全 文 ：书第 51 卷 第 3 期
2 0 1 5 年 3 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51，No. 3
Mar．，2 0 1 5
doi: 10．11707 / j．1001-7488．20150301
收稿日期: 2014 － 04 － 29; 修回日期:2015 － 01 － 21。
基金项目:国家自然科学基金项目(31270667) ; 浙江省重点科技创新团队(2010Ｒ50030)。
* 姜培坤为通讯作者。
中国亚热带 5 种林分凋落物层植硅体碳的封存特性*
应雨骐1 项婷婷1 林维雷1 吴家森1，2 杨 杰1 姜培坤1，2
(1．浙江农林大学环境与资源学院 临安 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 311300)
摘 要: 【目的】森林生态系统的植硅体碳是一种长期(数千年)封存的土壤有机碳，对全球固碳有重要意义。本
研究旨在估测中国亚热带森林凋落物层的植硅体碳贮量。【方法】以中国亚热带 5 种常见林分类型(毛竹林、杉木
林、马尾松林、阔叶林和针阔混交林)的凋落物为研究对象，收集地表凋落物并采集 0 ～ 10 cm 土层土样，用微波消
解法提取凋落物及土壤中的植硅体，并测定植硅体中的碳含量。【结果】不同森林凋落物 SiO2 含量表现为毛竹林
(152. 50 g·kg － 1 ) ＞ 阔叶林(13. 96 g·kg － 1 ) ＞ 针阔混交林(12. 55 g·kg － 1 ) ＞ 杉木林(7. 62 g·kg － 1 ) ＞ 马尾松林
(6. 59 g·kg － 1 ); 凋落物植硅体含量表现为毛竹林(180. 20 g·kg － 1 ) ＞ 阔叶林(14. 67 g·kg － 1 ) ＞ 针阔混交林
(11. 49 g·kg － 1 ) ＞ 马尾松林(11. 36 g·kg － 1 ) ＞ 杉木林(5. 58 g·kg － 1 ); 凋落物中植硅体碳含量表现为毛竹林
(4. 34 g·kg － 1 ) ＞ 阔叶林(1. 07 g·kg － 1 ) ＞ 针阔混交林(1. 04 g·kg － 1 ) ＞ 马尾松林(0. 67 g·kg － 1 ) ＞ 杉木林
(0. 50 g·kg － 1 ); 凋落物现存生物量表现为阔叶林(3. 20 kg·m － 2 ) ＞ 马尾松林(2. 51 kg·m － 2 ) ＞ 针阔混交林(2. 38
kg·m － 2 ) ＞ 杉木林(1. 88 kg·m － 2 ) ＞毛竹林(1. 45 kg·m － 2 ); 5 种林分凋落物中的 SiO2 含量与植硅体含量极显著
正相关(Ｒ2 = 0. 940 5，P ＜ 0. 01);植硅体含量与植硅体碳含量(Ｒ2 = 0. 950 0，P ＜ 0. 01)以及植硅体碳中有机碳
含量与凋落物中植硅体碳含量(Ｒ2 = 0. 701 8，P ＜ 0. 01)均极显著相关; 毛竹林、杉木林、马尾松林、阔叶林和针阔混
交林凋落物层中的植硅体碳贮量分别为 0. 231，0. 034，0. 062，0. 125 和 0. 090 tCO2·hm
－ 2 ; 毛竹林、杉木林、马尾松
林、阔叶林和针阔混交林 0 ～ 10 cm 土层的植硅体碳贮量分别为 0. 492，0. 217，0. 352，0. 362 和 0. 448 tCO2·hm
－ 2。
【结论】5 种林分均能通过凋落物植硅体将植硅体碳封存到土壤中;毛竹林凋落物中植硅体碳含量、凋落物和土壤
的植硅体碳贮量在 5 种林分中都表现为最高; 若以中国亚热带毛竹林年凋落物量 3. 6 t·hm － 2 a － 1计算，毛竹林凋落
物的植硅体碳封存速率为 0. 057 tCO2·hm
－ 2 a － 1。本研究得到的中国亚热带中 5 种林分凋落物的植硅体碳贮量数
据为进一步评价中国亚热带森林生态系统植硅体碳封存潜力提供科学依据。
关键词: 植硅体; 亚热带森林; 碳封存; 植硅体碳
中图分类号:S719 文献标识码:A 文章编号:1001 － 7488(2015)03 － 0001 － 07
Phytolith-Occluded Carbon in Litters of
Different Stands in the Subtropics of China
Ying Yuqi1 Xiang Tingting1 Lin Weilei1 Wu Jiasen1，2 Yang Jie1 Jiang Peikun1，2
(1 ． School of Environmental and Ｒesource Sciences，Zhejiang A ＆ F University Lin’an 311300;
2． Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration Zhejiang A ＆ F University Lin’an 311300)
Abstract: 【Objective】Phytolith-occluded organic carbon ( PhytOC ) in forest ecosystem is a long-term ( decades to
millennia) mechanism for sequestrating soil organic carbon and has a vital significance to the global carbon sequestration． This
study aims to estimate PhytOC stocks in the forest litter layer under China’s subtropical forests． 【Method】Liters of 5 common
types of China’s subtropical stands were studied，by collecting litters under forests and samples of 0 ～ 10 cm of topsoil．
Furthermore，we calculated current litter biomass and determined soil density． The phytolith in the litter and soils were extracted
by microwave digestion method，and the phytolith occluded carbon (PhytOC) content in the litter and soils were determined．
【Ｒesult】The SiO2 contents in the litter under different stands were in the following order: Moso bamboo (Phyllostachys edulis)
(152． 50 g·kg － 1 ) ＞ broad leaved (13． 96 g·kg － 1 ) ＞ mixed coniferous and broad-leaved (12． 55 g·kg － 1 ) ＞ Chinese fir
( Cunninghamia lanceolata) (7． 62 g·kg － 1 ) ＞ Masson pine (Pinus massoniana) (6． 59 g·kg － 1 ) ． The phytolith contents
in the litters under different forests were in the following order: Moso bamboo (180． 20 g·kg － 1 ) ＞ broad leaved (14． 67
林 业 科 学 51 卷
g·kg － 1 ) ＞ mixed coniferous and broad-leaved (11． 49 g·kg － 1 ) ＞ Masson pine (11． 36 g·kg － 1 ) ＞ Chinese fir
(5. 58 g·kg － 1 ) ． The PhytOC contents in the litters under different stands were in the following order : Moso bamboo
(4. 34 g·kg － 1 ) ＞ broad leaved (1． 07 g·kg － 1 ) ＞ mixed coniferous and broad-leaved (1． 04 g·kg － 1 ) ＞ Masson pine
(0． 67 g·kg － 1 ) ＞ Chinese fir (0． 50 g·kg － 1 ) ． The current litter biomass under 5 stand types was in the following order:
broad leaved (3． 20 kg·m － 2 ) ＞ Masson pine (2． 51kg·m － 2 ) ＞ mixed coniferous and broad-leaved (2． 38 kg·m － 2 ) ＞
