模拟酸雨胁迫对银杏与池杉凋落叶分解的影响

叶龙华， 孙小川， 宋曰钦， 薛 立

(1.广东省林业科技推广总站， 广东 广州 510173； 2.南京农业大学园艺学院， 江苏 南京 201195； 3.黄山学院生命与环境科学学院， 安徽 黄山 245041； 4.华南农业大学 林学与风景园林学院， 广东 广州 510642)

模拟酸雨胁迫对银杏与池杉凋落叶分解的影响

叶龙华1， 孙小川2， 宋曰钦3， 薛 立4*

(1.广东省林业科技推广总站， 广东 广州 510173； 2.南京农业大学园艺学院， 江苏 南京 201195； 3.黄山学院生命与环境科学学院， 安徽 黄山 245041； 4.华南农业大学 林学与风景园林学院， 广东 广州 510642)

以硫酸、亚硫酸为原料配制不同pH值的酸溶液，采用分解袋法，在室内模拟酸雨处理银杏和池杉凋落叶，研究模拟酸雨胁迫对银杏和池杉凋落叶分解的影响。结果表明：不同pH值的模拟酸雨胁迫对银杏和池杉凋落叶的分解率均存在一定的抑制作用，以对照组(pH值7.0)的凋落叶分解率最高，其次是轻度(pH值5.6)酸雨胁迫和中度(pH值4.0)酸雨胁迫处理的，分解率最低的是重度(pH值2.5)酸雨胁迫处理的，表现为随酸雨胁迫强度增强即pH值的减小而减小的趋势。2个不同树种的凋落叶对酸雨胁迫的反应也存在差异，池杉落叶分解受酸雨的影响比银杏落叶的小。

模拟酸雨胁迫； 银杏； 池杉； 凋落叶； 分解率

酸雨是pH值小于5.6的大气降水的总称，包括各种酸性的雨、雾、雪、霜等[1]。近年来在东北亚地区出现了世界第三大酸雨区，该区包括中国长江以南广大地区和朝鲜、日本等，其中酸性最强、面积最大的酸雨区在中国[2-4]。酸雨会对生态环境带来广泛而持久的危害，且能造成巨大的经济损失。同时，酸雨也对生态系统造成巨大影响，严重干扰生态系统的物质循环与能量流动[5]。森林凋落物是森林生长过程中形成的产物，是森林土壤有机质的主要来源[6]，其分解过程是生态系统物质循环的重要环节，将生物有机体的合成与分解连接起来，其分解结果直接影响到碳在森林生态系统的积累和营养物质及其他化学组分向土壤的归还和土壤养分的有效性，进而影响到森林生态系统的物质循环[7-8]，因而在生态系统功能和过程方面都起到十分重要的作用[9-10]，主要体现在维持森林的养分循环、防止水土流失、保护土壤免受环境胁迫等方面[11]。近年来，国内外就酸雨胁迫对树木凋落物分解的影响做了大量细致的研究，为人类认识酸雨对森林生态系统功能和过程的影响以及森林培育过程中如何选择树种以减轻酸雨产生的胁迫提供了一定的科学依据。这些研究主要集中在酸雨对植物形态结构和生理生化性质及土壤理化性质的影响等方面[12-13]，而酸雨胁迫对凋落物分解影响的研究报导很少[14-16]，特别是在亚热带地区，这方面的研究报导更少[17]。酸雨对凋落物分解的影响与养分还原、生态系统碳循环和碳平衡、退化生态系统的恢复以及生态系统对酸雨的临界负荷等方面具有密切联系。敏感区凋落物对酸雨胁迫反应模式的研究可以为分析酸雨危害下生态系统的缓冲能力和可修复性等问题提供重要依据[18-19]。银杏是中生代孑遗的古老种植植物，有世界“金色活化石”之称，是我国特有的著名多用途珍稀树种，为国家一级保护植物。池杉在长江南北水网地区作为重要造林树种和园林树种。作者以黄山地区，特别是黄山学院校园内典型树种银杏和池杉的叶凋落物为研究对象，研究酸雨胁迫对其叶凋落物分解率的影响，以揭示酸雨胁迫对这2种不同树种的叶凋落物分解的影响规律，可以为造林时科学、合理地选择树种及制定营林措施提供参考。

1 试验区概况

黄山市位于安徽省最南端的皖、浙、赣三省结合部，地处中亚热带北缘，其气候温和、四季分明、雨量充沛，年平均气温为16.3 ℃，全年无霜期为237天，年降水量1 670 mm。该区属于湿润地区[20]。

2 材料与方法

2.1 模拟酸雨配制

依据模拟酸雨相关文献[21]，以硫酸、亚硫酸为原料按1∶1的比例配制母液，用纯净水稀释，配制pH值分别为2.5、4.0和5.6的酸溶液作为试验处理液，以纯净水为对照。

2.2 试验设计

凋落物分解采用目前应用较多的分解袋法。分解袋由尼龙网制成，规格为20 cm×12 cm，孔径为1.0 mm×1.5 mm。将凋落物称重后放入分解袋中，置于土壤表面，定期测定凋落物的分解率。

