摄食选择性 郑新庆袁黄凌风袁李元超袁等 渊苑员远远冤噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
源种农业措施对三化螟种群动态的控制作用 张振飞袁黄炳超袁肖汉祥袁等 渊苑员苑猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土高原沟壑区森林带不同植物群落土壤氮素含量及其转化 邢肖毅袁黄懿梅袁安韶山袁等 渊苑员愿员冤噎噎噎噎噎
基于诊断学的生态系统健康评价 蔡摇 霞袁徐颂军袁陈善浩袁等 渊苑员怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
稻田生态系统中植硅体的产生与积累要要要以嘉兴稻田为例 李自民袁宋照亮袁姜培坤 渊苑员怨苑冤噎噎噎噎噎噎噎
自由搜索算法的投影寻踪模型在湿地芦苇调查中的应用 李新虎袁赵成义 渊苑圆园源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
贺兰山不同海拔典型植被带土壤微生物多样性 刘秉儒袁张秀珍袁胡天华袁等 渊苑圆员员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
内蒙古典型草原灌丛化对生物量和生物多样性的影响 彭海英袁李小雁袁童绍玉 渊苑圆圆员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区 愿园种植物繁殖体形态特征及其物种分布 王东丽袁张小彦袁焦菊英袁等 渊苑圆猿园冤噎噎噎噎噎噎
基于 酝粤载耘晕栽模型的贺兰山岩羊生境适宜性评价 刘振生袁高摇 惠袁摇 滕丽微袁等 渊苑圆源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
太湖湖岸带浮游植物初级生产力特征及影响因素 蔡琳琳袁朱广伟袁李向阳 渊苑圆缘园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
艾比湖地区土壤呼吸对季节性冻土厚度变化的响应 秦摇 璐袁吕光辉袁何学敏袁等 渊苑圆缘怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
田间条件下黑垆土基础呼吸的季节和年际变化特征 张彦军袁郭胜利袁刘庆芳袁等 渊苑圆苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
光核桃遗传资源的经济价值评估与保护 张丽荣袁孟摇 锐袁路国彬 渊苑圆苑苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
棉花节水灌溉气象等级指标 肖晶晶袁霍治国袁姚益平袁等 渊苑圆愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
云南红豆杉人工林萌枝特性 苏摇 磊袁苏建荣袁刘万德袁等 渊苑猿园园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
赣中亚热带森林转换对土壤氮素矿化及有效性的影响 宋庆妮袁杨清培袁余定坤袁等 渊苑猿园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
圆园员猿年 耘怎则燥责藻葬灶 郧藻燥泽糟蚤藻灶糟藻泽 哉灶蚤燥灶国际会议述评 钟莉娜袁赵文武 渊苑猿员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆苑远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员猿鄄员员
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 山坡岩羊图要要要岩羊属国家二级保护动物袁因喜攀登岩峰而得名袁又名石羊遥 贺兰山岩羊主要分布于海拔 员缘园园要
圆猿园园皂的山势陡峭地带袁羊群多以 圆要员园只小群为主遥 生境适宜区主要为贺兰山东坡渊宁夏贺兰山国家级自然保护
区冤的西南部袁而贺兰山西坡渊内蒙古贺兰山国家级自然保护区冤也有少量分布遥 贺兰山建立国家级自然保护区以
来袁随着保护区环境的不断改善袁这里岩羊的数量也开始急剧增长袁每平方公里的分布数量现居世界之首袁岩羊的活
动范围也相应扩大到低山 怨园园米处的河谷遥 贺兰山岩羊生境选择的主要影响因子为海拔尧坡度及植被遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 22 期
2013年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.22
Nov.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目 ( 41103042); 浙江省自然科学基金资助项目 ( Y5080110); 国家重点实验室开放基金联合资助
(SKLEG9011)
收稿日期:2012鄄07鄄26; 摇 摇 修订日期:2012鄄12鄄24
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: songzhaoliang78@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201207261061
李自民,宋照亮,姜培坤.稻田生态系统中植硅体的产生与积累———以嘉兴稻田为例.生态学报,2013,33(22):7197鄄7203.
Li Z M, Song Z L, Jiang P K.The production and accumulation of phytoliths in rice ecosystems:a case study to Jiaxing Paddy Field.Acta Ecologica Sinica,
2013,33(22):7197鄄7203.
