徐 昪,林開敏,韓亞飛,趙均嶸,魏羽君

(1.鄒城市自然資源和規(guī)劃局鄒城市林業(yè)保護(hù)和發(fā)展服務(wù)中心,山東鄒城 273500;2.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院,福建福州 350002)

酸堿度是土壤的重要特性之一[1],長(zhǎng)江以南各省是我國(guó)酸雨的主要分布區(qū),隨著酸雨的日趨加劇,我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾的生活受到嚴(yán)重影響[2]。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在酸雨對(duì)凋落葉的化學(xué)特性、生理等方面的影響開展了研究[3-5],有關(guān)酸雨對(duì)凋落物分解、土壤呼吸、土壤群落、土壤化學(xué)性質(zhì)、植物根系、林木幼苗生長(zhǎng)發(fā)育等產(chǎn)生的影響也有較多報(bào)道[6-14]。針對(duì)凋落葉、林冠對(duì)模擬酸雨的緩沖能力及酸雨對(duì)凋落物分解的影響研究開展較多[15-20]。筆者通過(guò)4種林分凋落物對(duì)酸雨緩沖性能的比較研究,探討各林分凋落物對(duì)酸雨的緩沖性能和凋落物浸提液無(wú)機(jī)離子含量規(guī)律,對(duì)我國(guó)酸雨背景下凋落物的生態(tài)功能研究有重要的現(xiàn)實(shí)和生態(tài)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況試驗(yàn)林位于福建省南平市福建農(nóng)林大學(xué)西芹教學(xué)林場(chǎng)花竹溝。西芹教學(xué)林場(chǎng)位于福建北部,屬杉木中心產(chǎn)區(qū)。地理位置為118°10′E,26°40′N,是武夷山脈東伸支脈的中低山山地,海拔在200～500 m,坡度在25°左右,少部分在35°以上。主要成土母巖是沉積巖和變質(zhì)巖,土壤為黃紅壤,土層較厚。

1.2 樣點(diǎn)布設(shè)與樣品采集在地面隨機(jī)選取面積為0.5 m×0.5 m的小樣方3個(gè),將該范圍內(nèi)所有凋落物全部收回,將樣品放到烘箱內(nèi)于70 ℃下烘干,粉碎。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法凋落物pH的測(cè)定方法:取4 g樣品在80 mL超純水中浸濕24 h,然后過(guò)濾。取25 mL浸提液于100 mL燒杯中,然后測(cè)量該溶液的pH。

凋落物在加入模擬酸雨時(shí)電導(dǎo)率和無(wú)機(jī)離子的測(cè)定參照鄭文輝等[15]的方法。用0.8 mol/L H2SO4加超純水配成pH 2.70、3.50、5.00的系列模擬酸雨溶液。取不同林分烘干的凋落物樣品50 g,每處理重復(fù)3次,分別加入500 mL pH 2.70、3.50和5.00的H2SO4,并浸泡24 h,然后過(guò)濾,測(cè)定浸提液的pH,殘?jiān)儆蒙鲜鐾瑯拥某绦蛑貜?fù)操作2次,形成24、48和72 h 3個(gè)梯度。將3次浸提液進(jìn)行混合,對(duì)混合液的電導(dǎo)率、K+、Na+、Ca2+、Mg2+濃度進(jìn)行測(cè)定。電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀測(cè)定,K+和Na+用火焰光度計(jì)法測(cè)定,Ca2+、Mg2+用原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析與制圖數(shù)據(jù)處理與方差分析采用EXCEL 2016和IBM SPSS 23軟件,繪圖由Origin 8.5軟件實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同林分凋落物的pH比較由圖1可知,4種林分凋落物的pH差異顯著。其中,老齡杉木林的pH最大,為4.49,其次是杉木萌芽林,為4.43,天然常綠闊葉林和1993年二代杉木林pH比較相近,分別為4.25和4.23。各林分凋落物pH大小表現(xiàn)為老齡杉木林>杉木萌芽林>天然常綠闊葉林>1993年二代杉木林。

注:不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant difference among treatments(P<0.05).圖1 不同林分凋落物pH比較Fig.1 Comparison of pH of litter from different forest stands

2.2 不同林分凋落物對(duì)酸雨緩沖性能比較由表1可知,不同模擬酸雨條件下,杉木萌芽林(RCF)和老齡杉木林(OCF)凋落物浸提液明顯高于天然常綠闊葉林(NHF)和1993年二代杉木林(SCF)。這可能與各林分凋落物本身的pH有關(guān)系。4種林分凋落物在模擬酸雨pH為2.70和3.50時(shí)均提高了凋落物浸提液的pH(4.05～5.08),在模擬酸雨pH為5.00時(shí),4種林分均使模擬酸雨進(jìn)一步酸化。在模擬酸雨pH為2.70、3.50和5.00時(shí),不同林分凋落物浸提液的pH大多隨時(shí)間的推移呈現(xiàn)升高的趨勢(shì),由此可以看出,4種林分凋落物均對(duì)酸雨有緩沖作用,并且這種緩沖作用隨著時(shí)間的推移而增強(qiáng)。在模擬酸雨pH為2.70和3.50時(shí),4種林分凋落物浸提液在24 h升高,24～72 h提升幅度較低;模擬酸雨pH 5.00處理下,4種林分凋落物在24 h內(nèi)使模擬酸雨進(jìn)一步酸化,隨后緩慢回升。由此可知,不同林分凋落物對(duì)酸雨的緩沖能力與其自身的pH有關(guān),酸度較低時(shí),凋落物的pH越高,緩沖能力越強(qiáng)。

