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第28卷第2期 2007年4月 华南农业大学学报 Journal of South China Agricultural University V01.28.No.2 Apr.2007 酸沉降影响下香樟纯林和马尾松纯林的 土壤化学性质分析 李志勇 ,陈建军 ,王彦辉。 (1河南科技大学农学院,河南洛阳471003;2华南农业大学农学院,广东广州510642; 3中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,国家林业局森林生态环境重点实验室,北京100091) 摘要:分析比较了在酸沉降影响下生长的香樟Cinnamomum camphora纯林和马尾松Pinus”Ⅻ on 加纯林的土壤化 学性质.结果表明:在上、中、下层土壤中,香樟纯林土壤pH值分别为3.91、4.23和4.62,盐基饱和度分别为 13.11%、45,06%和55.14%,马尾松纯林土壤pH值分别为3.78、3.88和3.89,盐基饱和度分别为9.25%、11.68% 和20.96%.香樟纯林中层土壤有机质、中下层土壤全P及各层土壤盐基离子(Ca2 和Mg2 )含量明显高于马尾松 纯林(P<0.05),中下层土壤Al3 、H 及上中层土壤Fe 含量明显低于马尾松纯林(P<0.05).可见,香樟纯林具 有减缓土壤酸化和提高土壤肥力的作用. 关键词:酸沉降;香樟;马尾松;土壤化学性质 中图分类号:X517 文献标识码:A 文章编号:1001—411X(2007)02-0005-04 Stand of Cinnamomum camphora and a Pure Stand of Pinus massoniana Under Acid Deposition U Zhi.yong ,CHEN Jian.jun ,WANG Yan.hui。 (1 College of Agricultre,Henan uUniversity of Science and Technology,Luoyang 471003,China;2 College of Agriculture, South China AgTic.Univ.,Guangzhou 510642,China;3 Institute of Forest Ecology,Environment and Protection,Chinese Academy of Forestry;Key Laboratoy rof Foesrt Ecological Environment,The State Foresty rAdministration,Bering 100091,China) Abstract:A comparative investigation was made on soil chemical properties between a pure stand of Cin— namomum camphora and a pure stand of Pinus massoniana,which grew under geographically similar con— ditions and were exposed to acid deposition.The results showed that the average pH values in the upper, middle and lower soil layers in the pure smnd of Cinnamomum camphom were 3.9 1,4.23 and 4.62,and base saturation(BS)values were 13.11%,45.06%and 55.14%respectively.The average pH values in the upper,middle and lower soil layers in pure stand of Pinus massoniana were 3.78,3.88 and 3.89, and BS values were 9.25%,1 1.68%and 20.96%,respectively.Contents of organic matter in the mid— dle soil layer,total P in the middle and lower soil layers and exchangeable base cations(Ca and Mg“)in all