Chinese fir (1． 88 kg·m － 2 ) ＞ Moso bamboo (1． 45 kg·m － 2 ) ． There were strong linear relationships between SiO2
contents and phytolith contents in the litter under different forest types (Ｒ2 = 0. 940 5，P ＜ 0. 01)，phytolith contents and
PhytOC contents in the litters under 5 stands (Ｒ2 = 0. 950 0，P ＜ 0. 01) as well as occluded carbon contents in phytolith
and PhytOC contents in the litters under 5 stand types (Ｒ2 = 0. 701 8，P ＜ 0. 01) ． The PhytOC stocks in the litter layer
under forests of Moso bamboo，Chinese fir，Masson pine，broad leaved，and mixed coniferous and broad-leaved were
0. 231，0． 034，0． 062，0． 125，and 0． 090 tCO2·hm
－ 2，respectively; the PhytOC stocks in 0 ～ 10 cm soil layer for Moso
bamboo，Chinese fir，Masson pine，broad leaved，and mixed coniferous and broad-leaved stand were 0. 492，0. 217，
0. 352，0. 362，and 0. 448 tCO2·hm
－ 2，respectively; 【Conclusion】The above-mentioned results showed that PhytOC was
returned to the soil through litterfall of all the 5 stand types，and the largest PhytOC content in the litter as well as the
largest PhytOC stock in litter and the soils was obtained from Moso bamboo． Assuming a litter biomass of 3． 6 t·hm － 2 a － 1
under Moso bamboo，the PhytOC sequestration rate in the litter layer under subtropical Moso bamboo forest in China’s
subtropics to be 0. 057 tCO2·hm
－ 2 a － 1 ． The PhytOC stock data of the litters of 5 stand types provided a scientific basis for
evaluation of PhytOC sequestration potentials in China’s subtropical forest ecosystem．
Key words: phytolith; subtropical forest; carbon sequestration; PhytOC
森林生态系统的碳汇潜力一直是国内外学者研
究的重点，但对其关注普遍集中于植被层和土壤层，
凋落物层则常常被忽略。森林凋落物沟通着地上植
被和土壤之间的养分循环和能量流动，是森林生态
系统碳循环的重要环节(杨万勤等，2008)。凋落物
现存量是指积累于土壤表层的由未分解、半分解和
已分解凋落物组成的死有机物的数量，是凋落物量
与分解量动态平衡的结果(郑路，2012)。凋落物层
的碳含量在整个森林生态系统中所占的比例较小，
但也是森林碳库中不容忽视的重要组成部分(周国
模等，2010)。
植硅体也称植物蛋白石，它的形成是由于植物
吸收了土壤溶液中的单硅酸(H4SiO4 )，在蒸腾作用
下，以无定型硅的形式在细胞间以及细胞内沉淀而
来(王永吉等，1993)。有研究表明，植硅体是生物
硅库的重要组成部分( Sommer et al．，2006; Clarke，
