桉樹浸提液水體染色行為研究

摘 要 為探求桉樹水體染色行為的機制與原理，于廣西高峰林場界牌分場采集尾葉桉桉樹葉、桉樹樹干皮、桉樹枝皮、桉樹枯落物進行不同條件處理，即不同pH值、響應(yīng)時間和不同金屬陽離子，觀察對比桉樹各部位浸提物水體吸光度的變化情況，利用雙因素方差分析法獲得導(dǎo)致“黑水”現(xiàn)象的主要因素。結(jié)果表明，pH值和離子類型因素顯著影響桉樹各個器官浸提物水體吸光度，其中堿性條件下吸光度更高。Fe2+條件下桉樹各個器官浸提物水體吸光度最大，其次為Fe3+條件，Na+、Mg2+、Ca2+條件下桉樹各個器官浸提物水體吸光度相對較低。說明堿性土壤及土壤鐵離子高的環(huán)境下更容易出現(xiàn)桉樹水體染色現(xiàn)象，即“黑水”現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞 桉樹；水體染色；黑水；浸提物

中圖分類號：S792.39 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.09.004

桉樹適應(yīng)性強、用途廣泛，已成為我國森林資源的主要構(gòu)成部分，分布在我國廣西、廣東、云南、海南、福建、四川、湖南、江西等省區(qū)[1]，其中廣西種植面積最大。截至目前，廣西桉樹人工林面積已達256萬hm2，占全國人工林面積的46.9%[2]。桉樹生長期短，種植后5～6年即可砍伐，為我國木材加工及經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻[3]。但由于部分桉樹林區(qū)附近湖泊出現(xiàn)水體變深、變黑的現(xiàn)象，俗稱“黑水”現(xiàn)象，造成部分人群極力反對種植桉樹。

桉樹凋落物落入水中后將周邊水域染黑是大眾對“黑水”現(xiàn)象的理解，但造成林區(qū)“黑水”現(xiàn)象的原因有許多，說法不一。楊鈣仁等研究表明，桉樹人工林采伐地“黑水”是一種偶發(fā)自然現(xiàn)象，僅發(fā)于新采伐跡地，新鮮采伐剩余物與高溫高濕多雨天氣是其發(fā)生的物質(zhì)前提和氣象條件，多暴發(fā)于夏季，“黑水”顏色為墨黑，在正常生長期間桉樹林不會發(fā)生“黑水”現(xiàn)象[4-5]。陳丹輝等研究發(fā)現(xiàn)，桉樹林邊水庫存在水質(zhì)變色現(xiàn)象的原因為桉樹林氮、磷流失入庫造成水庫富營養(yǎng)化[3]。李一平等的研究表明，桉樹人工林水庫泛黑與特定季節(jié)及特殊氣候有關(guān)，水體溫度結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是黑水物質(zhì)轉(zhuǎn)移的主要動力因素，夏季水體溫度穩(wěn)定，限制了底層黑物質(zhì)向上遷移，溶解氧等水質(zhì)指標分層明顯，秋冬季節(jié)分層消失，水體發(fā)生垂直交換，給底層致黑物質(zhì)提供了上翻的動力，導(dǎo)致“泛黑”現(xiàn)象發(fā)生[6]。桉樹莖、葉在水體中浸出大量單寧酸，在硫化物、單寧酸、鐵、錳同時存在的條件下，發(fā)生鐵、錳與硫化物，單寧酸與硫化物，鐵、錳與單寧酸的一系列反應(yīng)，生成黑色絡(luò)合物，導(dǎo)致水庫泛黑。廣西作為全國最大的桉樹人工林種植區(qū)，要繼續(xù)發(fā)展桉樹產(chǎn)業(yè)，就必須破除謠言，樹立正確科學(xué)的認識。

通過設(shè)置不同桉樹器官浸提物在不同pH值、不同溫度和不同金屬離子條件下的顏色響應(yīng)情況，探究桉樹“黑水”現(xiàn)象的成因和機制。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