稻田生态系统中植硅体的产生与积累
———以嘉兴稻田为例
李自民1,宋照亮1,2,3,*,姜培坤1,2
(1. 浙江农林大学 环境与资源学院, 临安摇 311300; 2. 浙江农林大学 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室, 临安摇 311300;
3. 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室, 贵阳摇 550002)
摘要:在嘉兴杭嘉湖平原实验基地,以嘉花 11、浙粳 37、宁 81、祥湖 301、秀水 09等 5个品种水稻及其 0—10cm表层土壤为研究
对象,运用微波消解和 Walkley鄄Black的方法,研究了稻田生态系统中植硅体的产生和积累通量,为了解植硅体在稻田生态系统
硅和碳生物地球化学循环中的作用提供科学参考。 结果表明:(1)植硅体含量在不同品种水稻中嘉花 11、宁 81 和祥湖 301 高
于浙粳 37和秀水 09,在各器官中鞘>叶>茎>根>穗;(2)水稻植株植硅体产生通量为 1269.59 kg hm-2 a-1,其中地上部分为
1203郾 44 kg hm-2 a-1,地下部分为 66.15 kg hm-2 a-1,在种植 50a的稻田 0—10cm土壤中的积累通量为 40.38 kg hm-2 a-1;(3)选择
嘉花 11等高植硅体含量品种进行推广种植,对提高水稻植硅体产生通量及其包裹大气中 CO2通量有很大的作用。
关键词:稻田;植硅体;产生通量;积累通量;秸秆还田;植硅体固定 CO2
The production and accumulation of phytoliths in rice ecosystems:a case study to
Jiaxing Paddy Field
LI Zimin1, SONG Zhaoliang1,2,3,*, JIANG Peikun1,2
1 School of Environment and Resources, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin忆an 311300, China
2 Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration, Zhejiang A & F University, Lin忆an 311300, China
3 State Key Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China
Abstract: Phytolith, the opal of amorphous silica formed in plant tissues (e.g., cell walls, cell luminas, and intercellular
spaces typically near evaporating surfaces), presents in most plants. This study selected plants of five rice cultivars of
Jiahua11, Zhejing37, Ning81, Xianghu301, Xiushui09 and their corresponding surface soils ( 0—10 cm ) at the
experiment base of Hangjiahu plain in Jiaxing, to investigate the fluxes of the phytolith production and accumulation in rice
ecosystems. The main purpose of this study is to provide scientific reference for understanding the role of phytoliths in
biogeochemical cycles of silicon and carbon. Results showed that the phytolith content varied from 40.54 to 51.40 g / kg,
with an average of 46.54 g / kg, being higher in Jiahua11, Ning81 and Xianghu 301 than that in Zhejing37 and Xiushui09 It
decreased in the following order among different organs: sheath > leaf > stem > root > grains. There was a positive
correlation between phytolith content and total SiO2 in rice and soil, R
2 = 0.8156 (P<0.01) and R2 = 0.355 (P<0.05),
respectively. The total production flux of phytoliths for whole plants was 1269. 59 kg hm-2 a-1 . The aboveground and
underground phytolith production flux was 1203.44 and 66.15 kg hm-2 a-1, respectively. The flux of phytolith production
differed in different rice cultivars. The flux of aboveground and underground phytolith production in Jiahua11 was higher
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than that of the other. The flux of phytolith production from root, stem, sheath, leaf and grains is 66.15, 131.65, 491郾 08,
185.36 and 395.35 kg hm-2 a-1, respectively. In rice ecosystems with 50 years of cultivation, the phytolith accumulation
flux in surface soil (0—10 cm) was 40.38 kg hm-2 a-1, which was equivalent to the flux of root phytolith production,
implying that the rice straws are rarely returned to the paddy soil. The production flux of rice phytolith to sequestrate the
atmospheric CO2 was 46. 55—279. 31 kg hm
-2 a-1 and the accumulation flux of paddy soil phytolith sequestrate the
atmospheric CO2 was 1. 48—8. 88 kg hm
-2 a-1 . It was promising to improve the fluxes of phytolith production and the
phytolith to sequestrate CO2 by selecting high phytolith content rice varities such as Jiahua11.