2003)。同时，植硅体在形成过程中会包裹一部分
的有机碳在其中，这部分有机碳就被称为植硅体碳。
Wilding 等 (1967)发现随着植物死亡及凋落物腐
败，释放到土壤中的植硅体能够存在数万年之久。
因此，森林生态系统通过凋落物将植硅体归还到土
壤中，是一种森林生态系统长期封存碳的途径(Parr
et al．，2010)，对全球固碳有着重要意义。
中国亚热带森林面积达 2. 5 亿 hm2(安晓娟等，
2012)，有着世界上罕见的植被类型，是世界同纬度
地区中唯一的绿洲(李洁冰，2011)。前人已对亚热
带森林生态系统凋落物碳汇功能展开了大量研究，
主要集中在年凋落物量 (官丽莉等，2004; 温远光
等，1989)、碳密度 (张佳佳等，2014)及碳素动态
(李正才等，2010; 杨智杰等，2010)等方面，同时，
对植硅体碳封存潜力的研究多集中于具有硅高富集
能力的禾本科(Gramineae)植物( Parr et al．，2010;
2011; 李自民等，2013; 左昕昕等，2011; Li et al．，
2013)，而关于中国亚热带森林生态系统的研究鲜
见报道。凋落物层在森林生态系统中发挥着独特的
生态功能，开展凋落物层植硅体碳封存研究将对认
识森林生态系统碳汇功能具有重要意义。本研究以
中国亚热带森林中常见的 5 种森林类型毛竹
( Phyllostachys edulis ) 林、杉 木 ( Cunninghamia
lanceolata)林、马尾松(Pinus massoniana)林、常绿阔
叶林和针阔混交林(赵同谦等，2004)为研究对象，
分析凋落物现存量及凋落物植硅体碳含量，并估测
不同森林类型凋落物植硅体碳贮量，为进一步估测
中国亚热带森林生态系统植硅体碳封存潜力提供科
学依据。
1 研究区概况
研究区位于浙江省临安市玲珑山 (119°42 E，
30°14 N)，该地属典型亚热带季风气候，四季分明，
雨量充沛，年均气温 15. 9 ℃，年降水量 1 424 mm，
2
第 3 期 应雨骐等: 中国亚热带 5 种林分凋落物层植硅体碳的封存特性
全年无霜期 236 天。土壤类型为红壤，土壤理化性
质如表 1 所示。研究区原生植被为北亚热带常绿阔
叶林，由于人为干扰，现有主要树种包括毛竹、木荷
(Schima superba)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)、苦
槠(Castanopsis sclerophylla)、马尾松和杉木等。在
研究区内选取坡向 (东南 )、坡位 ( 中坡 )、坡度
(22°)基本一致的 4 个试验区，每个试验区毛竹
林、杉木林、马尾松林、常绿阔叶林和针阔混交林
这 5 种林分类型齐全，5 种林分的基本特征如表 2
所示。
表 1 研究区土壤理化性质
Tab． 1 Soil physical and chemical properties in the study area
林分类型
Stand type
pH
土壤密度
Soil density /
( g·cm － 3 )
有机质含量
Organic matter content /
( g·kg － 1 )
水解氮含量
Hydrolytic N content /
(mg·kg － 1 )
有效磷含量
Available P content /
(mg·kg － 1 )
毛竹林 Moso bamboo stand 4. 68 1. 23 25. 47 120. 54 0. 77
杉木林 Chinese fir stand 4. 82 1. 20 22. 24 98. 78 0. 73
马尾松林 Masson pine stand 4. 60 1. 21 18. 17 74. 88 0. 87
常绿阔叶林 Evergreen broad-leaf stand 4. 69 1. 20 30. 67 124. 40 1. 36
针阔混交林 Conifer-broadleaf stand 4. 47 1. 18 26. 61 124. 29 0. 89
表 2 研究区 5 种林分特征①
Tab． 2 Characteristics of 5 stand types in the study area
林分类型
Stand type
林龄
Stand
age / a
郁闭度
Canopy
density(%)
平均胸径
Mean
DBH /cm
平均树高
Mean tree
height /m
优势树种
Dominant
tree species
林下植被
