模擬酸雨對(duì)桉樹和紅錐凋落葉養(yǎng)分釋放的影響

張艷玲 郭東強(qiáng) 陳健波 楊梅

摘要：酸雨是導(dǎo)致林地土壤酸化、生產(chǎn)力下降的主要影響因素之一。通過模擬酸雨淋洗桉樹與紅錐凋落葉，分析其養(yǎng)分釋放及pH值變化情況，探討2個(gè)樹種對(duì)酸雨的緩沖作用。設(shè)置pH值為3.0、4.0、5.0等3個(gè)模擬酸雨等級(jí)，以pH值為6.0的清水處理作為對(duì)照。結(jié)果表明，模擬酸雨處理下，桉樹與紅錐凋落葉養(yǎng)分釋放受到不同程度的抑制，凋落葉養(yǎng)分含量隨pH值降低而增加，淋洗液養(yǎng)分含量隨pH值的降低而降低;紅錐凋落葉養(yǎng)分含量低于桉，淋洗液養(yǎng)分含量都高于桉，相對(duì)滯留率和下降率表現(xiàn)為桉樹>紅錐;紅錐凋落葉淋洗液pH值增加值大于桉。因此，紅錐凋落葉養(yǎng)分釋放受酸雨抑制作用較小，在酸雨pH值為4.0、5.0時(shí)，紅錐凋落葉對(duì)酸雨的緩沖作用比桉樹強(qiáng)，當(dāng)pH值為3.0時(shí)，2個(gè)樹種凋落葉對(duì)酸雨均沒有明顯的緩沖作用。

關(guān)鍵詞：酸雨;桉;紅錐;凋落葉;養(yǎng)分含量;養(yǎng)分釋放

中圖分類號(hào)： X517;S714 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2021）13-0117-04

由于工業(yè)的快速發(fā)展，酸雨污染已成為全球面臨的主要環(huán)境問題之一[1]。我國已成為繼歐洲和北美洲之后的全球第三大酸雨重災(zāi)區(qū)，我國的酸雨區(qū)主要集中在華中、西南、華東沿海等 3 個(gè)區(qū)域，廣西壯族自治區(qū)屬于西南酸雨區(qū)[2]。日益嚴(yán)重的酸雨問題給陸地生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[3]，1950—1965年期間，酸雨使瑞典森林生產(chǎn)率下降2%～7%[4]。酸雨導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化，環(huán)境質(zhì)量下降，生物多樣性下降，樹木營(yíng)養(yǎng)狀況和土壤肥力降低，環(huán)境中有毒物質(zhì)積累增多等[5]。同時(shí)森林生態(tài)系統(tǒng)可以通過林冠層、凋落物層和林下土壤等對(duì)酸雨產(chǎn)生一定的緩沖作用[6-8]。

桉（Eucalyptus robusta Smith）為桃金娘科桉屬喬木，是亞熱帶地區(qū)主要的造林樹種，我國桉人工林面積546 萬hm2，廣西地區(qū)桉種植面積為 256 萬hm2，約占全國桉人工林種植面積的47%[9]。但由于長(zhǎng)期種植桉以及化肥的使用、酸雨等危害導(dǎo)致土壤酸化、地力衰退，因此研究人員提出桉可持續(xù)經(jīng)營(yíng)模式，通過純林改造混交林，選擇合適的混交樹種，改善土壤狀況[10]。紅錐（Castanopsis hystrix）作為優(yōu)良的用材樹種，是桉純林改造混交林主要樹種之一;因此本研究以桉和紅錐為研究對(duì)象，采用模擬酸雨淋洗凋落葉，分析其養(yǎng)分含量和pH值變化，探討桉和紅錐凋落葉對(duì)酸雨的響應(yīng)，為今后營(yíng)造桉混交林提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

試驗(yàn)林地位于廣西壯族自治區(qū)南寧市廣西國有高峰林場(chǎng)（地理位置為22°13′～23°32′N，107°45′～108°51′E），年平均溫度為21.6 ℃，極端最高氣溫為40.4 ℃，極端最低氣溫為-2.4 ℃。年均降水量可達(dá)1 304.2 mm，平均相對(duì)濕度為79%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 樣品采集 凋落葉樣品于2016年11月30日采集于14 年生的桉、紅錐人工林。在林地中分別設(shè)置3個(gè)20 m×20 m樣地，在樣地中以“Z”形路線采集新凋落的、外形較完整、無明顯分解痕跡的新鮮凋落葉樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，次日進(jìn)行模擬酸雨試驗(yàn)。