Key Words: rice ecosystems; phytoliths; production fluxes; accumulation flux; straw returning; phytolith
sequestration CO2
植硅体(Phytoliths)俗称植物蛋白石(plant opal),是植物在生长过程中依靠根系吸收土壤中可溶性的二
氧化硅(SiOH4,即单硅酸),在蒸腾等作用下,沉淀在植物的细胞壁、内腔和细胞壁间的无定形二氧化硅[1鄄2]。
随着植物的死亡,植物残体在微生物分解等作用下,大量的植硅体释放到土壤中[3],由于其较强的抗分解能
力,可以长时间的保存在土壤和沉积物中[4],在第三纪[5]甚至晚白垩纪的土壤层中都可以发现[6]。
目前,有关植硅体的研究主要是在以下几个方面开展:农业考古[7鄄9]、碳同位素研究[10鄄12]、古气候重
建[13鄄16]、植硅体固定大气中 CO2的潜力[17鄄21]、植硅体放射性定年[22鄄23]及植物分类学[1, 24]等。 植硅体作为生物
硅(biogenic silica)的一个组成部分,在全球硅的生物地球化学循环中起着重要作用[25鄄26],但对不同植物植硅
体含量[21]及植硅体在生物硅库中的含量变化研究较少[27]。
世界上种植水稻的国家有 111 个,其中中国是水稻种植面积最大的国家,2011 年的水稻种植面积高达
2郾 96伊107hm2 [28],约占世界的 35%[29]。 水稻是积累硅较强的禾本科植物,其干物质含硅 ( SiO2 )量高达
15%[30],对陆地表层生物硅的生物地球化学循环可能有重要影响[31]。 水稻土中植硅体形态特征及其演化等
目前已有较多研究[32鄄36],但水稻生态系统中植硅体的产生和积累通量及其影响因素如何目前并不清楚。 本
文选取杭嘉湖平原水稻种植基地的不同品种水稻及其表层土为研究对象,通过对不同品种水稻各个器官和表
层土中植硅体的含量分布特征分析,并利用水稻干物质产生与归还等数据,来阐明水稻生态系统中植硅体产
生和积累规律,为了解植硅体在稻田生态系统硅和碳生物地球化学循环中的作用提供科学参考。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
嘉善县位于太湖流域的杭嘉湖平原,地处中亚热带北缘,气候温和,雨量充沛。 全县水稻种植面积 1.823
万 hm2,其中单季稻 1.611万 hm2,是浙江省重要的商品粮基地之一。 试验地选择在嘉善县西塘镇邗上村的强
农兴农示范工程、农作物新品种区域试验和展示示范基地(30毅56忆06.3义N,120毅51忆52.9义E),面积 83.33hm2,核
心区面积 15.67hm2。 2007年至 2010年,在同一块试验地内,对祥湖 301、嘉花 11、浙粳 37、宁 81、秀水 09 等 5
个品种水稻进行了对比试验。 试验期间,祥湖 301、浙粳 37、宁 81、秀水 09、嘉花 11 平均 667m2 产分别为
541郾 3、584.2、586、516.5、600kg。
1.2摇 样品采集
样品采集选择在 2010年 10月份水稻成熟期,成熟期水稻植硅体含量最大[37鄄38],在每个品种稻田中,分别
采集水稻表层土(0—10cm)、根、茎鞘、叶和稻穗等样品。 采集方法是在每一个品种稻田中 200cm的范围内选
择 7个穴,每个穴采集 10—15株水稻,连根拔起,混匀后放在塑料布上,轻轻敲打根部,去除杂草、石块后,用
不锈钢剪刀于水稻露地处剪断,收集稻根,分别再采集稻穗、茎、叶和鞘,编号装袋。 同时采集每个穴对应的水
稻植株样品附近 0—10cm的表层土,最后把 7个穴的土壤混合成一个土样,约 500g。
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1.3摇 样品处理和分析
1.3.1摇 土壤样品
摇 摇 采集的土样,经自然风干后,挑根,研磨先过 10目筛,供土壤硅、磷有效态的分析测试,然后均匀的取出三
分之一 10目筛土样过 100目筛供土壤全硅分析。 土壤 pH、有机质、有效磷、有效硅、总硅等含量按文献[39]方