Undergrowth
vegetation
毛竹林
Moso bamboo stand
－ － 9. 0 12 毛竹
Phyllostachys edulis
灌木稀少，仅有一些草本植物
Scarce shrubs，only few
herbaceous plants
杉木林 Chinese fir stand 20 70 14. 2 12
杉木
Cunninghamia lanceolata
灌木稀少，草本层仅有少量蕨类植物
Scarce shrub，only few ferns
in herbaceous layer
马尾松林
Masson pine stand
20 ～ 25 70 13. 5 10 马尾松 Pinus massoniana
连蕊茶 Camellia fraterna，
乌饭 Vaccinium bracteatum
常绿阔叶林
Evergreen
broad-leaf stand
20 ～ 25 70 14. 3 11
青冈 Cyclobalanopsis glauca、
苦槠 Castanopsis sclerophylla、
木荷 Schima superba
山苍子 Litsea cubeba，
山胡椒 Lindera glauca
针阔混交林
Conifer-broadleaf stand
25 80 14. 0 11
苦槠 Cactanopsis sder ophylla、
木荷 Schima superba、
马尾松 Pinus massoniana
山苍子 Litsea cuheba，
山胡椒 Lindera glauca
①毛竹林为人工经营，建园 20 年左右，现存竹子年龄为 1 ～ 3 年，立竹密度 2 800 ～ 3 200 株·hm － 2。Moso bamboo plantation established
about 20 years，existing bamboo age vere 1 － 3 years，with density of 2 800 － 3 200 plant·hm － 2 ．
2 研究方法
2. 1 样品采集
2013 年 1 月，在 4 个试验区进行地表凋落物采
集。在每个试验区内，每种森林类型分别设 4 个
1 m × 1 m样方，收集样方内的全部枯枝落叶(主要
为未分解层及半分解层)，装入编织袋，称总质量并
做记录。在装袋时，应折断枯枝，以免戳破编织袋损
失样品。将编织袋编号，带回实验室分析。将野外
采集回的凋落物样品，用去离子水洗净，在 105 ℃下
杀青，70 ℃下烘干至恒质量后用天平称其干质量并
记录(即为凋落物现存量) (表 3)。烘干的样品用
高速粉碎机粉碎后用塑封袋保存备用。
在采集地表凋落物样品的同时，进行相应的土
壤样品采集。每个试验区每种森林类型样地中各挖
掘 1 个土壤剖面，取 0 ～ 10 cm 表层土样，并用环刀
法测其土壤密度。将土样带回实验室后，在自然条
件下风干，除去砾石与根系后，过 2 mm 筛备用。用
于提取植硅体的土样需再用玛瑙研钵磨细并过
0. 149 mm 筛后备用。
2. 2 样品分析
所有凋落物 C 含量用 Elementar Vario MAX CN
碳氮元素分析仪(德国 Elementar 公司)测定。凋落
物 Si 含量用偏硼酸锂熔融 － 硝酸缓冲液提取 － 钼
蓝比色法测定; 土壤有机质含量采用重铬酸钾外加
热法测定; 水解氮含量采用碱解法测定; 有效磷含
量采用 Bray 法测定(鲍士旦，2008)。
凋落物和土壤植硅体的提取均采用微波消解法
3
林 业 科 学 51 卷
(Parr et al．，2001)，后用重液浮选。凋落物植硅体
采用比重为 1. 5 ～ 1. 7 的重液浮选，除去上浮部分，
将下沉的部分用酒精和水冲洗，确保有机质被全部
除去，干燥称质量; 土壤植硅体第 1 次浮选用比重
为 2. 30 的重液，取上浮物; 第 2 次浮选用比重为
1. 60 的重液，取沉积物，而后用酒精和水冲洗，确保
有机质被全部除去，干燥称质量(王永吉等，1993)。
植硅体碳的测定方法在 Li 等(2013)的基础上略有
改进，具体如下:1) 称取提取好烘干后的植硅体样
品于 10 mL 塑料离心管中，加入 10 mol·L － 1 的
NaOH 0. 5 mL 在室温下浸提 3 h，以溶解 phytolith-Si
(孔德顺等，2013); 2) 将浸提液全部转移入玻璃
离心管，以超纯水冲洗残留液 2 次(每次 0. 7 mL)，
一并转入玻璃离心管中(冲洗次数以是否洗干净而
定)，立即加入0. 800 0 mol·L － 1，c (1 /6K2Cr2O7 ) =
