喀斯特竹林土壤-植物系统中溶解硅的季节性变化及其生物地球化学耦合机制

本研究针对喀斯特山区土壤-植物系统中硅(Si)的分布转化及其对碳-Si耦合循环的影响机制不明的问题，通过分析不同季节竹类器官(秆、枝、叶)和土壤(O/A/AB层)的柠檬酸可提取硅(citric-Si)与植硅体含量，揭示了降雨驱动的植硅体溶解是土壤citric-Si动态主因，新叶硅积累与气候因子显著相关，为喀斯特生态修复和植物有效硅管理提供了理论依据。

　　

在广袤的喀斯特山区，硅(Si)作为地壳中含量第二的元素，其生物地球化学循环与全球碳汇过程紧密交织。然而，这片脆弱的生态系统中，土壤与植物间硅的"对话"机制仍如未解之谜——植硅体如何溶解转化？气候因子怎样调控硅的流动？这些问题的答案，关乎喀斯特地区生态修复与碳封存潜力评估。传统研究多聚焦农田系统，对自然植被尤其是速生竹类的硅循环认知存在显著空白。

广西自然科学基金和NSFC资助的研究团队选择桂林市平峰山喀斯特孤峰顶部的竹林为研究对象，通过为期一年的季节性采样，创新性地将土壤剖面(O/A/AB层)与融水竹不同器官(秆、枝、新老叶)的citric-Si和植硅体含量变化相关联。研究采用柠檬酸提取法测定植物有效硅(PASi)，结合植硅体形态学分析，首次系统揭示了喀斯特竹林系统的硅转化特征。

实验方法精要
在平峰山典型喀斯特竹林设置固定样地，按季节采集土壤三层(O/A/AB)和竹子四种器官样本。通过pH计测定土壤酸度，采用0.01M柠檬酸浸提-钼蓝比色法测定citric-Si含量，植硅体通过湿式灰化-重液浮选法提取并在显微镜下计数。气候数据来自当地气象站，统计分析采用ANOVA和Pearson相关性检验。

主要研究结果

土壤citric-Si与植硅体的季节性舞蹈
数据显示土壤citric-Si含量呈现A层(67.20-161.20 mg/kg)>AB层>O层(56.01-85.38 mg/kg)的垂直分布，且雨季较旱季显著升高(p<0.05)。有趣的是，植硅体含量与citric-Si呈显著负相关(r=-0.63)，暗示降雨通过促进植硅体溶解增加有效硅库。这种关系独立于基岩风化、地下水和有机质的影响，凸显水文过程在喀斯特硅循环中的主导作用。

竹子器官的硅分配密码
植物体内citric-Si和植硅体呈现叶片>枝条>竹秆的梯度分布，新叶含量显著高于老叶(p<0.01)。特别值得注意的是，竹秆citric-Si保持稳定(约45 mg/kg)，与土壤动态无显著关联，而新叶硅积累与月均温(r=0.82)和降雨量(r=0.79)高度正相关。这表明竹秆可作为植物-土壤硅交互作用的"记录仪"，而新叶则是反映气候响应的理想指示器。

讨论与意义
该研究首次阐明喀斯特竹林系统中，植硅体溶解-植物吸收的硅转化过程主要受降雨驱动，而非传统认为的基岩风化或有机质分解。发现竹子不同器官对硅的"分工策略"——秆部维持稳态存储，叶片动态响应环境，这为理解木本植物硅循环提供了新视角。在方法论上，证实柠檬酸提取法适用于评估喀斯特系统PASi，弥补了传统CaCl₂法在酸性土壤中的局限性。

研究成果发表于《CATENA》，不仅为喀斯特生态系统的硅管理提供了理论依据——如通过调节植被结构优化硅循环，更揭示了竹类作为"气候-土壤-植物"三重耦合研究的理想模型。未来研究可结合稳定同位素示踪和分子生物学技术，深入解析硅转运蛋白(如Lsi1/Lsi2)在竹子中的表达调控机制，为全球变化背景下的喀斯特生态适应策略提供科学支撑。