法测定。 土壤植硅体的提取按照文献[31]方法提取,但略有变动,为了提取土壤中更高纯度的植硅体含量,每
份样品都要进行多次加重液重复提取,同时重液密度维持在 2.38左右。
1.3.2摇 植物样品
采集的水稻植株各器官根、茎、鞘、叶和穗先分别用自来水多次冲洗,根用超声波清洗过后,和其它器官一
起再用去离子水反复冲洗干净,放置鼓风烘箱中 105益进行杀青 30min,最后放在鼓风烘箱中 75益烘干至恒
重,称其干重。 各器官剪碎后混匀,分成两份,其中一份用不锈钢植物粉碎机粉碎,其中一份用剪刀剪至 1cm
左右供以植硅体提取分析。 样品的总硅含量按照文献[39]方法测定。 植物样品植硅体的提取按照微波消解的
方法来提取[40],同时用 Walkley鄄Black方法彻底地除去植硅体外面多余的有机质[41]。 提取出的植硅体放在干
燥过的离心管内(已称重),在鼓风烘箱中 75益干燥 24h,然后称重得出植硅体质量[40]。
1.4摇 数据处理
本文的结果数据为 3次重复的平均值,数据进行方差分析,并用新复极差法进行多重比较。 数据的统计
分析均在 Microsoft、Excel和 DPS等软件上进行。
2摇 结果与分析
2.1摇 水稻土壤的理化参数与植硅体含量
表 1给出了不同品种稻田表层土壤的基本理化参数和植硅体含量变化。 不同品种水稻表层土 pH 值变
化不大,均值为 5.87,呈现为弱酸性。 水稻表层土壤有机质较丰富,变换范围为 15.16—19.62g / kg,平均值为
22.86g / kg。 土壤总 SiO2和有效硅含量在不同水稻表层土中变化不大,之间差异不是很明显,均值分别为
667郾 03g / kg和 227.11mg / kg。 有效态 Fe2O3含量在不同水稻表层土壤中有较大的变化,变化范围为 704.89—
1943郾 51mg / kg,均值为 1332. 63mg / kg。 不同品种水稻表层土壤中有效磷含量较高,变化范围为 24. 73—
52郾 60mg / kg,均值为 35.23mg / kg。
不同品种水稻表层土植硅体含量差异不显著(11.62—19.24g / kg之间,平均值为 15.63g / kg),其中嘉花 11
土壤层最高 19.24g / kg,祥湖 301最低 11.62g / kg 。
表 1摇 不同品种水稻表层土壤的基本理化参数和植硅体含量
Table 1摇 The basic physicochemical parameters of surface soil from different rice species
品种
Species pH
有机质
SOM
/ (g / kg)
总 SiO2
Total SiO2
/ (g / kg)
植硅体
The phytoliths
/ (g / kg)
有效态 (Available form)
SiO2 / (mg / kg) P / (mg / kg)
嘉花 11 5.75依0.21a 23.43依0.97b 661.13依41.1a 19.24依3.21a 206.10依10.48b 41.69依1.87b
祥湖 301 5.83依0.13a 15.16依0.71c 681.42依49.23a 11.62依2.13b 260.61依5.48a 28.72依3.16bc
浙粳 37 5.99依0.17a 24.83依0.45b 660.62依23.41a 15.25依1.32ab 208.63依15.13b 28.41依1.31bc
宁 81 6.00依0.03a 22.63依0.37b 661.72依37.42a 16.91依2.13ab 252.92依11.95a 52.60依2.32a
秀水 09 5.81依0.07a 29.26依0.73a 670.24依46.86a 15.13依1.03ab 207.27依4.37b 24.73依1.08c
平均值 5.87 22.86 667.03 15.63 227.11 35.23
摇 摇 所列数值间的差异比较为同一指标不同样品间的比较,不同字母表示数值间差异显著 (P<0.05)
2.2摇 植硅体在不同品种水稻各器官中分布特征