soil layers in the pure stand of Cinnamomum camphora were signiifcantly higher than those in the pure stand of Pinus rnassoniana(P<0.05).Contents of exchangeable A1 and H ions in the middle and lower soil layers and Fe¨in the upper and middle soil layers in the pure stand of Cinnamo. m,um camphora were clearly lower than those in the pure stand of Pinus massoniana(P<0.05).The results from this study indicated that the pure stand of Cinnamomum camphora could slow down soil acidi— ication and improve soifl fertility. Key words:acid deposition;Cinnamomum camphora;Pinus massoniana;soil chemical properties 收稿日期:2006-10—14 作者简介:李志勇(1965一),男,副教授,博士,E・mail:pphdll@126.com 基金项目:国家林业局天然林保护工程科技支撑项目“天然林保护工程区森林灾害预防技术(TBKJ2003-04)”;中挪合作项 目“中国酸沉降综合影响观测研究”;国家林业局森林生态环境重点实验宣资助项目 维普资讯 http://www.cqvip.com
6 华南农业大学学报 第28卷 我国西南地区酸沉降危害形势严峻,表现为土 29。38 和东经106。41 ,海拔512~579 m,为亚热带湿 壤酸化严重、森林生产力下降、林木生长衰退甚至成 润气候,年均气温18℃,年均降水量1 lO0 mm,年均 片死亡,造成了重大经济和环境损失 .马尾松 . 空气相对湿度80%(基于1971—2000年数据),土壤 n nu ̄soniana和香樟Cinnamomum camphora都是该 为在砂岩上发育的山地黄壤,土层厚度50~80 cm, 区的乡土树种,但对酸沉降和土壤酸化的抗性差别 土壤容重1.25~1.34 g・cm~,土壤孔隙度47%~ 很大.马尾松作为西南地区的主要针叶树种,在造林 50%.铁山坪处于四川盆地内,受特殊地形的影响, 中广泛使用,对酸沉降和土壤酸化反应敏感 J,健康 被周边中低山及丘陵环抱,地形闭塞,空气对流条件 水平下降,常表现出中等以上程度的受害 ,如针叶 不好,温差小,使近地面的废气及水汽不易扩散,因而 大量凋落、死亡率较高等;而香樟作为主要的常绿阔 增加了酸雨的强度与频率.重庆市燃煤的质量较差,煤 叶树种,在造林中有所应用,其抗酸能力较强【4J,在 的含硫量很高,可达2%~5%,降水pH值可达4.0~ S04卜离子含量可达4.7~5.7 g・m~・a 【J…. 马尾松明显受害的相同立地上生长时看不出明显的 4.2,受害特征.一般认为,由酸沉降引起的土壤酸化及其 由于长期遭受酸沉降影响,土壤酸化严重. 对植物根系和养分吸收的影响是森林衰退的主要原 在香樟纯林和毗邻的马尾松纯林内进行土壤化 因 ],因此,探讨酸沉降影响下森林土壤的化学性质 学性质调查.香樟纯林和马尾松纯林均为1980年营 是有关研究的重点.虽然以前有过一些有关酸沉降 造,调查时林龄均为26 a(包括移栽时的苗龄2 a), 影响下马尾松林土壤酸化的报道 引,但鲜见香樟纯 造林以前的植被都是农作物,尚未间伐,草本层都以 林的土壤化学性质及其与马尾松纯林的差异的研 蕨类植物为主,有狗脊蕨Woodwardiajaponica和黑足 yopteris c咖 等,马尾松纯林内伴生树种 究.为此,本研究选择在酸沉降影响下的相似立地的 鳞毛蕨Dr土壤上生长的香樟纯林和马尾松纯林,分析比较它 主要有杉木Cunninghamia lanceolata和青冈Cyclo— 们的土壤化学性质,力图为酸沉降区的森林生态系 banopsis gauca.2004年5月上旬分别在两纯林内各 统恢复和管理提供决策依据. 设20 m×15 m的样地3个,各样地海拔518 m,样地 1研究地区与样地概况 庆市的东北方向,离市中心大约25 km,处于北纬 均为平地,位于东坡的中上坡,其概况见表1.