2010年3月起，于黄山学院校园内收集银杏和池杉刚脱落的新鲜叶片，收集后自然风干。称取10 g左右(精确至0.001 g)的风干落叶样品，装入分解袋内，每1树种装123袋(4×30+3)，其中120袋为3个处理和1个对照，(分别编号为A，B，C，D组)，另外3袋用于试验开始时落叶含水量测定(85 ℃烘干72 h)。从田间称取黄心土，装入塑料袋中，每袋装入200 g左右，塑料袋是规格为20 cm×30 cm的超市购物袋，控制黄心土含水量在60%左右，将上述装有落叶的分解袋平放在黄心土表面。分别对银杏和池杉落叶样品按重度酸雨胁迫(pH值2.5)、中度酸雨胁迫(pH值4.0)、轻度酸雨胁迫(pH值5.6)和对照(pH值7.0)的顺序进行处理。以上述溶液分别喷洒在试验组A、B、C和对照组D的落叶上，喷洒的量根据测定的树叶最大持水量确定(前期试验中采用叶片浸泡法测定银杏叶最大持水量为1.506 g/g，池杉叶最大持水量为1.238 g/g)，然后将上述不同处理的样品放在室内培养。

2.3 样品处理

试验的前14天每7天取样1次，在15～56天期间每14天取样1次，56天以后每21天取样1次，共取样10次，每次每1处理取样品3袋。取样品时，仔细从网袋内取出落叶，洗净后烘干、称重，再粉碎，保存待用。

2.4 数据处理

运用Excel制图，SPSS软件处理数据，对凋落叶不同分解时间和处理的分解率进行反正弦转换后，得到凋落物分解率的F值和P值。

3 结果与分析

3.1 不同pH值模拟酸雨胁迫下凋落叶分解率的动态变化

自然条件下，凋落物从树体脱落后，随着时间的推移而逐渐分解。一般认为分解过程有3个：淋溶过程、自然粉碎过程和代谢过程。3个同时发生的过程使得凋落物的重量发生变化。

由图1可知：对照组(pH值7.0)的银杏凋落叶和池杉凋落叶的分解率均明显高于酸雨胁迫处理的。这一结果表明，酸雨对银杏凋落叶和池杉凋落叶的分解均起到了抑制作用。不同程度(pH值)酸雨胁迫处理的银杏凋落叶分解率表现为轻度(pH值5.6)酸雨胁迫处理>中度(pH值4.0)酸雨胁迫处理>重度(pH值2.5)酸雨胁迫处理，说明不同程度酸雨胁迫处理对银杏凋落叶的分解都有抑制作用，重度酸雨胁迫处理对银杏凋落叶的抑制作用最大，轻度酸雨胁迫处理银杏凋落叶的分解率与对照组的较为接近，相差不明显。在0～77天的时间段内，分解率随着分解时间的延长而上升的趋势比较明显，77天后逐渐趋于平缓。在0～28天的时间段内，重度酸雨胁迫处理的池杉凋落叶的分解率高于中度酸雨胁迫处理的，28天后池杉凋落叶的分解率表现为轻度酸雨胁迫处理>中度酸雨胁迫处理>重度酸雨胁迫处理；在0～56天的时间段内，分解率随着分解时间的延长而上升的趋势比较明显，两者近似呈线性关系，以后逐渐趋于平缓，增长幅度明显降低。原因是在分解的前期，凋落叶内可供分解的有机质较丰富，微生物新陈代谢旺盛，其分解速率和效率都较高，随着时间的推移，叶内可供分解的物质越来越少，分解速率下降。

图1 不同pH值模拟酸雨胁迫下叶凋落物分解率动态变化曲线图Fig.1 The leaf decomposition dynamic of simulated acid rain under different pH注：“A”表示银杏；“B”表示池杉。下表1同。

对2个树种凋落叶的分解率进行比较(见图1)得出，在分解前期池杉凋落叶与银杏凋落叶的分解规律存在差异，但分解中后期随着胁迫程度的增加，酸雨胁迫处理对2种凋落叶分解的抑制作用均越来越强，轻度酸雨胁迫处理对2种凋落叶分解的抑制作用均不明显。在相同程度酸雨胁迫处理和相同时间段内，池杉凋落叶的分解率明显低于银杏，说明在相同条件下，革质较厚的池杉针叶分解较慢，抗酸能力更强，而银杏阔叶分解相对较快。

3.2 模拟酸雨的pH值对凋落叶分解率的影响

从表1可知：不同取样时间的银杏凋落叶和池杉凋落叶的分解率均存在极显著差异，在0～163天范围内，时间是影响银杏凋落叶分解的主要因素之一；不同pH值的酸雨胁迫处理对银杏凋落叶和池杉凋落叶的分解率的影响均达到极显著水平；时间和处理的互作对银杏凋落叶和池杉凋落叶分解率的影响均不显著。