本試驗所用桉樹葉、桉樹樹干皮、桉樹枝皮、桉樹枯落物采自高峰林場界牌分場。在樣地選擇20株2年生生長健康的尾葉桉，按東南西北4個方位采集當年的枝、皮、葉，混合取500 g樣品，同時采集干皮和林分枯落物各500 g，分別用自封袋保濕密封帶回實驗室，放冰箱低溫保存。分析時每次使用樣品5 g。

1.2" 浸出物的提取

采用研磨法充分研磨5 g樣品的浸出液，然后放入離心機以2 000 r·min-1進行離心處理2 min，取上層清液待用。

1.3" 試驗設(shè)計

設(shè)置兩組多重比較，第一組為pH染色實驗：設(shè)置變量為桉樹不同器官浸提物、不同pH值、響應(yīng)時間，溫度設(shè)置為35 ℃；桉樹不同器官浸提物包括桉樹干皮、枝皮、葉、枯落物；pH值設(shè)為3、4、5、6、7、8、9、10、11。第二組為桉樹主要器官和枯落物浸提物染色實驗：設(shè)置變量為離子類型、溫度、響應(yīng)時間；離子類型有Ca2+、Na+、Mg2+、Fe2+、Fe3+5種；溫度設(shè)置15、20、25、30、35、40 ℃共6個梯度。

將配制好的1 mol·L-1的Ca2+、Na+、Mg2+、Fe2+、Fe3+溶液50 mL放置在恒溫箱中，設(shè)置好溫度，溫度梯度為15、20、25、30、35、40 ℃，pH值則設(shè)置在35 ℃這一比較具有代表性的溫度上。pH值設(shè)置為3、4、5、6、7、8、9、10、11。用溫度計測量溫度直到所需溶液到達所需溫度。將1 mol·L-1浸出液加入恒溫溶液中，立刻測量其最適波長及吸光度。

1.4" 檢測指標及分析方法

上述實驗觀察測定時間間隔為0、0.25、0.5、1、2、4、6、12、24、48、96 h共11個梯度。用可見分光光度計掃描，記錄其相應(yīng)吸光度值，比較得出影響桉樹浸提物染色行為的最大因素。

使用SPSS軟件進行單因素方差分析、雙因素方差分析及顯著性差異分析。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 桉樹器官、pH值、響應(yīng)時間對桉樹染色的影響

選取桉樹器官（A）、pH值（B）、響應(yīng)時間（C）、桉樹器官與pH值交互作用（A×B）、桉樹器官與響應(yīng)時間交互作用（A×C）、pH值與響應(yīng)時間交互作用（B×C）為桉樹染色行為的影響因素，統(tǒng)計相應(yīng)吸光度，得出影響桉樹浸提物染色行為的主要影響因子[33]。

表1為雙因素方差分析，檢驗的原假設(shè)是A、B、C及各因素對桉樹浸提物的水溶液染色行為均無顯著影響，取檢驗的顯著水平為α=0.05。由表1可知，桉樹不同器官、不同pH值、桉樹不同器官與pH值交叉作用的檢驗F值都大于其臨界值，表明桉樹不同器官、不同pH值及桉樹不同器官與pH值交叉作用對桉樹浸提液水溶液染色現(xiàn)象有顯著影響。而放置響應(yīng)時間、桉樹不同器官與響應(yīng)時間交叉作用、pH值與響應(yīng)時間交叉作用對桉樹染色浸提液水溶液染色現(xiàn)象無影響。

2.2" 離子類型、溫度、響應(yīng)時間對桉樹各部位水浸提物顏色的影響

2.2.1" 對桉樹樹干皮水浸提物的影響

選取離子類型（D）、溫度（E）、響應(yīng)時間（C）、離子類型與溫度交互作用（D×E）、離子類型與響應(yīng)時間交互作用（D×C）、溫度與響應(yīng)時間交互作用（E×C）為桉樹樹干皮浸提物染色行為的影響因素，統(tǒng)計相應(yīng)吸光度，得出影響桉樹浸提物染色行為的主要影響因子。

