模擬酸雨對(duì)桉樹(shù)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(guò)模擬酸雨淋洗桉樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)>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(shù)強(qiáng)，當(dāng)pH值為3.0時(shí)，2個(gè)樹(shù)種凋落葉對(duì)酸雨均沒(méi)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(wèn)題之一[1]。我國(guó)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(guó)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(wèn)題給陸地生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)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(shù)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(guò)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(shù)種，我國(guó)桉人工林面積546 萬(wàn)hm2，廣西地區(qū)桉種植面積為 256 萬(wàn)hm2，約占全國(guó)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(guò)純林改造混交林，選擇合適的混交樹(shù)種，改善土壤狀況[10]。紅錐（Castanopsis hystrix）作為優(yōu)良的用材樹(shù)種，是桉純林改造混交林主要樹(shù)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(guó)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(wú)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(shù)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(guò)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(guò)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(shuō)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(shù)種的凋落葉淋洗液pH值均無(wú)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(guò)土壤間接反映出來(lái)。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(shù)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(shù)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(yáng)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(shù)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(shù)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(shù)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃 鶯. 全球環(huán)境安全問(wèn)題綜述[J]. 國(guó)際資料信息，2004（7）：1-8.

[2]陸曉艷，黃 增，陳 蓓，等. “十二五”期間廣西酸雨污染變化特征分析[J]. 廣西科學(xué)，2019，26（3）：341-346.

[3]劉 萍，夏 菲，潘家永，等. 中國(guó)酸雨概況及防治對(duì)策探討[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理，2011，36（12）：30-35.

[4]莊 捷，陳奮飛，陳巖松，等. 酸雨對(duì)林木傷害的研究[J]. 西部林業(yè)科學(xué)，2006，35（1）：129-133.

[5]張俊平，張新明，曾純軍，等. 酸雨對(duì)生態(tài)系統(tǒng)酸化影響的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（增刊）：245-249.

[6]詹 敏，竇云鵬，郭培培，等. 天目山不同森林類型林冠對(duì)酸雨的緩沖作用[J]. 浙江林業(yè)科技，2010，30（2）：26-30.

[7]胡 波，王云琦，王玉杰，等. 重慶縉云山3種典型林分對(duì)酸沉降的作用機(jī)理[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2013，27（2）：1-7.

[8]余小龍. 亞熱帶地區(qū)常見(jiàn)森林凋落葉對(duì)酸雨的緩沖能力及其化學(xué)成分研究[D]. 杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)，2011.

[9]劉 濤，謝耀堅(jiān). 中國(guó)桉樹(shù)人工林快速發(fā)展動(dòng)因分析與展望[J]. 桉樹(shù)科技，2020，37（4）：38-47.

[10]鄒碧山，黃立新，張宋英，等. 廣東省桉樹(shù)人工林可持續(xù)發(fā)展對(duì)策[J]. 綠色科技，2019（21）：187-188，190.

[11]黃 磊，王慶國(guó). 廣西南寧市酸雨特征及影響因素分析[J]. 貴州氣象，2014，38（6）：52-54.

[12]劉海威，張少康，焦 峰. 氮磷添加對(duì)不同退耕年限草本植被群落及土壤化學(xué)計(jì)量特征的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2017，31（2）：333-338.

[13]張麗萍，王久榮，袁紅朝，等. 植物全氮的AA3型流動(dòng)分析儀測(cè)定方法研究[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（10）：83-86.

[14]翁冰粦. 原子吸收分光光度計(jì)在土壤磷測(cè)定中的應(yīng)用[J]. 福建農(nóng)業(yè)科技，2002（3）：17.

[15]魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

[16]劉美華，伊力塔，馬元丹，等. 毛竹、銀杏凋落葉對(duì)酸雨緩沖作用的研究[J]. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，29（2）：29-32.

[17]倪 幸，黃其穎，葉正錢. 竹炭施用對(duì)土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化和小麥鎘積累的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，35（4）：818-824.

[18]王仕琴，宋獻(xiàn)方，肖國(guó)強(qiáng)，等. 基于氫氧同位素的華北平原降水入滲過(guò)程[J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2009，20（4）：495-501.

[19]鄭文輝，林開(kāi)敏，徐 昪，等. 7種不同樹(shù)種凋落葉對(duì)模擬酸雨緩沖性能的研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2014，28（3）：104-108.

[20]伍 琪，任世奇，姜同強(qiáng)，等. 南方四種速生樹(shù)種凋落葉在不同模擬酸雨環(huán)境中變化特性研究[J]. 基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué)，2020，39（4）：1758-1768.

[21]宋文龍，楊勝天，溫志群，等. 貴州典型森林群落植被冠層的酸雨淋溶特征及緩沖作用[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（1）：15-23.

[22]黃紅銘，黃 增，韋江慧，等. 2011—2018年廣西酸雨污染變化特征及影響因素分析[J]. 化學(xué)工程師，2019，33（10）：41-44.