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，溫室內氣體ch4的濃度增加至379mg。kg和1074mg。kg（工業時代前18033mg.kg和320kg/kg）。溫室氣體在大氣層中的大量積累，引發了全球性的氣候問題，已威脅到全球生態環境和人類自身生存與發展。通過植被方式進行碳固定是最經濟、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。毛竹(Phyllostachysedulis)是我國特有的最重要的經濟樹種之一，主要分布于秦嶺、漢水流域至長江流域的廣大地區，是栽培歷史較長、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，碳固定總量遠高于其它竹種。目前的竹林植被碳儲量研究在不同研究地點得到的差異較大，主要原因是竹種的區別和竹類生物量差異[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準確估算毛竹林碳儲量有重要的意義。而毛竹竹稈不同部位碳密度的變化情況尚未見報道，本文旨在通過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，為估算毛竹林碳儲量提供科學依據。1材料和方法1.1正常生長毛竹竹稈基本情況毛竹材料于2008年3月采自中國林業科學研究院大崗山生態實驗站和江西農業大學毛竹林實驗基地，分別選取1、3、7年生正常生長毛竹竹稈，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。為提高實驗精度，竹稈以節為單位，對節和節間分別取樣分析。取樣時用電鉆在節和節間的不同方向鉆取樣品，混合研細并密封保存。碳的測定采用重鉻酸鉀外加熱氧化法(中國土壤學會，1999)，并參考GB9834-88。2結果與分析2.1不同竹齡及竹稈節和季節性碳密度的變化不同年齡竹稈節間的碳密度(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，各年齡毛竹竹稈節和節間的碳密度都隨相對高度的增加而增加，但不同竹齡間的碳密度的變化趨勢有所差異。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與3年生碳密度變化趨勢相近，但碳密度隨高度的增加更加平緩。不同竹齡的節和節間碳密度的比較發現，1年生毛竹竹稈中下部位置節的碳密度略高于節間碳密度，而上部位置節間的碳密度略高于節的碳密度。1年生節和節間的碳密度在30節附近高度上相等。3年生毛竹竹稈節間的碳密度均略高于節碳密度，下部上部位置節和節間的碳密度差別稍大，而中部(第25節高度附近位置)節和節間的碳密度很接近。7年生毛竹竹稈節間的碳密度高于節的碳密度，隨位置的升高節和節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間在竹稈的比例大，以節間的碳密度作為竹稈碳密度。為探討節間的長度變化對竹稈垂直分布格局的影響，筆者采用相對高度和相對節數的概念對碳密度變化趨勢進行比較。相對高度是指該節實際高度與毛竹竹稈總高的比值，相對節數是指該節實際節序數與竹稈總節數的比值。由圖2可知，不同年齡間的竹稈碳密度在相對位置(相對節數和相對高度)的變化介于0～0.01(g/g)?；亢椭胁?相對節數0～0.81，相對高度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接近程度高。相對高度的碳密度變化比相對節數的碳密度變化趨勢接近程度高。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位置的變化較大，而從3年生到7年生竹稈碳密度相對位置的變化較小。2.3不同分段精度下的碳密度由圖3可知，盡管各趨勢線發生部分的重疊，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。以節數分段時，1年生竹稈在第10～30節范圍內，不同分段數的碳密度變化趨勢線相一致，隨分段數的減少在基部和梢部的碳密度有所升高。3年生竹稈在分段數減少時，基部和梢部的碳密度降低，而中部(第20～30節)的碳密度升高。7年生竹稈碳密度隨分段數減少，中下部(第1～25節)碳密度升高，而中上部(第25～53節)碳密度的趨勢相一致。1.3m處在1年生、3年生和7年生竹稈的相對節數分別是0.22、0.21和0.19，若以該處作為竹稈的碳密度測量點，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。將竹稈按節分段，按高度分為10、5、3段可知，在相對高度上，1年生竹稈碳密度隨分段數的減少，碳密度在中部（相對高度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的減少，在中部(相對高度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7年生竹稈相對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量點，各年齡竹稈的碳密度值與相對節數的碳密度值相近。比較不同分段精度下相對節數和相對高度的碳密度變化可發現，按相對節數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。用相對高度的方法對1年生毛竹竹稈進行分段，得到的碳密度變化趨勢最差。3竹稈平均碳密度和年齡的關系為最大的提高實驗精度，本研究采用分節取樣，采用相對高度來統一單株毛竹間的高度差異，本研究發現，竹節和節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年生竹稈梢部節間的碳密度高于節的碳密度，基部節碳密度低于節間碳密度。3年生竹稈節間的碳密度均略高于節碳密度，7年生毛竹竹稈中部和梢部節間碳密度明顯高于節碳密度。竹稈基部和中部碳密度都隨竹齡的增加而升高。按相對節數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。竹稈細胞壁隨竹齡和相對位置的增大而增厚。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，但纖維長度則是中部大于基部大于梢部。對毛竹竹材細胞壁厚度和結晶區比例變化的研究進一步表明，毛竹的生長大都集中在生長初期，毛竹在第2年初期處于幼年竹到中年竹的轉變時期，厚壁細胞結晶比例減少；毛竹進入中齡期后，纖維素比例降低，開始木質化，此時結晶比例有所減少；毛竹生長后期，木質化逐漸降低，結晶比例的變化趨于穩定，毛竹竹稈碳密度與竹材的組成密切相關，毛竹竹材組織結構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系。本研究測定的不同年齡竹稈節間碳密度介于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