表 2给出了稻田生态系统中植硅体的含量变化范围。 不同品种水稻植硅体含量有一定的差异(40.54—
51.40g / kg,均值为 46.54g / kg),其中嘉花 11 最高(51.40g / kg),其次是祥湖 301(50.00g / kg)和宁 81(46.40
g / kg),浙粳 37(40.54g / kg)和秀水 09(44.36 g / kg)最低。
9917摇 22期 摇 摇 摇 李自民摇 等:稻田生态系统中植硅体的产生与积累———以嘉兴稻田为例 摇
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不同品种水稻各器官中植硅体含量均表现出相同的分布趋势:鞘>叶>茎>根>穗(表 2)。 鞘部植硅体含
量最高,明显高于其余各器官,其变化范围较大在 103.06—144.04g / kg之间,均值为 119.86g / kg;其次是叶,水
稻叶部植硅体含量变化为 55.52—79.30g / kg,均值是 70.39g / kg;水稻茎部植硅体含量变化较小,在 30.90—
40郾 16g / kg之间,平均值是 37. 61g / kg;根部植硅体含量变化较大,范围在 22. 42—38. 24g / kg 之间,均值是
32郾 41g / kg;穗部植硅体含量最低,含量变化在 15.23—27.18g / kg之间,均值为 22.29g / kg(表 2)。
表 2摇 稻田生态系统中水稻各器官和地上部分及其表层土壤中植硅体的含量变化
Table 2摇 The variation of phytolith content from different rice organs, the aboveground and surface soil in rice ecosystem
品种
Species

Root
/ (g / kg)

Stem
/ (g / kg)

Sheath
/ (g / kg)

Leaf
/ (g / kg)

Grain
/ (g / kg)
地上部分
The ground
(Mean) / (g / kg)
嘉花 11 37.23依4.02a 39.95 依4.98a 144.01 依7.03a 74.65 依0.11a 21.59 依2.05ab 51.40
祥湖 301 26.02依4.41b 39.10 依2.38a 118.57依5.79bc 77.90 依1.98a 27.18 依5.75a 50.00
浙粳 37 38.24依4.83a 40.16 依2.27a 103.06依2.37d 79.30 依5.19a 15.52 依1.46b 40.54
宁 81 22.42依1.62c 37.43 依1.56a 108.85依3.83c 64.61 依9.24ab 26.58 依3.94a 46.40
秀水 09 38.12依1.43a 30.90 依3.43a 124.80依5.73b 55.52 依8.18b 20.59 依0.31ab 44.36
平均值 Mean 32.41 37.61 119.86 70.39 22.29 46.54
摇 摇 所列数值间的差异比较为同一指标不同样品间的比较,不同字母表示数值间差异显著 (P<0.05)
3摇 讨论
图 1摇 稻田生态系统中植硅体与总 SiO2之间的相关性(土壤剖面的数据来自文献[31] )
Fig.1摇 The correlation of the phytoliths and total SiO2 in rice ecosystems
3.1摇 稻田生态系统中植硅体含量的影响因素
在土壤总硅及有效硅含量差异不显著的情况下,水稻基因的不同,不同品种水稻对硅的吸收能力不同,植
硅体在每个水稻植株及其各个器官中的含量也有一定的差异[30],总体上表现出,嘉花 11、宁 81和祥湖 301植
硅体含量较高于浙粳 37和秀水 09。 在植物蒸腾的作用下,植硅体在水稻植株中各器官中的分布均呈现出相
同的分布趋势:鞘>叶>茎>根>穗[42]。 由表 2 可以看出,稻田生态系统中 0—10cm 土壤层植硅体含量明显低
