模拟酸雨对桉树和红锥凋落叶养分释放的影响

2021-09-12张艳玲郭东强陈健波杨梅

江苏农业科学 2021年13期

张艳玲郭东强陈健波杨梅

摘要：酸雨是导致林地土壤酸化、生产力下降的主要影响因素之一。通过模拟酸雨淋洗桉树与红锥凋落叶，分析其养分释放及pH值变化情况，探讨2个树种对酸雨的缓冲作用。设置pH值为3.0、4.0、5.0等3个模拟酸雨等级，以pH值为6.0的清水处理作为对照。结果表明，模拟酸雨处理下，桉树与红锥凋落叶养分释放受到不同程度的抑制，凋落叶养分含量随pH值降低而增加，淋洗液养分含量随pH值的降低而降低;红锥凋落叶养分含量低于桉，淋洗液养分含量都高于桉，相对滞留率和下降率表现为桉树>红锥;红锥凋落叶淋洗液pH值增加值大于桉。因此，红锥凋落叶养分释放受酸雨抑制作用较小，在酸雨pH值为4.0、5.0时，红锥凋落叶对酸雨的缓冲作用比桉树强，当pH值为3.0时，2个树种凋落叶对酸雨均没有明显的缓冲作用。

关键词：酸雨;桉;红锥;凋落叶;养分含量;养分释放

中图分类号： X517;S714 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2021）13-0117-04

由于工业的快速发展，酸雨污染已成为全球面临的主要环境问题之一[1]。我国已成为继欧洲和北美洲之后的全球第三大酸雨重灾区，我国的酸雨区主要集中在华中、西南、华东沿海等 3 个区域，广西壮族自治区属于西南酸雨区[2]。日益严重的酸雨问题给陆地生态系统带来严峻的挑战[3]，1950—1965年期间，酸雨使瑞典森林生产率下降2%～7%[4]。酸雨导致生态系统退化，环境质量下降，生物多样性下降，树木营养状况和土壤肥力降低，环境中有毒物质积累增多等[5]。同时森林生态系统可以通过林冠层、凋落物层和林下土壤等对酸雨产生一定的缓冲作用[6-8]。

桉（Eucalyptus robusta Smith）为桃金娘科桉属乔木，是亚热带地区主要的造林树种，我国桉人工林面积546 万hm2，广西地区桉种植面积为 256 万hm2，约占全国桉人工林种植面积的47%[9]。但由于长期种植桉以及化肥的使用、酸雨等危害导致土壤酸化、地力衰退，因此研究人员提出桉可持续经营模式，通过纯林改造混交林，选择合适的混交树种，改善土壤状况[10]。红锥（Castanopsis hystrix）作为优良的用材树种，是桉纯林改造混交林主要树种之一;因此本研究以桉和红锥为研究对象，采用模拟酸雨淋洗凋落叶，分析其养分含量和pH值变化，探讨桉和红锥凋落叶对酸雨的响应，为今后营造桉混交林提供参考。

1 材料与方法

1.1 样地概况

试验林地位于广西壮族自治区南宁市广西国有高峰林场（地理位置为22°13′～23°32′N，107°45′～108°51′E），年平均温度为21.6 ℃，极端最高气温为40.4 ℃，极端最低气温为-2.4 ℃。年均降水量可达1 304.2 mm，平均相对湿度为79%。

1.2 试验设计

1.2.1 样品采集凋落叶样品于2016年11月30日采集于14 年生的桉、红锥人工林。在林地中分别设置3个20 m×20 m样地，在样地中以“Z”形路线采集新凋落的、外形较完整、无明显分解痕迹的新鲜凋落叶样品带回实验室，次日进行模拟酸雨试验。

1.2.2 模拟酸雨淋洗装置依据广西壮族自治区当地酸雨特征[11]，本试验利用硫酸和硝酸配制pH值为3.0、4.0、5.0的酸雨处理液，并设置pH值为6.0的蒸馏水为对照组（CK），每个处理重复3次。采用敞口圆形塑料容器（内径为15 cm）制作凋落叶淋洗装置，放入2 cm剪碎的凋落叶。将已配制好的酸雨处理液装入可以控制流速的树体专用输液袋倒挂在塑料容器上方，控制流速为200 mL/d，模拟酸雨淋洗20 d，塑料瓶连接在装置下方接收淋洗液，为防止试验过程中水分蒸发，采用保鲜膜密封淋洗装置的每个接口。

1.3 指标测定

测定凋落叶和凋落叶淋洗液全氮（N）、全磷（P）、全钾（K）、全钙（Ca）、全镁（Mg）含量。测定全氮、全磷含量时采用硫酸-过氧化氢消煮法制备待测液[12]，全氮含量采用流动分析仪进行测定[13]，全磷含量用原子吸收分光光度计测定[14]。全钾、全钙、全镁含量测定时采用硝酸-高氯酸消煮法制备待测液，全钾含量采用火焰光度计进行测定，全钙、全镁含量采用原子吸收分光光度计进行测定[15]。

1.4 数据处理

与对照组比较，计算凋落叶养分相对滞留率和凋落叶淋洗液养分下降率，采用 SPSS 22.0统计分析软件进行单因素方差（ANOVA）分析和Duncans新復极差法进行显著性检验，并采用 Excel 软件作图。

相对滞留率=m1-mCK1mCK1×100%;

