韓小美，陸湘云,楊 梅，劉世男，王永堂，唐夢云，翟衛(wèi)玲

（1.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西國有高峰林場，廣西 南寧 530001）

【研究意義】酸雨已經(jīng)成為全球性的環(huán)境問題，我國酸雨區(qū)域面積占國土面積的30%，已成為繼歐洲、北美之后的世界第三大重酸雨區(qū)域［1］，目前已經(jīng)形成華中、西南、華南和華東四大酸雨區(qū)。廣西地處華南，是酸雨污染較為嚴(yán)重的區(qū)域［2-3］。【前人研究進(jìn)展】劉厚田等［4］認(rèn)為鋁中毒是南山酸雨對馬尾松的主要危害，土壤酸化的不良后果主要有：使土壤K、Na、Ca和Mg等養(yǎng)分含量降低［5］，重金屬活化［6-7］，土壤出現(xiàn)Al毒［8-10］和Mn毒［11］?！颈狙芯壳腥朦c】森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，森林土壤一旦酸化，將會導(dǎo)致森林大面積死亡，桉樹是廣西森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成樹種，具有速生、高產(chǎn)、輪伐期短、經(jīng)濟效益顯著等特點［12-14］，廣西桉樹面積和產(chǎn)量均居全國前列［15］。然而，桉樹對土壤的危害近年來飽受爭議，有人認(rèn)為桉樹是“抽水機”“耗肥機”，甚至認(rèn)為桉樹有毒，進(jìn)而對桉樹有抵觸情緒。也有研究認(rèn)為桉樹人工林之所以會出現(xiàn)這種情況，主要是酸雨沉降，導(dǎo)致土壤酸化，土壤被酸化后會加速土壤中交換性離子淋失，降低某些重要營養(yǎng)元素（如Ca、Mg）對林木生長的有效性，產(chǎn)生土壤肥力下降等各種問題［16-17］。由于酸雨對桉樹人工林土壤造成嚴(yán)重危害，所以營造桉樹與其他樹種人工混交林日益受到人們重視，唐仕明［18］通過調(diào)查桉樹與大葉相思的行間混交情況，發(fā)現(xiàn)桉樹與大葉相思混交可以改良土壤、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、促進(jìn)生態(tài)平衡、提高林分的抗災(zāi)害能力。鄧海燕等［19］也認(rèn)為營造合適的桉樹與其他樹種的混交林可以更充分地利用林地條件，增強抗御災(zāi)害和病蟲害的能力?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以廣西南寧高峰林場的10年生巨尾桉純林和10年生巨尾桉與紅椎混交林兩種林分的林間土壤作為試驗材料，通過人為模擬酸沉降，分析了不同酸度淋溶下的兩林分土壤化學(xué)性質(zhì)變化，比較兩種林分對酸雨的緩沖能力，判定該混交樹種的適宜性，為該區(qū)今后選擇營造混交林樹種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣地概況

廣西國有高峰林場位于廣西南寧市盆地北緣，屬大明山山脈，地理坐標(biāo)為108°08'～108°53'E、22°49' ～23°15' N，海拔 150～ 400 m。地貌主要由山丘和丘陵構(gòu)成，丘陵占全場面積的55.5%，山地占38.7%［20］。土壤構(gòu)成物質(zhì)為古生代的泥巖、泥質(zhì)頁巖、砂頁巖等沉積巖系，局部有石英砂巖、花崗巖及第四紀(jì)沉積物，風(fēng)化發(fā)育為赤紅壤［21］。樣地屬熱帶北緣氣候，雨量充足，年平均氣溫在21 ℃左右，極端最低溫-2 ℃，極端最高氣溫為40 ℃，積溫為7 500 ℃左右，年降雨量為1 200～1 500 mm、多集中在每年6～9月［22］。

1.2 采樣方法

在廣西南寧高峰林場，選擇具有代表性的10年生巨尾桉純林、10年生巨尾桉與紅椎混交林兩種人工林，均采用無性系造林，在每個林分中按上坡、中坡、下坡設(shè)置20 m×20 m的樣地，每個林分設(shè)置3個樣地，在樣地內(nèi)按照對角線法挖取各樣地土壤剖面，采集0～-20 cm的土樣裝入塑料袋中，每個樣地取3個土樣，貼好標(biāo)簽，帶回實驗室。

