長沙市郊楓香人工林降水的淋溶特征

羅 忠， 文仕知， 劉 虹

(中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 410004)

長沙市郊楓香人工林降水的淋溶特征

羅 忠， 文仕知， 劉 虹

(中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 410004)

楓香人工林； 養(yǎng)分； 淋溶特征

降水的淋溶作用是指大氣降水對(duì)植物的葉片、樹皮以及根系部分的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行淋洗的過程[1～5]。楓香作為城市市郊景觀生態(tài)公益林的優(yōu)勢(shì)樹種，適應(yīng)性強(qiáng)，無嚴(yán)重病蟲害，土壤改良效果好[6～8]。研究其降水淋溶特征，對(duì)于揭示楓香人工林在城市水土保持和凈化水質(zhì)、空氣等生態(tài)功能方面的作用具有積極的意義，同時(shí)也為楓香人工林經(jīng)營、林地生產(chǎn)力維持、生態(tài)公益林建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)[9-10]。

1 實(shí)驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖南省長沙市南郊雨花區(qū)湖南省林業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)林場(chǎng)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°01′30′′，北緯28°06′40′′，林場(chǎng)總面積267 hm2，最高海拔114 m，最低海拔46 m，地勢(shì)較為平緩。試驗(yàn)地屬典型的中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年均氣溫17.3 ℃，年日照時(shí)數(shù)1 717 h，年均降水量1 411.4 mm，全年無霜期272天，年均相對(duì)濕度為80%。試驗(yàn)地土壤為第四紀(jì)網(wǎng)紋層母質(zhì)發(fā)育的偏酸性紅壤，pH值為5±0.5，土壤中礫石含量中等。試驗(yàn)林場(chǎng)森林覆蓋率76%，具有典型亞熱帶森林特征。本試驗(yàn)林地上的楓香林為1986年人工種植，郁閉度0.9左右。樣地林木平均胸徑為12.4 cm；林分密度為1 250株/hm2；楓香林下灌木較少，主要以草本為主。

2 研究方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究選取兩個(gè)立地條件和郁閉度比較類似，面積為20 m×30 m的樣地。在集水區(qū)山洼和山坡各安置一臺(tái)遙測(cè)雨量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)的雨量筒測(cè)定實(shí)驗(yàn)區(qū)域的大氣降水。根據(jù)楓香林冠的疏密、間隙分布等情況，在每個(gè)樣地設(shè)置15～20個(gè)塊狀的接水器測(cè)量穿透水；按每莖級(jí)選擇3～4棵樹形和樹冠中等的標(biāo)準(zhǔn)樹，在樹干安裝導(dǎo)管，雨后及時(shí)測(cè)定樹干莖流[7-8、11～15]。

2.2 水樣收集

從2008年開始，每次降雨時(shí)嚴(yán)格按水樣采集的要求采集水樣。每個(gè)水樣每一次采集量在500～1 000 mL之間，盛于潔凈的瓶中，及時(shí)送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析[12～20]。

2.3 水質(zhì)分析

用磷鉬藍(lán)比色法測(cè)定水樣中的P；用蒸餾比色法測(cè)定水樣中的N；用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定水樣中的K、Mg、Ca等養(yǎng)分元素和Fe、Cu、Zn、Mn等重金屬元素[18，24]。

3 結(jié)果與分析

3.1 楓香人工林林內(nèi)降水的淋溶特征

表1 楓香人工林林內(nèi)降水大量元素淋溶情況Tab.1 Situationofmacro-elements’eluviationsofthroughfallofLiquidambarformosanaplantation(mg/L)項(xiàng)目NH+4-NNO-3-NPO-3SO2-4K+Ca2+Mg2+年均淋溶濃度2008年-0.472-0.339-0.122-0.3070.44816.1241.9112009年-0.411-0.261-0.128-0.2710.7019.2170.9122010年-0.446-0.292-0.119-0.1950.51111.3411.0252011年-0.398-0.344-0.135-0.1830.54813.4020.896平均淋溶濃度-0.432-0.309-0.126-0.2390.55212.5211.186淋溶系數(shù)0.4280.8310.4790.5111.0833.3513.293