各样地 立地相似、空间相近、密度接近、林龄相同,两个树种 研究地区位于重庆市江北区铁山坪林场,在重 的林分具有很好的可比性. 表1调查样地的概况 Tab.1 A survey of the investigating and sampling plots 1)树冠叶量损失率的观测根据欧洲标准 2取样与测定方法 采用土钻进行野外土壤取样.土钻内径10 cm、 40和4l~60 cm(分别简称上、中、下层)3个层次取 样.在每一样地,将围绕同一株样树现场采集到的同 一层次的4个土柱混合放入编号塑料袋中,带回室 筒长25 cm、全长100 cm.在各样地内分别选取4株 内后,手工小心弄碎,分拣出石砾,用四分法留足土 优势木作为样树,在距离树干1.0 m的半径处在东 样,经风干、磨细、过20目孔径筛,取约300 g装入保 南西北4个方位各确定1个取样点,分0~20、21~ 鲜袋,放在阴凉干燥处保存以备分析. 维普资讯 http://www.cqvip.com
第2期 李志勇等:酸沉降影响下香樟纯林和马尾松纯林的土壤化学性质分析 7 测定各层土壤的交换性阳离子(K 、Na 、can、 土壤,随土壤深度增加而增大。香樟纯林上、中、下层 Mg¨A1¨Fe¨Mn¨H )含量及全N、全P、全S、 土壤pH值分别为3。9l、4。23和4。62,比马尾松纯林 、、、、 有机质含量和pH值。测定土壤的交换性阳离子时的 的3。78、3。88和3。89分别高0。13、0.35和0.73,中、各项指标均以干基计.其中K 、Na 、can、Mgn、 下层土壤的差异达显著水平(P<0.05)。表明香樟纯 Al¨、Fe¨、Mnn、全P、全s用美国热电公司IRIS In— 林土壤的酸化程度低于马尾松纯林。 分析结果(表3)表明,与马尾松纯林相比,香樟 trepidⅡ电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定;交 3。2交换性盐基离子、致酸离子和盐基饱和度 换性H 用滴定法测定;土壤pH值用1 mol・L-1的 KC1浸提,土水比为1:2.5,复合电极法测定;全N用 纯林上、中、下层土壤K 质量分数分别低51.19%、 凯氏定氮法测定.有机质、全N、全P、全s均以干基 11。21%和19。70%,Na 质量分数分别低3.14%、 l6。6l%和17。17%;上、中、下层土壤Can质量分数 计。数据采用SPSS12。0统计软件统计分析。 3结果与分析 3。1土壤有机质和pH值 分别高46。83%、194。70%和61.65%,Mgn质量分 数分别高56。15%、207.93%和116。80%,差异均达 显著水平(P<0。05);上、中、下层土壤交换性盐基总 从表2可见,各林分的上层土壤有机质含量高 量分别高28.47%、154.87%和62.94%。上、中、下层 于深层土壤,随土壤深度增加而降低。香樟纯林上、 土壤Al¨质量分数分别低23。67%、66.55%和 中、下层土壤有机质质量分数比马尾松纯林分别高 89.40%,中、下层土壤的差异达显著水平(P< 6。80%、77。66%和9.28%,中层土壤的差异达显著 0。05);上、中、下层土壤Mnn质量分数分别高 水平(P<0。05)。表明香樟纯林的有机质形成和积累 750。o4%、213。72%和15。05%,上、中层土壤Fe¨质 的功效强于马尾松纯林。 量分数分别低43。68%和46.06%,下层土壤高 从表3可见,各林分的上层土壤pH值低于深层 102。75%,差异均达显著水平(P<0。05);上、中、下 表2香樟纯林和马尾松纯林土壤的全N、全P、全S和有机质含量 ’ Tab.2 Contents of total N,total P,total S and organic matter of soil layers in the pure stand of Cinnamomum camphora and the pure stand of Pinus massoniana 1)表中值为平均值±标准误,同列数据后具不同字母者示差异显著(P<0.05) 表3香樟纯林和马尾松纯林土壤的交换性阳离子、盐基饱和度(BS)和pH值 Tab.3 Contents of exchangeable cations,base saturation(BS)and pH values of soil layers in the pure stand of Cinnamo- mum camphora and the pure stand of Pinus massoniana 1)表中值为平均值±标准误;同列数据后具不同字母者示差异显著(P<0.05) 维普资讯 http://www.cqvip.com