表1 采樣林分基本信息Table 1 Basic information of sampling forests

1.3 試驗設(shè)計

廣西城市降水中陰離子主要是以SO42-和NO3-為主［23］，按照廣西城市降水中SO42-和NO3-組成的配比［24-26］，調(diào)配 H2SO4和 HNO3溶液濃度比為8∶1的酸雨溶液，調(diào)配的酸雨溶液pH分別為3.0、4.0、5.6，以pH值為6.0的清水為對照（CK）。模擬酸沉降試驗所用酸雨總量相當(dāng)于當(dāng)?shù)啬昃邓?，按廣西桉樹主要種植區(qū)年平均降水量1 300 mm，樹冠枝葉截留后剩余70%左右進(jìn)入林地，每年進(jìn)入林地土壤雨量為910 mm。取10年生桉樹純林和桉樹與紅椎混交林0～-20 cm土壤，分別裝入PVC塑料管（高40 cm、內(nèi)徑 7.5 cm），管底鋪一層窗紗和玻璃棉，在土層上面分別按照林地落葉厚度覆蓋大約5 cm厚度落葉，以恢復(fù)到桉樹純林和混交林的最原始狀態(tài)。裝置上方采用能控制流速的樹體專用輸液袋（1L）倒掛在PVC塑料管上方，下方用漏斗罩住，漏斗下方用塑料廣口瓶接取淋洗液，且密封接口處，防止濾液蒸發(fā)，每個林分4個處理，每個處理3次重復(fù)。總共淋溶量約4 L，淋溶速率控制在100 mL/d 左右，試驗歷時40 d。40 d后進(jìn)行濾液收集測定，淋溶后將土樣取出，進(jìn)行pH值測定，風(fēng)干后進(jìn)行養(yǎng)分測定。

1.4 測定方法

土壤和淋洗液pH值用pH計進(jìn)行測定，全氮含量測定采用重鉻酸鉀-硫酸消化法，全磷含量測定采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，硝態(tài)氮（NO3-）、銨態(tài)氮（NH4+）和速效磷含量測定采用點滴比色聯(lián)合速測法。

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行分析，并使用Excel軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬酸雨對兩種林分土壤pH的影響

模擬酸沉降下兩林分土壤pH值如圖1所示。桉樹純林土壤pH值在各處理下表現(xiàn)為pH 3.0處理極顯著低于pH 5.6處理和CK，pH 5.6處理和CK相比差異不顯著。桉樹+紅椎混交林土壤pH值在各處理下表現(xiàn)為pH 3.0處理顯著低于pH 4.0和pH 5.6處理，極顯著低于CK。CK下兩林分土壤pH值相比，桉樹+紅椎混交林土壤pH值極顯著高于桉樹純林土壤，可知在不加外界酸雨處理下，桉樹純林土壤本身的酸性強于桉樹+紅椎混交林土壤，通常情況下土壤酸性越強，受酸雨酸化影響程度越大，可見桉樹純林受酸雨影響程度大于桉樹+紅椎混交林。在酸雨作用下，對兩種林分土壤pH的平均下降幅度進(jìn)行比較，桉樹純林的平均下降幅度為1.41，混交林為1.66，桉樹+紅椎混交林大于桉樹純林，說明桉樹+紅椎混交林土壤對酸的緩沖能力大于桉樹純林。

圖1 模擬酸沉降下兩種林分土壤pH比較Fig.1 Comparison of soil pH of two stands under simulated acid deposition

2.2 模擬酸雨對兩種林分土壤氮、磷含量的影響

2.2.1 酸沉降對土壤全氮含量的影響 模擬酸沉降下兩種林分土壤全氮含量如圖2所示。從圖2可以看出，桉樹純林土壤全氮含量隨模擬酸雨pH減小呈先增加后減少的趨勢，pH 4.0處理下土壤全氮含量最高，且極顯著高于其他3個處理，各處理下土壤全氮含量大小為pH 4.0＞ pH 5.6＞CK＞ pH 3.0?？梢姡嵊阷H 4.0是一個臨界值，當(dāng)酸雨pH≥4.0時，酸雨對土壤全氮含量具有促進(jìn)作用，顯著增加土壤全氮含量，而當(dāng)酸雨pH＜4.0時，土壤全氮含量降低。桉樹+紅椎混交林各處理間的變化規(guī)律與桉樹純林變化規(guī)律一致，同樣為酸雨pH 4.0時，土壤全氮含量最高。與對照相比，pH 3.0處理下兩種林分土壤全氮含量下降率分別為桉樹純林28.7%、桉樹+紅椎混交林18.9%。桉樹+紅椎混交林土壤全氮含量下降率小于桉樹純林，說明桉樹+紅椎混交林土壤對酸雨的緩沖能力和固氮能力強于桉樹純林。

