模擬酸雨對桉樹和紅錐凋落葉養分釋放的影響

張艷玲 郭東強 陳健波 楊梅

摘要：酸雨是導致林地土壤酸化、生產力下降的主要影響因素之一。通過模擬酸雨淋洗桉樹與紅錐凋落葉，分析其養分釋放及pH值變化情況，探討2個樹種對酸雨的緩沖作用。設置pH值為3.0、4.0、5.0等3個模擬酸雨等級，以pH值為6.0的清水處理作為對照。結果表明，模擬酸雨處理下，桉樹與紅錐凋落葉養分釋放受到不同程度的抑制，凋落葉養分含量隨pH值降低而增加，淋洗液養分含量隨pH值的降低而降低;紅錐凋落葉養分含量低于桉，淋洗液養分含量都高于桉，相對滯留率和下降率表現為桉樹>紅錐;紅錐凋落葉淋洗液pH值增加值大于桉。因此，紅錐凋落葉養分釋放受酸雨抑制作用較小，在酸雨pH值為4.0、5.0時，紅錐凋落葉對酸雨的緩沖作用比桉樹強，當pH值為3.0時，2個樹種凋落葉對酸雨均沒有明顯的緩沖作用。

關鍵詞：酸雨;桉;紅錐;凋落葉;養分含量;養分釋放

中圖分類號： X517;S714 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0117-04

由于工業的快速發展，酸雨污染已成為全球面臨的主要環境問題之一[1]。我國已成為繼歐洲和北美洲之后的全球第三大酸雨重災區，我國的酸雨區主要集中在華中、西南、華東沿海等 3 個區域，廣西壯族自治區屬于西南酸雨區[2]。日益嚴重的酸雨問題給陸地生態系統帶來嚴峻的挑戰[3]，1950—1965年期間，酸雨使瑞典森林生產率下降2%～7%[4]。酸雨導致生態系統退化，環境質量下降，生物多樣性下降，樹木營養狀況和土壤肥力降低，環境中有毒物質積累增多等[5]。同時森林生態系統可以通過林冠層、凋落物層和林下土壤等對酸雨產生一定的緩沖作用[6-8]。

桉（Eucalyptus robusta Smith）為桃金娘科桉屬喬木，是亞熱帶地區主要的造林樹種，我國桉人工林面積546 萬hm2，廣西地區桉種植面積為 256 萬hm2，約占全國桉人工林種植面積的47%[9]。但由于長期種植桉以及化肥的使用、酸雨等危害導致土壤酸化、地力衰退，因此研究人員提出桉可持續經營模式，通過純林改造混交林，選擇合適的混交樹種，改善土壤狀況[10]。紅錐（Castanopsis hystrix）作為優良的用材樹種，是桉純林改造混交林主要樹種之一;因此本研究以桉和紅錐為研究對象，采用模擬酸雨淋洗凋落葉，分析其養分含量和pH值變化，探討桉和紅錐凋落葉對酸雨的響應，為今后營造桉混交林提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

試驗林地位于廣西壯族自治區南寧市廣西國有高峰林場（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1 304.2 mm，平均相對濕度為79%。

1.2 試驗設計

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。在林地中分別設置3個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、無明顯分解痕跡的新鮮凋落葉樣品帶回實驗室，次日進行模擬酸雨試驗。

1.2.2 模擬酸雨淋洗裝置 依據廣西壯族自治區當地酸雨特征[11]，本試驗利用硫酸和硝酸配制pH值為3.0、4.0、5.0的酸雨處理液，并設置pH值為6.0的蒸餾水為對照組（CK），每個處理重復3次。采用敞口圓形塑料容器（內徑為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，為防止試驗過程中水分蒸發，采用保鮮膜密封淋洗裝置的每個接口。

1.3 指標測定

測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。測定全氮、全磷含量時采用硫酸-過氧化氫消煮法制備待測液[12]，全氮含量采用流動分析儀進行測定[13]，全磷含量用原子吸收分光光度計測定[14]。全鉀、全鈣、全鎂含量測定時采用硝酸-高氯酸消煮法制備待測液，全鉀含量采用火焰光度計進行測定，全鈣、全鎂含量采用原子吸收分光光度計進行測定[15]。