于水稻各器官中的,引起这个差异的原因,主要是以前的水稻植株在收割以后并没有全部归还于土壤中,仅仅
剩下根部残茬留在土壤,例如本实验中祥湖 301稻田,有机质含量很低,其表层土中植硅体含量也明显低于其
它稻田表层土中的。 此外,归还到土壤中的植硅体会受到一些人为的扰动、侵蚀和沉积事件等的影响,造成部
分植硅体的损失[25]。 所以,土壤中的植硅体含量与植物中相比会相对少很多。
从图 1可以看出水稻植株植硅体与其总 SiO2有强的的正相关性,为 R2 = 0.8156(P<0.01) [31],表明水稻植
株富硅能力强的部分,其植硅体含量也高。 因此,为了提高植物植硅体的含量,可以选择一个高硅吸收作物
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(例如,嘉花 11)进行推广。 前人的研究也发现通过施用钢渣等硅肥可以明显的增加植物吸收的硅含量[43鄄44],
或许那些影响植物硅吸收的因素,最终可能也会对植物植硅体的积累产生一定的影响,因此可以通过硅调控
机制来增加植物的硅含量,进而来提高植物植硅体的含量就显得科学可行。
由图 1还可以看出土壤中植硅体与其总 SiO2有较强的正相关性,R2 = 0.355(P<0.05) [31]。 表明,随着土
壤中总硅的含量升高,其植硅体含量也在慢慢的增加。 虽然植硅体占土壤总 SiO2比例很少,但是由于植硅体
较强抗分解能力,可以非常稳定的保存在土壤和一些沉积层中。
土壤中有效硅和有效磷及 pH对植物和土壤中植硅体含量影响不显著(表 1)。
3.2摇 稻田生态系统中植硅体及其包裹碳的产生和积累通量
为了更好地了解水稻植株各器官植硅体的产生通量,本研究对每个样品的产量和干重都进行了统计分
析。 穗、鞘、叶、茎和根各个器官占干物质量百分比分别为:58%、14%、9%、12%和 7%,依据对个 5个水稻品种
连续 3a的实验结果平均产量,对每个水稻品种地上和地下部分植硅体产生通量进行了估算(图 2),其中嘉花
11(1483.41 kg hm-2 a-1),宁 81(1308.08 kg hm-2 a-1)和祥湖 301(1301.81 kg hm-2 a-1)地上部分植硅体产生通
量,略高于浙粳 37(1139.23 kg hm-2 a-1)和秀水 09(1102.12 kg hm-2 a-1)。 地下部分植硅体产生通量,嘉花 11
(80.88 kg hm-2 a-1),浙粳 37(80.89 kg hm-2 a-1)和秀水 09(71.29 kg hm-2 a-1)明显高于祥湖 301(51郾 00 kg
hm-2 a-1)和宁 81(47.57 kg hm-2 a-1)。 在嘉兴水稻种植区选择高植硅体量和高产量的水稻品种嘉花 11 进行
推广种植,对水稻植硅体产生通量的增加有一定的作用。
5个品种水稻单季的平均产量是 8484 kg / hm2。 利用 5 个品种水稻各器官植硅体含量平均值,得出水稻
植株各器官根、茎、鞘、叶和穗植硅体产生通量分别为 66.15、131.65、491.08、185.36和 395.35 kg hm-2 a-1,地上
部分植硅体产生通量为 1203.44 kg hm-2 a-1,地下部分植硅体产生通量为 66.15 kg hm-2 a-1,水稻植株产生通
量为 1269.59 kg hm-2 a-1。 尽管水稻植株植硅体的产生通量很大,但是人为对水稻植株的干扰比较大,实际上
植硅体在土壤中年归还量并不等于水稻植株植硅体的年产生量。 例如,人为收割水稻时,仅仅是根及大约三
分之一的茎杆留在了土壤中,而此时植硅体归还通量约是 110.03 kg hm-2 a-1;而机器收割水稻时可能会让大
约三分之二的地上部分茎叶留在土壤中,此时大大增加了植硅体的归还量,大约是 604.87 kg hm-2 a-1。
图 2摇 5个品种水稻地上和地下部分植硅体产生通量
Fig.2摇 The fluxes of the aboveground and underground phytoliths production in five rice species
稻田 0—10cm土壤的平均容重为 1.22g / cm3,表层土壤植硅体平均含量为 16.55g / kg,假设利用文献[31]同