圖2 模擬酸沉降下兩種林分土壤全氮含量比較Fig.2 Comparison of total N content in soil of two stands under simulated acid deposition

2.2.2 酸沉降對土壤銨態(tài)氮含量的影響 模擬酸沉降下兩種林分土壤銨態(tài)氮含量如圖3所示，供試土壤銨態(tài)氮含量在酸雨pH 5.6處理下最大，極顯著高于其他3個處理，與CK相比，pH 5.6處理土壤銨態(tài)氮含量處于增加狀態(tài)，當(dāng)酸雨pH小于5.6時，桉樹純林土壤銨態(tài)氮含量開始下降，且pH 3.0處理顯著降低了土壤銨態(tài)氮含量，各處理下土壤銨態(tài)氮含量大小順序為pH 5.6＞ CK＞pH 4.0＞pH 3.0。桉樹+紅椎混交林在酸雨pH 4.0處理達(dá)到最大，與CK相比，桉樹+紅椎混交林在酸雨pH≥4.0時土壤銨態(tài)氮含量都處于增加狀態(tài)，在pH 3.0處理下土壤銨態(tài)氮含量開始下降，且pH 3.0處理顯著降低了土壤銨態(tài)氮含量?？梢姡煌琾H酸雨處理下桉樹純林和桉樹+紅椎混交林變化有明顯差異性，桉樹純林在pH 5.6時達(dá)到最大，桉樹+紅椎混交林在酸雨pH 4.0時最大。與CK相比，pH 3.0處理下兩種林分土壤銨態(tài)氮含量下降率分別為桉樹純林為46.6%、桉樹+紅椎混交林23.5%。桉樹+紅椎混交林銨態(tài)氮下降率遠(yuǎn)小于桉樹純林。

2.2.3 酸沉降對土壤硝態(tài)氮含量的影響 模擬酸沉降下兩種林分土壤硝態(tài)氮含量如圖4所示，從圖4可以看出，桉樹純林供試土壤硝態(tài)氮含量隨模擬酸雨pH的減小同樣呈現(xiàn)先增加后降低的規(guī)律，pH 4.0處理下硝態(tài)氮含量最高，極顯著高于其他3個處理，pH 3.0處理低于CK。桉樹+紅椎混交林各處理間的變化規(guī)律與桉樹純林變化規(guī)律相一致。與CK相比，pH 3.0處理下兩種林分土壤硝態(tài)氮含量下降率分別為桉樹純林12.4%、桉樹+紅椎混交林11.3%。模擬酸沉降下兩種林分對于硝態(tài)氮下降率大小相近，說明兩種林分對于硝態(tài)氮的淋失無明顯差異。

圖3 模擬酸沉降下兩種林分土壤銨態(tài)氮含量比較Fig.3 Comparison of ammonium N content in soil of two stands under simulated acid deposition

圖4 模擬酸沉降下兩種林分土壤硝態(tài)氮含量比較Fig.4 Comparison of nitrate N content in soil of two stands under simulated acid deposition

2.2.4 酸沉降對土壤全磷含量的影響 模擬酸沉降下兩種林分土壤全磷含量如圖5所示，從圖5可以看出，桉樹純林供試土壤全磷含量隨模擬酸雨pH增加而依次增加，且各處理間差異性顯著。pH 3.0處理土壤全磷含量顯著低于其他3個處理，各處理土壤全磷含量大小順序為CK＞pH 5.6＞pH 4.0＞pH 3.0?？梢娝崽幚硐妈駱浼兞滞寥廊缀颗cCK相比顯著減少。桉樹+紅椎混交林各處理間供試土壤全磷含量隨模擬酸雨pH變化沒有顯著變化，各處理間差異不顯著?？梢?，酸雨淋溶狀態(tài)下，桉樹純林土壤全磷更易流失，而酸雨對桉樹+紅椎混交林土壤全磷磷含量影響不大，說明桉樹+紅椎混交林土壤對全P保持能力強于桉樹純林土壤。

圖5 模擬酸沉降下兩種林分土壤全磷含量比較Fig.5 Comparison of total P content in soil of two stands under simulated acid deposition