表2為雙因素方差分析，檢驗的原假設(shè)是C、D、E各因素對桉樹浸提物的水溶液染色行為均無顯著影響，取檢驗的顯著水平為α=0.05。由表2可知，不同離子類型的檢驗F值都大于其臨界值，表明不同離子類型對桉樹樹干皮的浸提物水溶液染色現(xiàn)象有顯著影響。而不同溫度、響應(yīng)時間、離子類型與溫度交叉作用、離子類型與響應(yīng)時間交叉作用、溫度與響應(yīng)時間交叉作用對桉樹樹干皮浸提物水溶液染色現(xiàn)象無影響。

2.2.2" 對桉樹枝皮水浸提物染色的影響

選取離子類型（D）、溫度（E）、響應(yīng)時間（C）、離子類型與溫度交互作用（D×E）、離子類型與響應(yīng)時間交互作用（D×C）、溫度與響應(yīng)時間交互作用（E×C）為桉樹枝皮浸提物染色行為的影響因素，統(tǒng)計相應(yīng)吸光度，得出影響桉樹浸提物染色行為的主要影響因子。

表3為雙因素方差分析，檢驗的原假設(shè)是D、C、E及各因素對桉樹浸提物的水溶液染色行為均無顯著影響，取檢驗的顯著水平為α=0.05。由表3可知，不同離子類型、響應(yīng)時間、不同離子類型和響應(yīng)時間、不同離子和溫度、不同溫度和響應(yīng)時間交互作用的檢驗F值都大于其臨界值，表明不同離子類型、響應(yīng)時間、不同離子類型和響應(yīng)時間、不同離子和溫度、不同溫度和響應(yīng)時間交互作用對桉樹枝皮的浸提物水溶液染色現(xiàn)象有顯著影響。而不同溫度對桉樹枝皮浸提物水溶液染色無影響。

2.2.3" 對桉樹葉水浸提物染色的影響

選取離子類型（D）、溫度（E）、響應(yīng)時間（C）、離子類型與溫度交互作用（D×E）、離子類型與響應(yīng)時間交互作用（D×C）、溫度與響應(yīng)時間交互作用（E×C）為桉樹葉浸提物染色行為的影響因素，統(tǒng)計相應(yīng)吸光度，得出影響桉樹浸提物染色行為的主要影響因子。

表4為雙因素方差分析表，檢驗的原假設(shè)是各因素對桉樹浸提物的水溶液染色行為均無顯著影響，取檢驗的顯著水平為α=0.05。由表4可知，不同離子類型的檢驗F值都大于其臨界值，表明不同離子類型對桉樹葉的浸提物水溶液染色現(xiàn)象有顯著影響。而溫度、響應(yīng)時間、離子類型與溫度交叉作用、離子類型與響應(yīng)時間交叉作用、溫度與響應(yīng)時間交叉作用對桉樹葉浸提物水溶液染色現(xiàn)象無影響。

2.2.4" 對桉樹枯落物水浸提物染色的影響

選取離子類型（D）、溫度（E）、響應(yīng)時間（C）、離子類型與溫度交互作用（D×E）、離子類型與響應(yīng)時間交互作用（D×C）、溫度與響應(yīng)時間交互作用（E×C）為桉樹枯落物浸提物染色行為的影響因素，統(tǒng)計相應(yīng)吸光度，得出影響桉樹枯落物浸提物染色行為的主要影響因子。

表5為雙因素方差分析，檢驗的原假設(shè)是各因素對桉樹浸提物的水溶液染色行為均無顯著影響，取檢驗的顯著水平為α=0.05。由表5可知，不同離子類型和不同溫度檢驗的F值都大于其臨界值，表明不同離子類型和不同溫度對桉樹枯落物的浸提物水溶液染色現(xiàn)象有顯著影響。而響應(yīng)時間、離子類型與溫度交叉作用、離子類型與響應(yīng)時間交叉作用、溫度與響應(yīng)時間交叉作用對桉樹枯落物浸提液染色現(xiàn)象無影響。