1.4 數據處理

與對照組比較，計算凋落葉養分相對滯留率和凋落葉淋洗液養分下降率，采用 SPSS 22.0統計分析軟件進行單因素方差（ANOVA）分析和Duncans新復極差法進行顯著性檢驗，并采用 Excel 軟件作圖。

相對滯留率=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分含量;m2表示模擬不同pH值酸雨淋洗后凋落葉淋洗液養分含量;mCK1表示對照組凋落葉養分含量;mCK2表示對照組凋落葉淋洗液養分含量。

2 結果與分析

2.1 模擬酸雨對桉和紅錐凋落葉養分含量影響

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，凋落葉養分含量表現為桉>紅錐;除Ca含量外，桉凋落葉的其他養分相對滯留率均高于紅錐。pH值為5.0時，酸雨處理對桉凋落葉P的釋放影響較大，其相對滯留率達到40.32%，顯著大于紅錐;其次為紅錐凋落葉Ca的釋放，其相對滯留率為27.72%，顯著大于桉。pH值為4.0時，酸雨處理對桉凋落葉P、K、Mg的釋放影響顯著強于紅錐，其相對滯留率分別達到59.08%、43.63%、39.55%，但對Ca釋放的影響表現為紅錐顯著大于桉，其相對滯留率為44.44%;pH值為3.0時，酸雨處理影響桉和紅錐凋落葉養分的釋放，桉凋落葉P和Mg受影響較大，其相對滯留率分別達到88.02%、100.00%;紅錐凋落葉Ca和Mg受影響較大，Ca的相對滯留率為70.33%，大于桉，Mg的相對滯留率為86.06%。

2.2 模擬酸雨對桉和紅錐凋落葉淋洗液養分含量影響

由表2、圖2可知，桉和紅錐凋落葉在不同pH值酸雨處理下，淋洗液養分含量排序為N>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，淋洗液養分含量表現為桉<紅錐，下降率表現為紅錐<桉。酸雨對桉和紅錐凋落葉淋洗液的不同養分釋放的影響不同，pH值為4.0的酸雨處理對桉凋落葉淋洗液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。當處理液pH值為5.0、4.0時，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，說明紅錐凋落葉對酸雨的緩沖作用較強;而在CK及處理液pH值為3.0時，2個樹種的凋落葉淋洗液pH值均無明顯變化。

3 討論與結論

酸雨對森林生態系統造成的危害通常是通過土壤間接反映出來。大量酸性物質輸入土壤，使土壤生態系統承受更多的H+負荷，不可避免地導致土壤酸化[16-17]。凋落葉是土壤表面除樹冠層外第2道保護屏障，對于土壤酸化有一定的緩沖作用[18-19]，且酸雨對不同樹種凋落葉養分釋放影響不同[19-20]。本研究發現桉和紅錐凋落葉對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。凋落葉對酸雨緩沖作用的主要表現為酸雨中H+與凋落葉組織中的鹽基陽離子發生交換反應，淋洗出K+、Mg2+、Ca2+等，使得酸雨中H+含量降低[7，21]。pH值為5.0的模擬酸雨處理對桉和紅錐凋落葉淋洗液養分含量影響較小，淋洗液pH值增高值較大，2個樹種對酸雨都有一定的緩沖作用;pH值為4.0的酸雨處理對桉凋落葉淋洗液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，因此紅錐對酸雨的緩沖作用更強，K、Mg、Ca的淋出是凋落葉緩沖酸雨的主要原因。但生態系統對酸雨的緩沖作用具有一定的臨界值[16]，當模擬酸雨pH值為3.0時，桉和紅錐凋落葉淋洗液養分含量相對滯留率較大，淋洗液pH值升高較小，凋落葉對酸雨的緩沖效果不明顯。

由于廣西地區降雨酸度pH值平均值為4.9，最小值為3.0左右，是酸雨污染最嚴重的地區之一[2，22]，紅錐凋落葉對酸雨的緩沖作用大于桉，且紅錐屬于較速生的珍貴鄉土樹種，干形通直，材質優良，因此在一定的降雨酸度范圍內，紅錐作為桉的混交樹種，可減緩酸雨對人工林地土壤酸化的影響，同時又起到優化桉人工林林分結構、維持林分生產力的重要作用。

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