0. 800 0 mol·L － 1，标准溶液 1. 0 mL，轻轻摇匀后加
浓 H2SO4 4. 6 mL 摇匀显色; 3) 将显色液置于 96 ℃
下水浴 30 min。取出定容至 25 mL，充分摇匀、冷
却，2 500 r·min － 1 离心 10 min，1 cm 光程比色皿
590 nm下比色。
2. 3 数据处理
植硅体碳贮量计算，公式如下:
X = 0 ． 01 × a × Cp × B， (1)
Y = ∑
n
i = 1
0 ． 1 × a × Cs × H i × BD i。 (2)
式中:X 为凋落物植硅体碳贮量(CO2·hm
－ 2 ); Y 为
土壤植硅体碳贮量(CO2·hm
－ 2 ); C p为凋落物干物
质中植硅体碳的含量( g·kg － 1 ); C s为第 i 层土壤中
植硅体碳的含量( g·kg － 1); B 为凋落物现存量( kg·
m2); H i为第 i 层土壤的厚度( cm); BDi为第 i 层土
壤密度 ( g·cm － 3 ); a 为 C 转换为 CO2 的系数，
为 3. 67。
用 SPSS 18. 0 软件进行统计分析，用 Duncan
新复极差法测验不同处理的差异显著性。
3 结果与分析
3. 1 不同林分凋落物 SiO2 含量与植硅体含量
凋落物中 SiO2 含量、植硅体含量在不同林分间
均存在一定的差异 (表 2 )。毛竹林的 SiO2 含量
(152. 50 g·kg － 1)及植硅体含量(180. 20 g·kg － 1 )在
5 种林分类型中均为最高。5 种林分 SiO2 含量为
6. 59 ～ 152. 50 g·kg － 1，表现为毛竹林 ＞ 常绿阔叶
林 ＞针阔混交林 ＞杉木林 ＞马尾松林; 植硅体含量
为 5. 58 ～ 180. 20 g·kg － 1，变化幅度较 SiO2 含量大，
最大值为最小值的 32 倍，表现为毛竹林 ＞ 常绿阔
叶林 ＞ 针阔混交林 ＞ 马尾松林 ＞ 杉木林。
相关性分析表明，SiO2 含量与植硅体含量极显
著正相关(Ｒ2 = 0. 940 5，P ＜ 0. 01)(图 1)。
表 2 不同林分凋落物 SiO2 和植硅体含量
①
Tab． 2 Content of SiO2 and phytolith of dry litter
biomass under different stand types
林分类型
Stand type
SiO2 含量
SiO2 content /
( g·kg － 1 )
植硅体含量
Phytolith content /
( g·kg － 1 )
毛竹林 Moso bamboo stand 152. 50 ± 2. 74a 180. 20 ± 40. 85a
杉木林 Chinese fir stand 7. 62 ± 1. 19c 5. 58 ± 2. 77b
马尾松林 Masson pine stand 6. 59 ± 1. 01c 11. 36 ± 4. 82b
常绿阔叶林 Evergreen broad-
leaf stand
13. 96 ± 2. 83b 14. 67 ± 2. 59b
针阔混交林 Conifer-
broadleaf stand
12. 55 ± 0. 74b 11. 49 ± 1. 12b
①同列不同字母表示差异显著 ( P ＜ 0. 05 )，下同。Different
superscripts in the same column show significant difference (P ＜ 0. 05)，
The same below．
图 1 不同林分凋落物植硅体含量和 SiO2
含量相关性
Fig． 1 Ｒelationship between SiO2 and the phytolith
contents in the litter in different stand types
3. 2 不同林分凋落物植硅体碳含量
不同林分凋落物植硅体中的碳含量为 24. 63 ～
126. 00 g·kg － 1 (表 3)，表现为马尾松林、常绿阔叶
林、针阔混交林之间无显著性差异，但与毛竹林、杉
木林差异显著(P ＜ 0. 05)，其中杉木林最高，毛竹林
最低，这与植硅体含量的大小趋势相反。5 种林分
凋落物干物质中植硅体碳的含量为 0. 50 ～ 4. 34 g·
kg － 1，干物质中植硅体碳占总有机碳的比例为
0. 10% ～ 1. 09%，其中毛竹干物质中植硅体碳的含
量及其在总有机碳含量中所占的比例都表现为最
高，其余 4 种林分之间差异不大。
