徐 昪,林开敏,韩亚飞,赵均嵘,魏羽君

(1.邹城市自然资源和规划局邹城市林业保护和发展服务中心,山东邹城 273500;2.福建农林大学林学院,福建福州 350002)

酸碱度是土壤的重要特性之一[1],长江以南各省是我国酸雨的主要分布区,随着酸雨的日趋加剧,我国陆地生态系统、农林业生产、经济发展和人民群众的生活受到严重影响[2]。当前,国内外学者在酸雨对凋落叶的化学特性、生理等方面的影响开展了研究[3-5],有关酸雨对凋落物分解、土壤呼吸、土壤群落、土壤化学性质、植物根系、林木幼苗生长发育等产生的影响也有较多报道[6-14]。针对凋落叶、林冠对模拟酸雨的缓冲能力及酸雨对凋落物分解的影响研究开展较多[15-20]。笔者通过4种林分凋落物对酸雨缓冲性能的比较研究,探讨各林分凋落物对酸雨的缓冲性能和凋落物浸提液无机离子含量规律,对我国酸雨背景下凋落物的生态功能研究有重要的现实和生态意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况试验林位于福建省南平市福建农林大学西芹教学林场花竹沟。西芹教学林场位于福建北部,属杉木中心产区。地理位置为118°10′E,26°40′N,是武夷山脉东伸支脉的中低山山地,海拔在200～500 m,坡度在25°左右,少部分在35°以上。主要成土母岩是沉积岩和变质岩,土壤为黄红壤,土层较厚。

1.2 样点布设与样品采集在地面随机选取面积为0.5 m×0.5 m的小样方3个,将该范围内所有凋落物全部收回,将样品放到烘箱内于70 ℃下烘干,粉碎。

1.3 测定项目与方法凋落物pH的测定方法:取4 g样品在80 mL超纯水中浸湿24 h,然后过滤。取25 mL浸提液于100 mL烧杯中,然后测量该溶液的pH。

凋落物在加入模拟酸雨时电导率和无机离子的测定参照郑文辉等[15]的方法。用0.8 mol/L H2SO4加超纯水配成pH 2.70、3.50、5.00的系列模拟酸雨溶液。取不同林分烘干的凋落物样品50 g,每处理重复3次,分别加入500 mL pH 2.70、3.50和5.00的H2SO4,并浸泡24 h,然后过滤,测定浸提液的pH,残渣再用上述同样的程序重复操作2次,形成24、48和72 h 3个梯度。将3次浸提液进行混合,对混合液的电导率、K+、Na+、Ca2+、Mg2+浓度进行测定。电导率用电导率仪测定,K+和Na+用火焰光度计法测定,Ca2+、Mg2+用原子吸收分光光度计法测定。

1.4 数据分析与制图数据处理与方差分析采用EXCEL 2016和IBM SPSS 23软件,绘图由Origin 8.5软件实现。

2 结果与分析

2.1 不同林分凋落物的pH比较由图1可知,4种林分凋落物的pH差异显著。其中,老龄杉木林的pH最大,为4.49,其次是杉木萌芽林,为4.43,天然常绿阔叶林和1993年二代杉木林pH比较相近,分别为4.25和4.23。各林分凋落物pH大小表现为老龄杉木林>杉木萌芽林>天然常绿阔叶林>1993年二代杉木林。

注:不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant difference among treatments(P<0.05).图1 不同林分凋落物pH比较Fig.1 Comparison of pH of litter from different forest stands

2.2 不同林分凋落物对酸雨缓冲性能比较由表1可知,不同模拟酸雨条件下,杉木萌芽林(RCF)和老龄杉木林(OCF)凋落物浸提液明显高于天然常绿阔叶林(NHF)和1993年二代杉木林(SCF)。这可能与各林分凋落物本身的pH有关系。4种林分凋落物在模拟酸雨pH为2.70和3.50时均提高了凋落物浸提液的pH(4.05～5.08),在模拟酸雨pH为5.00时,4种林分均使模拟酸雨进一步酸化。在模拟酸雨pH为2.70、3.50和5.00时,不同林分凋落物浸提液的pH大多随时间的推移呈现升高的趋势,由此可以看出,4种林分凋落物均对酸雨有缓冲作用,并且这种缓冲作用随着时间的推移而增强。在模拟酸雨pH为2.70和3.50时,4种林分凋落物浸提液在24 h升高,24～72 h提升幅度较低;模拟酸雨pH 5.00处理下,4种林分凋落物在24 h内使模拟酸雨进一步酸化,随后缓慢回升。由此可知,不同林分凋落物对酸雨的缓冲能力与其自身的pH有关,酸度较低时,凋落物的pH越高,缓冲能力越强。