2.2.5 酸沉降對土壤速效磷含量的影響 模擬酸沉降下兩種林分土壤速效磷含量如圖6所示，從圖6可以看出，桉樹純林供試土壤速效磷含量隨模擬酸雨pH增加而依次增加，pH 3.0處理土壤速效磷含量顯著低于其他3個處理，pH 5.6和CK間差異不顯著，但顯著高于pH 3.0和pH 4.0處理。說明與CK相比，pH 5.6的酸雨對桉樹純林速效磷含量無明顯影響，而pH 3.0和pH 4.0處理顯著降低了桉樹純林土壤速效磷含量，可見酸處理下桉樹純林土壤速效磷含量顯著減少。桉樹+紅椎混交林各處理間供試土壤速效磷含量隨模擬酸雨pH變化沒有顯著變化，各處理間差異不顯著。說明酸雨對桉樹+紅椎混交林土壤速效磷含量無顯著影響。

圖6 模擬酸沉降下兩種林分土壤速效磷含量比較Fig.6 Comparison of available P content in soil of two stands under simulated acid deposition

2.3 模擬酸雨對兩林分土壤淋洗液pH值和養(yǎng)分含量的影響

2.3.1 酸沉降對兩種林分土壤淋洗液pH值的影響 模擬酸沉降下桉樹純林和桉樹+紅椎混交林土壤淋洗液pH值變化如圖7所示，兩種林分土壤淋洗液pH值隨模擬酸雨pH值的增加均表現(xiàn)出增加狀態(tài)，桉樹純林除在pH 3.0和pH 4.0處理差異不顯著外，其他處理間均表現(xiàn)極顯著差異，桉樹+紅椎混交林各處理間均表現(xiàn)出極顯著差異。淋洗液pH的高低在一定程度上反映了土壤的緩沖能力，兩種林分土壤淋洗液pH在CK下差異不顯著，其他pH酸雨淋洗后，桉樹+紅椎混交林土壤淋洗液pH極顯著高于桉樹純林，說明桉樹+紅椎混交林土壤緩沖酸雨的能力高于桉樹純林。

2.3.2 酸沉降對兩種林分土壤淋洗液養(yǎng)分含量的影響 模擬酸沉降下桉樹純林和桉樹+紅椎混交林土壤淋洗液養(yǎng)分含量變化如圖8和圖9所示，兩林分土壤淋洗液的全氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷、速效磷含量隨模擬酸雨pH的增加均表現(xiàn)出降低的規(guī)律，pH3.0酸雨處理下，兩種林分土壤淋洗液的養(yǎng)分含量最高，在桉樹純林中，pH3.0處理下土壤淋洗液養(yǎng)分含量極顯著高于其他3個處理，pH 5.6處理和CK差異不顯著，在桉樹+紅椎混交林混交林土壤中，pH 3.0和pH 4.0處理下土壤淋洗液各養(yǎng)分含量變化差異不顯著，但極顯著高于pH 5.6處理和CK。總體來看，兩種林分土壤淋洗液養(yǎng)分含量變化表現(xiàn)為酸雨越嚴(yán)重，土壤淋洗出來的養(yǎng)分含量就越高。

圖7 模擬酸沉降下兩種林分土壤淋洗液pH比較Fig.7 Comparison of pH of soil eluent from two stands under simulated acid deposition

圖8 模擬酸沉降下桉樹純林土壤淋洗液養(yǎng)分含量比較Fig.8 Comparison of nutrient content in soil eluent of pure eucalyptus forest under simulated acid deposition

圖9 模擬酸沉降下桉樹+紅椎混交林土壤淋洗液養(yǎng)分含量比較Fig.9 Comparison of nutrient content in soil eluent of mixed forest (eucalyptus + Castanopsis hystrix)under simulated acid deposition