5 种林分的植硅体含量与植硅体碳在干物质中
的含量(Ｒ2 = 0. 950 0，P ＜ 0. 01)(图 2)、植硅体碳
含量与植硅体碳在干物质中的含量之间均极显著相
关(Ｒ2 = 0. 701 8，P ＜ 0. 01)(图 3)。
4
第 3 期 应雨骐等: 中国亚热带 5 种林分凋落物层植硅体碳的封存特性
表 3 不同林分凋落物植硅体碳含量及植硅体碳贮量
Tab． 3 Content of occluded carbon in phytoliths(PhytOC) and PhytOC stock of litter in different stand types
林分类型
Stand type
植硅体碳含量
Occluded carbon
content of
phytoliths /
( g·kg － 1 )
植硅体碳 /总有机碳
PhytOC / total
organic carbon
(% )
植硅体碳 /干物质
PhytOC content of
biomass /( g·kg － 1 )
凋落物现存量
Dry litter
weight /( kg·m － 2 )
植硅体碳贮量
PhytOC
stock /
(CO2·hm
－ 2 )
毛竹林 Moso bamboo stand 24. 63 ± 4． 11c 1. 09 4. 34 ± 0. 74a 1. 45 0. 231 ± 0. 039
杉木林 Chinese fir stand 126. 00 ± 41． 14a 0. 10 0. 50 ± 0. 08b 1. 88 0. 034 ± 0. 006
马尾松林 Masson pine stand 62. 07 ± 13． 77b 0. 13 0. 67 ± 0. 21b 2. 51 0. 062 ± 0. 019
常绿阔叶林 Evergreen broad-leaf stand 76. 54 ± 29． 91b 0. 20 1. 07 ± 0. 20b 3. 20 0. 125 ± 0. 023
针阔混交林 Conifer-broadleaf stand 89. 48 ± 11． 80b 0. 20 1. 04 ± 0. 23b 2. 38 0. 090 ± 0. 020
图 2 不同林分凋落物植硅体含量和
干物质中植硅体碳含量之间的相关性
Fig． 2 Ｒelationship between the phytolith contents and the
PhytOC contents in litter in different stand types
图 3 不同林分凋落物植硅体中有机碳
含量和凋落物中植硅体碳含量的相关性
Fig． 3 Ｒelationship between organic C contents in phytoliths
and PhytOC contents in the litters under different stands
3. 3 不同林分凋落物植硅体碳贮量
在计算植硅体碳封存量时，准确计算生物量尤
为重要。本研究用凋落物现存量来计算 5 种林分地
表凋落物植硅体碳封存贮量，凋落物现存量来自实
地测量(表 3)。5 种林分凋落物现存量表现为阔叶
林(3. 20 kg·m － 2) ＞ 马尾松林(2. 51 kg·m － 2) ＞ 针阔
混交林(2. 38 kg·m － 2) ＞ 杉木林(1. 88 kg·m － 2) ＞ 毛
竹林(1. 45 kg·m － 2)。
5 种林分的凋落物植硅体碳贮量为 0. 034 ～
0. 231 tCO2·hm
－ 2(表 3)，不同林分间差异较植硅体
碳含量小，以毛竹林最高 0. 231 tCO2·hm
－ 2，其次是
常绿阔叶林 0. 125 tCO2·hm
－ 2、针阔混交林 0. 090
tCO2·hm
－ 2和马尾松林 0. 062 tCO2·hm
－ 2，杉木林最
低 0. 034 tCO2·hm
－ 2。
3. 4 不同林分土壤 0 ～ 10 cm 土层植硅体碳贮量
本研究选取 0 ～10 cm土层(Parr et al．，2010)来研
究不同林分土壤中的植硅体。毛竹林的土壤植硅体碳
贮量在 5 种林分中最高，为 0. 492 tCO2·hm
－2。其余依
次为针阔混交林 0. 448 tCO2·hm
－ 2、常绿阔叶林
0. 362 tCO2·hm
－ 2、马尾松林 0. 352 tCO2·hm
－ 2和杉
木林 0. 217 tCO2·hm
－ 2。
比较不同林分凋落物与土壤中的植硅体碳贮量
可知，土壤层普遍高于凋落物层。在不同林分间，土
壤植硅体碳贮量大小序列与凋落物大致相同，但变