表1 不同pH模擬酸雨處理下各林分凋落物浸提液的pH

2.3 不同模擬酸雨處理下各林分凋落物浸提液無(wú)機(jī)離子含量比較由表2可知,各林分凋落物浸提液電導(dǎo)率、Na+和Mg2+、K+、Ca2+含量隨模擬酸雨pH的升高總體呈降低趨勢(shì)。從各離子含量來(lái)看,各林分鹽基離子含量的大小順序均為K+>Mg2+>Ca2+>Na+。

從平均值來(lái)看(表2),各林分凋落物浸提液電導(dǎo)率最大的為天然常綠闊葉林(NHF),其次是老齡杉木林(OCF)和1993年二代杉木林(SCF),杉木萌芽林(RCF)最小;Na+、K+含量最大的為天然常綠闊葉林(NHF)。Mg2+和Ca2+含量最高為1993年二代杉木林(SCF)。

3 討論與結(jié)論

通過(guò)對(duì)天然常綠闊葉林、老齡杉木林、杉木萌芽林和1993年二代杉木林凋落物的pH及其對(duì)酸雨的緩沖能力進(jìn)行研究,并測(cè)定各林分凋落物浸提液無(wú)機(jī)離子含量,探討4種林分凋落物的緩沖規(guī)律及性能。結(jié)果表明:

(1)4種林分凋落物的pH差異顯著,各林分凋落物pH范圍均在4.32～4.49,杉木萌芽林和老齡杉木林相對(duì)于其他林分顯現(xiàn)出較高的pH,不同林分pH大小表現(xiàn)為老齡杉木林>杉木萌芽林>天然常綠闊葉林>1993年二代杉木林。隨著時(shí)間的變化,不同模擬酸雨條件下,各林分凋落物浸提液均出現(xiàn)緩慢上升,說(shuō)明各林分凋落物對(duì)酸雨具有緩沖作用,這與張艷玲等[11,21]的研究結(jié)果相似。

(2)不同模擬酸雨條件下,杉木萌芽林和老齡杉木林浸提液的pH明顯高于天然常綠闊葉林和1993年二代杉木林,這可能與各林分凋落物自身的pH有關(guān)系[15,18],杉木萌芽林和老齡杉木林的pH相近,分別為4.49和4.43,且明顯高于天然常綠闊葉林和1993年二代杉木林的4.25和4.23,這表明杉木萌芽林和老齡杉木林的緩沖能力較強(qiáng)。當(dāng)模擬酸雨的酸度高于凋落物自身的pH時(shí),凋落物會(huì)將模擬酸雨進(jìn)一步酸化,當(dāng)模擬酸雨的酸度低于凋落物本身pH時(shí),不同林分凋落物的pH越高,說(shuō)明緩沖能力越強(qiáng)。這與余小龍[18]對(duì)亞熱帶地區(qū)常見森林凋落葉的研究結(jié)果一致。

(3)當(dāng)杉木林分凋落物pH較接近時(shí),對(duì)酸雨的緩沖能力表現(xiàn)出杉木萌芽林大于老齡杉木林,這可能與林分凋落物的質(zhì)地有關(guān)系,杉木萌芽林的質(zhì)地較軟,其凋落物中各種成分更容易與模擬酸雨產(chǎn)生緩沖效應(yīng),其緩沖速度快,緩沖能力強(qiáng)。這與毛友發(fā)等[22]的研究結(jié)果相似。

(4)不同模擬酸雨條件下,0～24 h凋落物浸提液的pH迅速上升,24～48 h緩慢提升,48～72 h浸提液pH趨于穩(wěn)定,說(shuō)明凋落物中的鹽基離子能中和模擬酸雨的成分,在0～24 h與模擬酸雨基本完成緩沖反應(yīng),至于0～24 h內(nèi)基本完成緩沖反應(yīng)的時(shí)間段還需要進(jìn)一步探討。

(5)各林分凋落物浸提液電導(dǎo)率最大的為天然常綠闊葉林,其次是1993年二代杉木林和老齡杉木林,杉木萌芽林最小,天然常綠闊葉林鹽基離子總含量最高,電導(dǎo)率最大。4種林分凋落物具有相同的鹽基離子含量分布模式,即K+>Mg2+>Ca2+>Na+,這與余小龍[18]的研究結(jié)果一致。