3 討論

劉莉等［27］通過室內(nèi)模擬酸雨土柱淋溶實驗，研究了酸雨作用下三峽庫區(qū)4種典型土壤鹽基離子的釋放特點和釋放機制，結(jié)果表明土壤pH值隨酸雨pH值下降而下降；劉旭陽等［28］研究了模擬酸雨對福州平原稻田土壤酸化情況，結(jié)果表明，酸雨沉降加速了土壤酸化，這與本文得出的pH 3.0處理下桉樹人工林土壤pH值顯著降低的結(jié)論相符。張新明等［29］報道了模擬酸雨下荔枝園對N素變化的影響，結(jié)果表明模擬酸沉降下供試土壤各處理間全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的含量隨著模擬酸雨酸度的增強而依次增加。本研究結(jié)果表明，酸沉降下兩種林分土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量隨酸雨酸度增強均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，弱酸性或者中性酸雨對土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮具有促進(jìn)作用，使土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮顯著增加，而強酸性降雨會使土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮大量淋失，這可能與土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)：當(dāng)酸雨為弱酸性或中性時，會促進(jìn)土壤空氣中的分子態(tài)氮轉(zhuǎn)化成大量有機態(tài)氮和無機態(tài)氮，同時也會促進(jìn)土壤中有機物質(zhì)的水解、硝化作用和氨化作用，從而使土壤中氮素含量大量積累，積累量大于流失量，所以總體處于積累狀態(tài)。而當(dāng)酸雨為強酸性時，由于強酸性的酸雨會破壞土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抑制了氮轉(zhuǎn)化和水解，同時強酸性降雨也會影響土壤微生物的活動，抑制了微生物的分解作用，使微生物分解有機含氮化合物釋放出氨的過程受到抑制，從而使土壤銨態(tài)氮含量增加緩慢，同時強酸性降雨又會使土壤中可溶性氨基酸大量流失，所以總體上會使土壤銨態(tài)氮處于大量淋失狀態(tài)。銨態(tài)氮的減少抑制了土壤的氨在微生物作用下氧化為硝酸的過程，由于硝化細(xì)菌將氨氧化為硝酸的過程受到抑制，土壤硝態(tài)氮積累量小于流失量，所以使硝態(tài)氮總體上也減少。酸沉降下兩種林分氮素降低率相比，可知桉樹純林全氮和銨態(tài)氮降低率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于桉樹+紅椎混交林，表明氮素在桉樹純林中的流失量大于桉樹+紅椎混交林，所以在酸雨嚴(yán)重地區(qū)可以營造桉樹+紅椎混交林，以減少氮素流失，使氮素能夠更好地為植物吸收利用。

劉廣深等［30］采用pH 3.0、4.5兩種模擬酸雨與對照pH 6.0的雨水，濕潤培育加磷后的土壤，結(jié)果表明模擬酸雨pH值愈低，有效磷衰減得愈快，酸雨加快土壤有效磷的衰減，這與本研究模擬酸沉降下桉樹純林土壤磷素隨酸雨酸度的增加而減少，表現(xiàn)出酸沉降下磷素大量流失狀態(tài)的結(jié)論一致，酸雨的淋溶大大增加了土壤中活性鋁的含量，從而使磷的活性吸附點位增多，更多的磷酸根離子與活性鋁離子配位吸附［31］，所以土壤中的磷素在酸雨處理后有所流失，雷波等［32］也表明酸雨引起重慶蔬菜土壤磷素淋失。而桉樹+紅椎混交林土壤磷素在不同酸度的酸雨沉降下沒有顯著變化，可知酸沉降對桉樹+紅椎混交林磷素?zé)o明顯影響，說明桉樹+紅椎混交林土壤對素保持力較強，在造林方面我們可以選擇在酸雨地區(qū)營造桉樹+紅椎混交林來緩解林木缺磷狀況。

4 結(jié)論

（1）模擬酸雨沉降下兩種林分土壤pH、土壤淋洗液pH均隨酸雨pH的降低而降低，桉樹+紅椎混交林土壤pH的平均下降幅度大于桉樹純林，說明桉樹+紅椎混交林對酸的緩沖能力大于桉樹純林。

（2）模擬酸雨沉降下兩種林分土壤全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)N含量隨酸雨pH減小均呈現(xiàn)先增加后減小的變化，同一pH（pH 3.0）處理下，與CK相比，桉樹純林土壤全氮和銨態(tài)氮含量下降率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于桉樹+紅椎混交林，說明桉樹+紅椎混交林固定全氮和銨態(tài)氮的能力強于桉樹純林。

（3）模擬酸雨沉降下兩種林分土壤全磷和速效磷變化規(guī)律有所差異，在桉樹純林中全磷和速效磷均呈現(xiàn)隨酸雨pH的降低而降低，在桉樹+紅椎混交林中無顯著變化，說明桉樹+紅椎混交林土壤磷素受酸雨影響較小，桉樹+紅椎混交林固磷能力較強。