1.2.2 模擬酸雨淋洗裝置 依據(jù)廣西壯族自治區(qū)當(dāng)?shù)厮嵊晏卣鱗11]，本試驗(yàn)利用硫酸和硝酸配制pH值為3.0、4.0、5.0的酸雨處理液，并設(shè)置pH值為6.0的蒸餾水為對(duì)照組（CK），每個(gè)處理重復(fù)3次。采用敞口圓形塑料容器（內(nèi)徑為15 cm）制作凋落葉淋洗裝置，放入2 cm剪碎的凋落葉。將已配制好的酸雨處理液裝入可以控制流速的樹體專用輸液袋倒掛在塑料容器上方，控制流速為200 mL/d，模擬酸雨淋洗20 d，塑料瓶連接在裝置下方接收淋洗液，為防止試驗(yàn)過程中水分蒸發(fā)，采用保鮮膜密封淋洗裝置的每個(gè)接口。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

測(cè)定凋落葉和凋落葉淋洗液全氮（N）、全磷（P）、全鉀（K）、全鈣（Ca）、全鎂（Mg）含量。測(cè)定全氮、全磷含量時(shí)采用硫酸-過氧化氫消煮法制備待測(cè)液[12]，全氮含量采用流動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)定[13]，全磷含量用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定[14]。全鉀、全鈣、全鎂含量測(cè)定時(shí)采用硝酸-高氯酸消煮法制備待測(cè)液，全鉀含量采用火焰光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，全鈣、全鎂含量采用原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

與對(duì)照組比較，計(jì)算凋落葉養(yǎng)分相對(duì)滯留率和凋落葉淋洗液養(yǎng)分下降率，采用 SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行單因素方差（ANOVA）分析和Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，并采用 Excel 軟件作圖。

相對(duì)滯留率=m1-mCK1mCK1×100%;

下降率=mCK2-m2mCK2×100%。

式中：m1表示模擬不同pH值酸雨淋洗后凋落葉養(yǎng)分含量;m2表示模擬不同pH值酸雨淋洗后凋落葉淋洗液養(yǎng)分含量;mCK1表示對(duì)照組凋落葉養(yǎng)分含量;mCK2表示對(duì)照組凋落葉淋洗液養(yǎng)分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬酸雨對(duì)桉和紅錐凋落葉養(yǎng)分含量影響

由表1、圖1可知，模擬酸雨淋洗20 d后，桉和紅錐凋落葉養(yǎng)分含量均隨處理液pH值的降低而增加。相同pH值酸溶液處理下，凋落葉養(yǎng)分含量表現(xiàn)為桉>紅錐;除Ca含量外，桉凋落葉的其他養(yǎng)分相對(duì)滯留率均高于紅錐。pH值為5.0時(shí)，酸雨處理對(duì)桉凋落葉P的釋放影響較大，其相對(duì)滯留率達(dá)到40.32%，顯著大于紅錐;其次為紅錐凋落葉Ca的釋放，其相對(duì)滯留率為27.72%，顯著大于桉。pH值為4.0時(shí)，酸雨處理對(duì)桉凋落葉P、K、Mg的釋放影響顯著強(qiáng)于紅錐，其相對(duì)滯留率分別達(dá)到59.08%、43.63%、39.55%，但對(duì)Ca釋放的影響表現(xiàn)為紅錐顯著大于桉，其相對(duì)滯留率為44.44%;pH值為3.0時(shí)，酸雨處理影響桉和紅錐凋落葉養(yǎng)分的釋放，桉凋落葉P和Mg受影響較大，其相對(duì)滯留率分別達(dá)到88.02%、100.00%;紅錐凋落葉Ca和Mg受影響較大，Ca的相對(duì)滯留率為70.33%，大于桉，Mg的相對(duì)滯留率為86.06%。