一地区稻田 0—50cm土壤剖面的水稻种植年限为 50a,那么植硅体在 0—10cm土壤中的积累通量为 40郾 38 kg
hm-2 a-1。 而这个年积累量基本上接近水稻根部的植硅体年归还量,这主要是原因可能是,在实验基地水稻成
熟以后,基本上都是人为收割的,残留在稻田中秸秆非常少,主要是水稻根茬残留于稻田中,表层土的植硅体
积累率就较低。 因此,为了提高稻田生态系土壤植硅体的积累通量,增加水稻秸秆的还田就显得比较重要。
1027摇 22期 摇 摇 摇 李自民摇 等:稻田生态系统中植硅体的产生与积累———以嘉兴稻田为例 摇
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由于植物植硅体中包裹碳的含量大约为 1%—6%[17鄄19],水稻植株通过植硅体包裹大气中 CO2的通量约为
46.55—279.31 kg hm-2 a-1,稻田土壤中植硅体包裹大气中 CO2的通量约为 1.48—8.88 kg hm
-2 a-1。 综上所述,
选择一种高植硅体量和高产量的水稻品种(嘉花 11),进行推广种植,同时提高水稻秸秆的还田,对提高水稻
植株植硅体碳汇有较好效果。
4摇 结论
(1)不同品种水稻植株及其各器官植硅体的含量有一定的差异,嘉花 11、宁 81和祥湖 301 植硅体含量略
高于浙粳 37和秀水 09,各器官中植硅体的分布趋势均表现为:鞘>叶>茎>根>穗>表层土,并且土壤和水稻植
株中植硅体与其总 SiO2都呈现出较显著的正相关性。
(2)不同品种水稻植硅体产生通量有一定的差异,地上和地下部分植硅体的产生通量嘉花 11 普遍高于
其它品种。 水稻植株地上部分植硅体产生通量为 1203.44 kg hm-2 a-1,地下部分植硅体产生通量为 66.15 kg
hm-2 a-1,植株总植硅体产生通量为 1269.59 kg hm-2 a-1。 植硅体在种植 50a的稻田 0—10cm的土壤中的积累
通量为:40.38 kg hm-2 a-1,仅相当于水稻植株根的归还量,表明在水稻收割以后地上部分秸秆归还量较少。
(3)水稻植株植硅体固定大气中 CO2的通量为 46.55—279.31 kg hm
-2 a-1,稻田土壤中植硅体包裹大气中
CO2的通量约为 1.48—8.88 kg hm
-2 a-1。 选择一种高植硅体量和高产量的水稻品种(如嘉花 11)进行推广种
植,可提高水稻植株植硅体的产生和积累通量以及植硅体碳汇。
致谢:感谢中国科学院南京土壤所曹志洪研究员设计和采样工作的帮助,感谢嘉兴土壤肥料试验站黄芳女士
在采样过程中的帮助。
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3027摇 22期 摇 摇 摇 李自民摇 等:稻田生态系统中植硅体的产生与积累———以嘉兴稻田为例 摇
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蕴藻葬枣鄄枣燥则皂 糟澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽 燥枣 责造葬灶贼泽 蚤灶 匝怎藻则糟怎泽 葬择怎蚤枣燥造蚤燥蚤凿藻泽 糟燥皂皂怎灶蚤贼赠 葬造燥灶早 葬灶 藻造藻增葬贼蚤燥灶葬造 早则葬凿蚤藻灶贼 燥灶 贼澡藻 月葬造葬灶早 酝燥怎灶贼葬蚤灶 蚤灶
宰燥造燥灶早 晕葬贼怎则藻 砸藻泽藻则增藻袁杂蚤糟澡怎葬灶袁悦澡蚤灶葬 蕴陨哉 载蚤灶早造蚤葬灶早袁匀耘 云藻蚤袁云粤晕 匀怎葬袁藻贼 葬造 渊苑员源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
悦燥皂责葬则蚤泽燥灶 燥枣 泽澡则蚤皂责 凿藻灶泽蚤贼赠 遭藻贼憎藻藻灶 贼澡藻 酝蚤灶躁蚤葬灶早 藻泽贼怎葬则赠 葬灶凿 载蚤灶澡怎葬 遭葬赠 凿怎则蚤灶早 泽责则蚤灶早 葬灶凿 泽怎皂皂藻则
载哉 在澡葬燥造蚤袁杂哉晕 再怎藻 渊苑员缘苑冤