3" 結(jié)論與討論

經(jīng)過檢測桉樹各器官浸提液在不同pH值環(huán)境下、桉樹樹干皮在不同離子及不同溫度下、桉樹葉在不同離子及不同溫度下、桉樹枝皮在Na+、Mg2+、Ca2+、Fe2+及不同溫度下、桉樹枯落物在不同離子及不同溫度下的反應(yīng)液在可見光光度計下測得的吸收峰波長均在330～420 nm。

桉樹不同器官、不同pH值、不同溫度、不同離子類型、響應(yīng)時間、桉樹不同器官與pH值交叉作用、不同離子類型和響應(yīng)時間對桉樹染色行為有顯著影響。其中，pH值對桉樹各個器官浸提物的染色行為影響最大；離子類型對桉樹樹干皮、桉樹枝皮、桉樹葉浸提物及桉樹枯落物的染色行為影響最大。pH值和離子類型對桉樹各個器官浸提物染色行為影響最大，其中堿性條件下吸光度更高，顏色更深，即在不同pH值類型土壤中“黑水”現(xiàn)象存在差異，堿性土壤中尤甚。

肉眼觀測，試驗中桉樹浸提物的各個處理反應(yīng)液顏色深淺不一，其中Fe2+環(huán)境35 ℃下與浸提物的響應(yīng)顏色最深，肉眼觀測為藍黑色；Na+、Mg2+、Ca2+反應(yīng)液在初滴入浸提物時，未擴散前小范圍顏色響應(yīng)均為藍黑色，擴散均勻后顏色變淺，說明桉樹枯落物的數(shù)量亦會影響浸提物的顏色深淺，但卻遠不如相同條件下Fe2+環(huán)境顏色深，而Fe3+環(huán)境反應(yīng)液顏色為棕褐色，說明令桉樹出現(xiàn)“黑水”現(xiàn)象的主要影響的離子為Fe2+，受Na+、Mg2+、Ca2+影響較小，但由于Fe2+在空氣中容易被氧化成Fe3+，所以桉樹“黑水”染色行為為短時間染色行為。筆者通過放置人工林下的“黑水”發(fā)現(xiàn)，“黑水”顏色為黃褐色，并隨時間逐漸沉降后，溶液澄清變淺，沉降物為褐色細顆粒物，并且不溶于水，過濾后濾液變澄清透明，筆者由此推測，在土壤中也存在過濾。這與楊鈣仁的研究中“桉樹‘黑水’經(jīng)過一段時間后逐漸消失，并只將土壤染色?！?[4]這一說法是相符的。

本研究證明，桉樹“黑水”現(xiàn)象是短時間現(xiàn)象，受土壤pH值和離子類型影響較大，并可能在桉樹林地砍伐的雨天時達到高峰。

參考文獻：

[1] 宋賢沖，唐健，覃其云，等. 廣西桉樹造林區(qū)水體監(jiān)測與評價[J]. 廣西林業(yè)科學(xué)，2011，40（4）：274-276，291.

[2] 蔣林，覃恒，鄧建英，等.不同樹種和比例對桉樹人工混交林土壤肥力質(zhì)量的影響[J].桉樹科技，2022，39（2）：9-14.

[3] 陳丹輝，江惠龍.桉樹種植對湖庫型飲用水水源水質(zhì)的影響[J].化學(xué)工程與裝備，2010（7）：123，172-174.

[4] 楊鈣仁，于婧睿，蘇曉琳，等. 桉樹人工林黑水發(fā)生環(huán)境及其對魚類的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2016，29（2）：445-450.

[5] 楊鈣仁，雷世滿，黃承標，等. 桉樹人工林冠層淋溶水質(zhì)特征初步研究[J]. 水土保持學(xué)報，2009，23（6）：203-206.

[6] 李一平，羅凡，郭晉川，等.我國南方桉樹（Eucalyptus）人工林區(qū)水庫突發(fā)性泛黑形成機理初探[J].湖泊科學(xué)，2018，30（1）：15-24.

（責(zé)任編輯：敬廷桃）