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，楓香人工林生態(tài)系統(tǒng)林內(nèi)降水中Fe3+、Cu2+、Zn2+和Pb2+等微量元素淋溶系數(shù)均小于1，分別為0.499、0.765、0.421、0.22，呈負(fù)淋溶，表現(xiàn)出楓香對(duì)它們有明顯的凈化作用。楓香人工林林內(nèi)降水中含量大幅上升的只有Mn2+，平均淋溶濃度為0.973 mg/L，淋溶系數(shù)為26.161，淋溶作用較顯著，說明大量Mn2+被楓香的樹葉、樹枝和樹干等部位吸附了。這主要是因?yàn)殚L沙周邊有個(gè)大型錳礦(湘潭錳礦)，且距離較近，導(dǎo)致大氣浮塵中錳含量高。楓香人工林林內(nèi)降水中Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+都表現(xiàn)出負(fù)淋溶，平均淋溶濃度分別為：-0.004、-0.079、-0.05 mg/L和-0.023 mg/L。這表明楓香人工林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)大氣降水中含有的Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+等重金屬元素具有一定的吸附作用，起到了凈化空氣、降低了這些重金屬元素對(duì)周邊土壤或植物的毒害作用。

表2 楓香人工林穿透水微量元素淋溶狀況Tab.2 Situationofmicro-elements’eluviationsofthroughfallofLiquidambarformosanaplantation(mg/L)項(xiàng)目Fe3+Cu2+Zn2+Mn2+Pb2+年均淋溶濃度2008年-0.037-0.003-0.0650.951-0.0172009年-0.043-0.004-0.0811.011-0.0212010年-0.061-0.004-0.0760.899-0.0232011年-0.059-0.005-0.0941.031-0.023平均淋溶濃度-0.050-0.004-0.0790.973-0.021淋溶系數(shù)0.4990.7650.42126.1610.220

3.2 楓香人工林樹干莖流淋溶特征

楓香人工林樹干莖流中，除Mn2+之外，F(xiàn)e3+、Cu2+、Zn2+和Pb2+等微量元素與大量元素有所不同，它們的淋溶系數(shù)均小于1(見表4)，呈負(fù)淋溶，表現(xiàn)出楓香有比較明顯的凈化作用。楓香樹干莖流中的Mn2+含量上升幅度比較明顯，其平均淋溶濃度為0.831 mg/L，淋溶系數(shù)為22.009；Fe3+、Cu2+、Zn2+和Pb2+均表現(xiàn)為負(fù)淋溶，平均淋溶濃度分別為：-0.061、0.001、-0.103、-0.019 mg/L；與楓香人工林穿透水中微量元素淋溶相比較：楓香樹干莖流中的Fe3+、Zn2+和Pb2+淋溶系數(shù)降低，這說明楓香樹干對(duì) Fe3+、Zn2+、Pb2+同樣具有吸附、吸收的功能，對(duì)這三種重金屬污染起到凈化作用。

表4 楓香人工林樹干莖流微量元素淋溶濃度Tab.4 Situationofmicro-elements’eluviationsofstem-flowofLiquidambarformosanaplantation(mg/L)項(xiàng)目Fe3+Cu2+Zn2+Mn2+Pb2+年均淋溶濃度2008年-0.0710.001-0.1010.746-0.0172009年-0.0630.000-0.1040.803-0.0202010年-0.0590.000-0.1020.811-0.0212011年-0.0510.002-0.1050.963-0.018平均淋溶濃度-0.0610.001-0.1030.831-0.019淋溶系數(shù)0.2730.8130.26122.0090.131

4 結(jié)論與討論

楓香人工林生態(tài)系統(tǒng)林內(nèi)降水和樹干莖流中Fe3+、Cu2+、Zn2+和Pb2+等微量元素淋溶系數(shù)均小于1，呈負(fù)淋溶，表現(xiàn)出明顯的凈化作用，降低了這些重金屬元素對(duì)周邊土壤或植物的毒害作用。樹干莖流中Fe3+、Zn2+和Pb2+淋溶系數(shù)較穿透水有所降低。林內(nèi)降水和樹干莖流中只有重金屬元素Mn2+含量大幅上升，淋溶作用顯著，說明楓香人工林枝葉對(duì)于Mn2+具有較強(qiáng)的富集能力，可以考慮把楓香作為一種錳礦區(qū)的生態(tài)改良樹種。

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LeachingcharacteristicsofLiquidambarformosanaplantationunderrainfallpartitioninginChangshasuburb

LUO Zhong， WEN Shizhi， LIU Hong

(Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China)

Liquidambarformosanaplantation； nutrient； leaching

2015-08-30

湖南省教育廳“楓香人工林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究”(11B132)；湖南省科技廳“楓香人工林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究”(2012FJ4348)。

羅 忠(1978-)男，湖南省衡陽市人，講師，主要從事水土保持與荒漠化防治研究。

S 715.2

A

1003 — 5710(2015)05 — 0030 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2015. 05. 008

(文字編校：龔玉子)