表1 不同pH值模拟酸雨胁迫下叶凋落物分解率方差分析Tab.1 VarianceanalysisofleafdecompositionofsimulatedacidrainunderdifferentpH差异来源自由度树种F值P值处理3A205.3790.000B17.2360.000时间9A463.8440.000B23.2630.000时间×处理27A0.8370.692B1.1840.276

4 结论与讨论

不同程度(pH值)模拟酸雨胁迫处理对银杏和池杉凋落叶的分解均存在一定的抑制作用。这种抑制作用减缓了凋落叶的分解速率，从而延缓凋落叶中养分的释放。本试验中，不同pH值酸雨胁迫处理对凋落叶分解抑制作用的大小为pH值2.5>pH值4.0>pH值5.6>对照。重度酸雨胁迫处理对叶凋落物的分解抑制程度大；轻度酸雨胁迫处理的抑制作用不明显，与对照的分解速率差异较小。即模拟酸雨的酸性越强，对凋落叶的抑制分解作用也越强，这与马元丹等[22]和季晓燕等[23]的研究结果一致。

从酸雨影响凋落叶分解的机理来看，落叶分解是一个十分复杂的生态过程，受到多种因素的综合作用，其分解速率不仅与树叶种类、土壤中的微生物等生物因素有关，而且还受氮沉降、旱涝、UV-B、辐射等环境因素的影响[16，24]。酸雨胁迫是一种化学胁迫，不仅能直接改变落叶所处环境的pH值，影响落叶分解的环境条件，从而使得土壤中酶活性改变，也可能通过抑制微生物的活动以及降低底栖无脊椎动物群落的密度和丰富度，从而影响树叶分解率[25]。土壤生物群落是决定凋落物分解速率的驱动力[23]，酸雨导致土壤酸化从而抑制土壤生物群落活性可能是导致凋落物分解速率减慢的主要原因，一般常表现为酸性越强，这种影响越大[26]。今后可以从更长的时间、更多的树种以及结合全球环境变化的其他影响因素，如CO2浓度增高、氮沉降、紫外线辐射强度提高等多种因素来研究对凋落物分解的综合影响，同时研究凋落物分解过程中的营养成分、微生物群落等多方面的变化。

从酸雨对2种不同树种凋落叶分解率的影响程度来看，银杏凋落叶与池杉凋落叶的分解率有明显的差异，在相同pH值的模拟酸雨胁迫处理和相同时间段，池杉凋落叶的分解率明显低于银杏叶的，这与凋落叶本身的性质有关，说明针叶树种池杉凋落叶的分解比阔叶树种银杏叶的分解受酸雨的影响小。针叶树种的叶片多为厚革质，角质层发达，含有较多木质素、纤维素等物质，阻碍了微生物的分解，也不利于淋溶作用和土壤动物对其的机械破坏；阔叶树种凋落物的木质素、纤维素含量相对较低，且阔叶树种凋落物的比表面积更大，有利于微生物定居其上进行分解，因此，一般针叶树种的分解率低于阔叶树种的[27]。在受酸雨影响地区选择树种时，要充分考虑到不同树种凋落叶分解受酸雨的影响程度，科学、合理地选择树种及制定营林措施，以减轻酸雨对森林生态系统功能发挥的抑制作用，确保生态系统的稳定性。

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(文字编校：唐效蓉)

EffectsofsimulatedacidrainonleaflitterdecompositionofGinkgobilobaandTaxodiumascendens

YE Longhua1， SUN Xiaochuan2， SONG Yueqin3， XUE Li4*

(1.Extension General Station of Forestry Science and Technology of Guangdong Province， Guangzhou 510173， China； 2.College of Horticulture， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China； 3.College of Life and Environmental Sciences， Huangshan University， Huangshan 245041， China； 4.College of Forestry and Landscape Architecture， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China)

In order to probe the growing problem of acid rain on leaf litter decomposition，the effects of simulated acid rain on leaf litter decomposition ofGinkgobilobaandTaxodiumascendenswere studiedby litterbag method in laboratory conditions.The leaf litters ofG.bilobaandT.ascendenswere treated by different pH value of simulated acid rain.The result indecated that the leaf litter decomposition rates ofG.bilobaandT.ascendensincreased with decreasing acid rain intensity.The leaf litter decomposition rate of both species was the fastest in the control(pH7.0)，followed by mild acid stress(pH5.6)，moderate acid rain(pH4.0)and the severe acid rain(pH2.5).There was a difference in respond of leaf litter decomposition of the two species to acid rain.Acid rain influenced on leaf litter decomposition ofT.ascendenswas smaller thanG.biloba.

simulated acid rain；Ginkgobiloba；Taxodiumascendens； leaf litter； decomposition rate

2015-03-30

国家林业局948项目(2014-4-64)。

叶龙华(1988-)，男，安徽省安庆市人，硕士，研究方向为森林培育和树木生理学。

*为通讯作者。

S 718.43

A

1003 — 5710(2015)04 — 0027 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2015. 04. 007