下降率=mCK2-m2mCK2×100%。

式中：m1表示模拟不同pH值酸雨淋洗后凋落叶养分含量;m2表示模拟不同pH值酸雨淋洗后凋落叶淋洗液养分含量;mCK1表示对照组凋落叶养分含量;mCK2表示对照组凋落叶淋洗液养分含量。

2 结果与分析

2.1 模拟酸雨对桉和红锥凋落叶养分含量影响

由表1、图1可知，模拟酸雨淋洗20 d后，桉和红锥凋落叶养分含量均随处理液pH值的降低而增加。相同pH值酸溶液处理下，凋落叶养分含量表现为桉>红锥;除Ca含量外，桉凋落叶的其他养分相对滞留率均高于红锥。pH值为5.0时，酸雨处理对桉凋落叶P的释放影响较大，其相对滞留率达到40.32%，显著大于红锥;其次为红锥凋落叶Ca的释放，其相对滞留率为27.72%，显著大于桉。pH值为4.0时，酸雨处理对桉凋落叶P、K、Mg的释放影响显著强于红锥，其相对滞留率分别达到59.08%、43.63%、39.55%，但对Ca释放的影响表现为红锥显著大于桉，其相对滞留率为44.44%;pH值为3.0时，酸雨处理影响桉和红锥凋落叶养分的释放，桉凋落叶P和Mg受影响较大，其相对滞留率分别达到88.02%、100.00%;红锥凋落叶Ca和Mg受影响较大，Ca的相对滞留率为70.33%，大于桉，Mg的相对滞留率为86.06%。

2.2 模拟酸雨对桉和红锥凋落叶淋洗液养分含量影响

由表2、图2可知，桉和红锥凋落叶在不同pH值酸雨处理下，淋洗液养分含量排序为N>K>Ga>P>Mg;淋洗液N含量随处理液pH值的升高先升高后降低，pH值为5.0酸雨处理下全N含量最高，其他养分含量都随酸雨pH值升高而增多。同一pH值酸雨处理下，淋洗液养分含量表现为桉<红锥，下降率表现为红锥<桉。酸雨对桉和红锥凋落叶淋洗液的不同养分释放的影响不同，pH值为4.0的酸雨处理对桉凋落叶淋洗液N、P、K和Mg的影响显著大于红锥，其P、K和Mg与CK相比下降率为37.67%、30.06%、43.70%，红锥凋落叶淋洗液Mg含量受影响最大，下降率为31.58%;pH值为3.0的酸雨处理对桉和红锥凋落叶淋洗液N、P、K和Mg的影响显著大于Ca，且桉显著大于红锥，其中桉凋落叶淋洗液P和Mg受影响较大，其下降率分别达到51.04%、58.27%，红锥凋落叶淋洗液Mg受影响较大，其下降率为51.13%。

2.3 模拟酸雨对桉和红锥凋落叶淋洗液pH值影响

从图3可知，模拟酸雨淋洗处理后，凋落叶淋洗液的pH值都有不同程度升高，红锥的变化值大于桉。当处理液pH值为5.0、4.0时，红锥凋落叶淋洗液pH值变化值分别为1.14、0.95，而桉凋落叶淋洗液pH值变化值分别为0.87、0.53，说明红锥凋落叶对酸雨的缓冲作用较强;而在CK及处理液pH值为3.0时，2个树种的凋落叶淋洗液pH值均无明显变化。

3 讨论与结论

酸雨对森林生态系统造成的危害通常是通过土壤间接反映出来。大量酸性物质输入土壤，使土壤生态系统承受更多的H+负荷，不可避免地导致土壤酸化[16-17]。凋落叶是土壤表面除树冠层外第2道保护屏障，对于土壤酸化有一定的缓冲作用[18-19]，且酸雨对不同树种凋落叶养分释放影响不同[19-20]。本研究发现桉和红锥凋落叶对酸雨都有不同程度的缓冲作用，且红锥凋落叶缓冲作用较强。凋落叶对酸雨缓冲作用的主要表现为酸雨中H+与凋落叶组织中的盐基阳离子发生交换反应，淋洗出K+、Mg2+、Ca2+等，使得酸雨中H+含量降低[7，21]。pH值为5.0的模拟酸雨处理对桉和红锥凋落叶淋洗液养分含量影响较小，淋洗液pH值增高值较大，2个树种对酸雨都有一定的缓冲作用;pH值为4.0的酸雨处理对桉凋落叶淋洗液N、P、K和Mg的影响显著大于红锥，且与CK相比，红锥K、Mg、Ca的洗出受抑制作用较小，而且淋洗液pH值上升幅度最大，因此红锥对酸雨的缓冲作用更强，K、Mg、Ca的淋出是凋落叶缓冲酸雨的主要原因。但生态系统对酸雨的缓冲作用具有一定的临界值[16]，当模拟酸雨pH值为3.0时，桉和红锥凋落叶淋洗液养分含量相对滞留率较大，淋洗液pH值升高较小，凋落叶对酸雨的缓冲效果不明显。

由于广西地区降雨酸度pH值平均值为4.9，最小值为3.0左右，是酸雨污染最严重的地区之一[2，22]，红锥凋落叶对酸雨的缓冲作用大于桉，且红锥属于较速生的珍贵乡土树种，干形通直，材质优良，因此在一定的降雨酸度范围内，红锥作为桉的混交树种，可减缓酸雨对人工林地土壤酸化的影响，同时又起到优化桉人工林林分结构、维持林分生产力的重要作用。

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