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栽澡藻 枣藻藻凿蚤灶早 泽藻造藻糟贼蚤增蚤贼赠 燥枣 葬灶 澡藻则遭蚤增燥则燥怎泽 葬皂责澡蚤责燥凿 粤皂责蚤贼澡燥藻 增葬造蚤凿葬 燥灶 贼澡则藻藻 凿燥皂蚤灶葬灶贼 皂葬糟则燥葬造早葬造 泽责藻糟蚤藻泽 燥枣 再怎灶凿葬灶早 蕴葬早燥燥灶
在匀耘晕郧 载蚤灶择蚤灶早袁 匀哉粤晕郧 蕴蚤灶早枣藻灶早袁 蕴陨 再怎葬灶糟澡葬燥袁 藻贼 葬造 渊苑员远远冤
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孕燥责怎造葬贼蚤燥灶袁 悦燥皂皂怎灶蚤贼赠 葬灶凿 耘糟燥泽赠泽贼藻皂
耘枣枣藻糟贼泽 燥枣 枣燥怎则 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 葬早则蚤糟怎造贼怎则葬造 责则藻增藻灶贼蚤燥灶 葬灶凿 糟燥灶贼则燥造 皂藻葬泽怎则藻泽 燥灶 则蚤糟藻 赠藻造造燥憎 泽贼藻皂 遭燥则藻则 栽则赠责燥则赠扎葬 蚤灶糟藻则贼怎造葬泽 渊宰葬造噪藻则冤
渊蕴藻责蚤凿燥责贼藻则葬院 孕赠则葬造蚤凿葬藻冤 在匀粤晕郧 在澡藻灶枣藻蚤袁 匀哉粤晕郧 月蚤灶早糟澡葬燥袁 载陨粤韵 匀葬灶曾蚤葬灶早袁 藻贼 葬造 渊苑员苑猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
杂燥蚤造 灶蚤贼则燥早藻灶 糟燥灶糟藻灶贼则葬贼蚤燥灶泽 葬灶凿 贼则葬灶泽枣燥则皂葬贼蚤燥灶泽 怎灶凿藻则 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 增藻早藻贼葬贼蚤燥灶 贼赠责藻泽 蚤灶 枣燥则藻泽贼藻凿 扎燥灶藻泽 燥枣 贼澡藻 蕴燥藻泽泽 郧怎造造赠 砸藻早蚤燥灶
载陨晕郧 载蚤葬燥赠蚤袁 匀哉粤晕郧 再蚤皂藻蚤袁 粤晕 杂澡葬燥泽澡葬灶袁 藻贼 葬造 渊苑员愿员冤
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耘糟燥泽赠泽贼藻皂 澡藻葬造贼澡 葬泽泽藻泽泽皂藻灶贼 遭葬泽藻凿 燥灶 凿蚤葬早灶燥泽蚤泽 悦粤陨 载蚤葬袁 载哉 杂燥灶早躁怎灶袁 悦匀耘晕 杂澡葬灶澡葬燥袁 藻贼 葬造 渊苑员怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
栽澡藻 责则燥凿怎糟贼蚤燥灶 葬灶凿 葬糟糟怎皂怎造葬贼蚤燥灶 燥枣 责澡赠贼燥造蚤贼澡泽 蚤灶 则蚤糟藻 藻糟燥泽赠泽贼藻皂泽院葬 糟葬泽藻 泽贼怎凿赠 贼燥 允蚤葬曾蚤灶早 孕葬凿凿赠 云蚤藻造凿
蕴陨 在蚤皂蚤灶袁 杂韵晕郧 在澡葬燥造蚤葬灶早袁 允陨粤晕郧 孕藻蚤噪怎灶 渊苑员怨苑冤
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粤责责造蚤糟葬贼蚤燥灶 燥枣 葬 枣则藻藻 泽藻葬则糟澡鄄遭葬泽藻凿 责则燥躁藻糟贼蚤燥灶 责怎则泽怎蚤贼 皂燥凿藻造 蚤灶 蚤灶增藻泽贼蚤早葬贼蚤灶早 则藻藻凿 蚤灶 憎藻贼造葬灶凿泽 蕴陨 载蚤灶澡怎袁在匀粤韵 悦澡藻灶早赠蚤 渊苑圆园源冤噎噎噎
杂燥蚤造 皂蚤糟则燥遭蚤葬造 凿蚤增藻则泽蚤贼赠 怎灶凿藻则 贼赠责蚤糟葬造 增藻早藻贼葬贼蚤燥灶 扎燥灶藻泽 葬造燥灶早 葬灶 藻造藻增葬贼蚤燥灶 早则葬凿蚤藻灶贼 蚤灶 匀藻造葬灶 酝燥怎灶贼葬蚤灶泽
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圆圆猿苑 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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本期责任副主编摇 杨志峰摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿猿卷摇 第 圆圆期摇 渊圆园员猿年 员员月冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
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