化幅度小于凋落物。
4 结论与讨论
Hodson 等(2005)研究认为，被子植物的植硅体
含量要高于裸子植物，而在被子植物中，又以单子叶
的禾本科植物最高。本研究中，植硅体含量表现为毛
竹林 ＞ 常绿阔叶林 ＞ 针阔混交林 ＞ 针叶林(杉木
林、马尾松林)，与前人研究相符。王永吉等(1993)
认为，植物中的 SiO2 含量能够直接反映其植硅体含
量。本研究中，SiO2 含量与植硅体含量大小序列基
本一致; 对 SiO2 含量与植硅体含量的相关性分析
结果显示，它们之间极显著正相关 ( Ｒ2 = 0. 940 5，
P ＜ 0. 01)。这说明 SiO2 含量较高的植物，其植硅
体含量也相应较高，随着植物吸收 Si 能力增强，其
植硅体产生量也相应增多。
不同林分凋落物植硅体碳含量存在较大的差
异，杉木林 ＞ 针阔混交林 ＞ 常绿阔叶林 ＞ 马尾松
林 ＞ 毛竹林。对竹子 ( Parr et al．，2010 )、小麦
(Triticum aestivum) ( Parr et al．，2011)、黍 (Panicum
miliaceum)、粟(Setaria italica) (左昕昕等，2011)和
甘蔗(Saccharum) ( Parr et al．，2009)的研究结果显
示，在同一种植物或同一种植物不同基因型中，植硅
5
林 业 科 学 51 卷
体碳含量并不完全由植硅体的多少而决定，而是与
其植硅体本身能够固碳的能力和效率有关。本研究
中，5 种森林的植硅体含量与植硅体碳在干物质中
的含量(Ｒ2 = 0. 950 0，P ＜ 0. 01)、植硅体碳含量与
植硅体碳在干物质中的含量均极显著相关 ( Ｒ2 =
0. 701 8，P ＜ 0. 01)。这说明在不同植物间，植硅
体碳含量也受到不同植物植硅体含量的控制。不同
森林凋落物植硅体含量具有较大的差异，这是因为
不同植物吸收 Si 能力的大小也有差异。
从林分类型来看，毛竹林的凋落物植硅体碳贮
量表现为最高，其次为常绿阔叶林、针阔混交林，针
叶林(马尾松林、杉木林)最低。李海奎等(2011)研
究认为，不同森林类型总碳储量及碳密度均表现为
常绿阔叶林大于针叶林，而针阔混交林介于他们之
间。周玉荣等(2000)的研究指出，阔叶林的单位面
积碳汇能力要大于针叶林。本研究中关于常绿阔叶
林、针阔混交林和针叶林(马尾松林、杉木林)凋落
物层植硅体碳贮量的研究结果与我国森林的总碳储
量大小趋势相符，也从植硅体碳封存的方面反映出
这 3 种森林的碳汇能力。凋落物植硅体碳贮量的大
小取决于植硅体碳占干物质含量及凋落物现存量的
比例。常绿阔叶林 ＞ 针阔混交林 ＞ 针叶林 ＞毛
竹林。凋落物现存量是凋落量与分解量动态平衡的
结果，凋落物现存量的大小与不同森林凋落物的分
解速率(Pedersen et al．，1999)密切相关。凋落物中
叶、枝、果所占的比例(温远光等，1989)也会影响凋
落物现存量的大小，路翔等(2012)对中亚热带 4 种
森林凋落物的研究表明，有 1 /2 的凋落叶在当年即
可被分解。此外，植硅体是随着凋落物的分解被释
放到土壤中的，凋落物分解速率的大小还能够影响
土壤中植硅体的含量。
计算不同林分地表凋落物植硅体碳封存贮量，
也应考虑到森林生态系统以凋落物的形式不断将植
硅体富集到地表，进而归还到土壤中，这个过程是持
续进行的。本研究的 5 种林分土壤植硅体碳贮量大
小序列与凋落物大致相同，但变化幅度小于凋落物。
5 种林分凋落物与土壤中的植硅体碳贮量，0 ～
10 cm土层土壤普遍高于凋落物层，这说明植硅体碳
能够通过凋落物植硅体在土壤中积累。张瑾
(2011)的研究也表明，在整个土壤剖面中，植硅体
呈明显的表层富集趋势。此外，张新荣等(2006)的
研究指出，对地表土壤中的植硅体分析也是了解、恢
复古植被的重要途径。
总之，毛竹林凋落物的植硅体碳占干物质含量、
凋落物及土壤的植硅体碳贮量在 5 种林分中最高，
可见毛竹林具有极强的植硅体碳封存潜力。若以中
国亚热带毛竹林年凋落物量 3. 6 t·hm － 2 a － 1计算，毛
竹林每年还将以 0. 057 CO2·hm
－ 2 a － 1的植硅体碳封
存速率将植硅体碳封存到凋落物层中。其余 4 种林
分在亚热带中分布较广，凋落物现存量及年凋落物
量都较大，因此都应具有一定的植硅体碳封存潜力。
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(责任编辑 于静娴)
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