表1 不同pH模拟酸雨处理下各林分凋落物浸提液的pH

2.3 不同模拟酸雨处理下各林分凋落物浸提液无机离子含量比较由表2可知,各林分凋落物浸提液电导率、Na+和Mg2+、K+、Ca2+含量随模拟酸雨pH的升高总体呈降低趋势。从各离子含量来看,各林分盐基离子含量的大小顺序均为K+>Mg2+>Ca2+>Na+。

从平均值来看(表2),各林分凋落物浸提液电导率最大的为天然常绿阔叶林(NHF),其次是老龄杉木林(OCF)和1993年二代杉木林(SCF),杉木萌芽林(RCF)最小;Na+、K+含量最大的为天然常绿阔叶林(NHF)。Mg2+和Ca2+含量最高为1993年二代杉木林(SCF)。

3 讨论与结论

通过对天然常绿阔叶林、老龄杉木林、杉木萌芽林和1993年二代杉木林凋落物的pH及其对酸雨的缓冲能力进行研究,并测定各林分凋落物浸提液无机离子含量,探讨4种林分凋落物的缓冲规律及性能。结果表明:

(1)4种林分凋落物的pH差异显著,各林分凋落物pH范围均在4.32～4.49,杉木萌芽林和老龄杉木林相对于其他林分显现出较高的pH,不同林分pH大小表现为老龄杉木林>杉木萌芽林>天然常绿阔叶林>1993年二代杉木林。随着时间的变化,不同模拟酸雨条件下,各林分凋落物浸提液均出现缓慢上升,说明各林分凋落物对酸雨具有缓冲作用,这与张艳玲等[11,21]的研究结果相似。

(2)不同模拟酸雨条件下,杉木萌芽林和老龄杉木林浸提液的pH明显高于天然常绿阔叶林和1993年二代杉木林,这可能与各林分凋落物自身的pH有关系[15,18],杉木萌芽林和老龄杉木林的pH相近,分别为4.49和4.43,且明显高于天然常绿阔叶林和1993年二代杉木林的4.25和4.23,这表明杉木萌芽林和老龄杉木林的缓冲能力较强。当模拟酸雨的酸度高于凋落物自身的pH时,凋落物会将模拟酸雨进一步酸化,当模拟酸雨的酸度低于凋落物本身pH时,不同林分凋落物的pH越高,说明缓冲能力越强。这与余小龙[18]对亚热带地区常见森林凋落叶的研究结果一致。

(3)当杉木林分凋落物pH较接近时,对酸雨的缓冲能力表现出杉木萌芽林大于老龄杉木林,这可能与林分凋落物的质地有关系,杉木萌芽林的质地较软,其凋落物中各种成分更容易与模拟酸雨产生缓冲效应,其缓冲速度快,缓冲能力强。这与毛友发等[22]的研究结果相似。

(4)不同模拟酸雨条件下,0～24 h凋落物浸提液的pH迅速上升,24～48 h缓慢提升,48～72 h浸提液pH趋于稳定,说明凋落物中的盐基离子能中和模拟酸雨的成分,在0～24 h与模拟酸雨基本完成缓冲反应,至于0～24 h内基本完成缓冲反应的时间段还需要进一步探讨。

(5)各林分凋落物浸提液电导率最大的为天然常绿阔叶林,其次是1993年二代杉木林和老龄杉木林,杉木萌芽林最小,天然常绿阔叶林盐基离子总含量最高,电导率最大。4种林分凋落物具有相同的盐基离子含量分布模式,即K+>Mg2+>Ca2+>Na+,这与余小龙[18]的研究结果一致。