2.2 模擬酸雨對(duì)桉和紅錐凋落葉淋洗液養(yǎng)分含量影響

由表2、圖2可知，桉和紅錐凋落葉在不同pH值酸雨處理下，淋洗液養(yǎng)分含量排序?yàn)镹>K>Ga>P>Mg;淋洗液N含量隨處理液pH值的升高先升高后降低，pH值為5.0酸雨處理下全N含量最高，其他養(yǎng)分含量都隨酸雨pH值升高而增多。同一pH值酸雨處理下，淋洗液養(yǎng)分含量表現(xiàn)為桉<紅錐，下降率表現(xiàn)為紅錐<桉。酸雨對(duì)桉和紅錐凋落葉淋洗液的不同養(yǎng)分釋放的影響不同，pH值為4.0的酸雨處理對(duì)桉凋落葉淋洗液N、P、K和Mg的影響顯著大于紅錐，其P、K和Mg與CK相比下降率為37.67%、30.06%、43.70%，紅錐凋落葉淋洗液Mg含量受影響最大，下降率為31.58%;pH值為3.0的酸雨處理對(duì)桉和紅錐凋落葉淋洗液N、P、K和Mg的影響顯著大于Ca，且桉顯著大于紅錐，其中桉凋落葉淋洗液P和Mg受影響較大，其下降率分別達(dá)到51.04%、58.27%，紅錐凋落葉淋洗液Mg受影響較大，其下降率為51.13%。

2.3 模擬酸雨對(duì)桉和紅錐凋落葉淋洗液pH值影響

從圖3可知，模擬酸雨淋洗處理后，凋落葉淋洗液的pH值都有不同程度升高，紅錐的變化值大于桉。當(dāng)處理液pH值為5.0、4.0時(shí)，紅錐凋落葉淋洗液pH值變化值分別為1.14、0.95，而桉凋落葉淋洗液pH值變化值分別為0.87、0.53，說明紅錐凋落葉對(duì)酸雨的緩沖作用較強(qiáng);而在CK及處理液pH值為3.0時(shí)，2個(gè)樹種的凋落葉淋洗液pH值均無明顯變化。

3 討論與結(jié)論

酸雨對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)造成的危害通常是通過土壤間接反映出來。大量酸性物質(zhì)輸入土壤，使土壤生態(tài)系統(tǒng)承受更多的H+負(fù)荷，不可避免地導(dǎo)致土壤酸化[16-17]。凋落葉是土壤表面除樹冠層外第2道保護(hù)屏障，對(duì)于土壤酸化有一定的緩沖作用[18-19]，且酸雨對(duì)不同樹種凋落葉養(yǎng)分釋放影響不同[19-20]。本研究發(fā)現(xiàn)桉和紅錐凋落葉對(duì)酸雨都有不同程度的緩沖作用，且紅錐凋落葉緩沖作用較強(qiáng)。凋落葉對(duì)酸雨緩沖作用的主要表現(xiàn)為酸雨中H+與凋落葉組織中的鹽基陽離子發(fā)生交換反應(yīng)，淋洗出K+、Mg2+、Ca2+等，使得酸雨中H+含量降低[7，21]。pH值為5.0的模擬酸雨處理對(duì)桉和紅錐凋落葉淋洗液養(yǎng)分含量影響較小，淋洗液pH值增高值較大，2個(gè)樹種對(duì)酸雨都有一定的緩沖作用;pH值為4.0的酸雨處理對(duì)桉凋落葉淋洗液N、P、K和Mg的影響顯著大于紅錐，且與CK相比，紅錐K、Mg、Ca的洗出受抑制作用較小，而且淋洗液pH值上升幅度最大，因此紅錐對(duì)酸雨的緩沖作用更強(qiáng)，K、Mg、Ca的淋出是凋落葉緩沖酸雨的主要原因。但生態(tài)系統(tǒng)對(duì)酸雨的緩沖作用具有一定的臨界值[16]，當(dāng)模擬酸雨pH值為3.0時(shí)，桉和紅錐凋落葉淋洗液養(yǎng)分含量相對(duì)滯留率較大，淋洗液pH值升高較小，凋落葉對(duì)酸雨的緩沖效果不明顯。

由于廣西地區(qū)降雨酸度pH值平均值為4.9，最小值為3.0左右，是酸雨污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一[2，22]，紅錐凋落葉對(duì)酸雨的緩沖作用大于桉，且紅錐屬于較速生的珍貴鄉(xiāng)土樹種，干形通直，材質(zhì)優(yōu)良，因此在一定的降雨酸度范圍內(nèi)，紅錐作為桉的混交樹種，可減緩酸雨對(duì)人工林地土壤酸化的影響，同時(shí)又起到優(yōu)化桉人工林林分結(jié)構(gòu)、維持林分生產(chǎn)力的重要作用。

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