华南农业大学学报 第28卷 层土壤H 质量分数分别低7.87%、59.11%和 酸的缓冲能力大,这有利于减轻酸沉降对香樟树木 81.49%,中、下层土壤的差异达显著水平(P< 的危害,提高林木的抗性和健康水平(表1). 0.05);上、中、下层土壤致酸离子总量分别低 均高于马尾松纯林. 3.3土壤全N、全S和全P 因此,从土壤化学性质比较结果来看,在酸沉降 力的作用,可以利用香樟来改造马尾松纯林退化生 态系统,实现马尾松林地酸化土壤的改良. 13.25%、58.91%和81.60%.各层土壤盐基饱和度 影响下,香樟纯林具有减缓土壤酸化和提高土壤肥 分析结果(表2)表明,与马尾松纯林相比,香樟 纯林上层土壤全N质量分数高42.94%,差异达显著 致谢:文献查阅得到了河南科技学院园林学院刘会超博士 水平(P<0.05),中、下层土壤分别低6.45%和 后的帮助,在此深表谢意! 1.09%;上、中、下层土壤全P质量分数分别高 0.13%、53.11%和55.18%,中、下层土壤的差异达 显著水平(P<0.05);上、中层土壤全s质量分数分 别高10.36%和3.73%,下层土壤低38.72%,下层 土壤的差异达显著水平(P<0.05). 4讨论与结论 本研究在自然酸沉降长期严重影响下的重庆市 铁山坪选择了立地相似、空间相近、密度接近、林龄 相同的可比性很好的马尾松和香樟成年纯林样地, 调查比较了其土壤酸化程度的差异.香樟纯林各层 土壤中的盐基离子(Ca¨和Mg¨)含量和盐基饱和 度均高于马尾松纯林相同层次的对应值,而Al¨、 H 含量低,在0~60 cm土层,香樟纯林的pH值变 化在3.91~4.62之间,马尾松纯林的pH值变化在 3.78~3.89之间,已没有了明显的上下差别,表明马 尾松纯林土壤酸化的影响深度已达到了更深层次, 土壤酸化的程度比香樟纯林要严重,香樟纯林具有 减缓土壤酸化的能力.由于两树种的林分在空间上 非常接近,外部输送的酸沉降源应该是一样的,土壤 初始酸度也应相差不大,而且二者均为常绿林,它们 在非生长季的酸沉降输人量也不会差别很大,但二 者的土壤酸度却存在一定差别,其主要原因可能在 于马尾松纯林的包括针叶凋落物分解和营养吸收在 内的元素循环过程中产生的内源酸(如在植物残体 或凋落物分解、植物对离子的吸收和根系代谢产物 等生物地球化学循环过程中产生的酸)数量较多,而 香樟纯林凋落物中钙、镁含量高,年凋落物量大,归 还到土壤中的钙、镁元素比马尾松纯林高 J. 影响林木对酸沉降抗性的因素包括内部因素如 林木种类等和外部因素如土壤条件等_1 .从本研究 结果来看,香樟纯林土壤有机质、Ca¨、Mg 含量和 盐基饱和度及pH值都高于马尾松纯林,林地土壤对 参考文献: [1] 陆元昌.森林健康状态监测技术体系综述[J].世界林 业研究,2003,16(1):20-25. [2]吴刚,章景阳,王星.酸沉降对重庆南岸马尾松针叶 林年生物生产量的影响及其经济损失的估算[J].环 境科学学报,1994,14(4):461-465. [3] 李志勇,王彦辉,于澎涛,等.酸沉降影响下重庆马尾 松林的健康监测及技术研究[J].生态环境, 2007,16(1):54.59. [4]冯宗炜,曹洪法,周修萍,等.酸沉降对生态环境的影 响及其生态恢复[M].北京:中国环境科学出版社, 1999:300-312. [5] ULRICH B.Waldsterben:forest decline in West Germany [J].Environmemal Science and Technology,1990,24: 436.441. [6]姜文华,张晟,陈刚才,等.酸沉降对重庆南山森林生 态系统土壤和植被的影响[J].环境科学学报,2002, 15(6):8-11. [7]杜晓明,田仁生.重庆南山马尾松衰亡与铝中毒[J]. 环境科学研究,1996,9(6):21-25. [8]周国逸,小仓纪雄.酸雨对重庆几种土壤中元素释放 的影响[J].生态学报,1996,16(3):251-257. [9] 中国林学会.酸雨与农业[M].北京:中国林业出版 社,1988:140-146,170-173. [1O]李霁,刘征涛,舒俭民,等.中国中南部典型酸雨区森 林土壤酸化现状分析[J].中国环境科学,2005,25 (增刊):77-8O. [11]德国林业和林产品研究中心ICP项目协调中心.空气 污染对森林影响的统一采样、评价、监测和分析的方法 与标准手册[M].北京:中国科学技术出版社,2002: 31-38. [12]吴善才.林木对酸沉降的敏感性和抗性[J].广西林业 科学,2002,31(4):186-189. 【责任编辑李晓卉】