不同杉木林分凋落物对酸雨的缓冲作用

不同杉木林分凋落物对酸雨的缓冲作用
徐昪1,2,林开敏2∗,韩亚飞1,赵均嵘2,魏羽君1㊀
(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)
摘要㊀[目的]探究不同杉木林分凋落物对酸雨的缓冲作用㊂[方法]将4种林分(天然常绿阔叶林㊁老龄杉木林㊁杉木萌芽林和1993年二代杉木林)作为研究样地,分析4种林分凋落物对酸雨的缓冲作用,运用浸提法研究4种林分对模拟酸雨的缓冲能力㊂[结果]各林分pH 在4.23~4.49,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 ,在模拟酸雨pH 小于5.00时,不同林分凋落物对酸雨有明显的缓冲效果,无机离子总含量㊁电导率㊁Na +㊁K +浸提量最大的为天然常绿阔叶林㊂[结论]4种林分凋落物pH 在4.23~4.49,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㊂关键词㊀杉木林;凋落物;酸雨;缓冲作用中图分类号㊀S 719㊀㊀文献标识码㊀A㊀㊀文章编号㊀0517-6611(2023)19-0113-03
doi :10.3969/j.issn.0517-6611.2023.19.024㊀㊀㊀㊀㊀开放科学(资源服务)标识码(OSID
):
Comparison of Buffering Effect of Litter on Acid Rain in Different Chinese fir Stands
XU Bian 1,2,LIN Kai-min 2,HAN Ya-fei 1et al㊀(1.Forestry Protection and Development Service Center of Zoucheng,Natural Resources and Planning Bureau of Zoucheng,Zoucheng,Shandong 273500;2.College of Forestry,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian 350002)
Abstract ㊀[Objective]In order to explore the buffering effect of litter on acid rain in different Chinese fir stands.[Method]Four forest types were established(naturally hardwood forest,the old-growth Chinese fir forest,regeneration Chinese fir forest,the second-generation Chinese fir forest planted in 1993)as sample plots for the study of Chinese fir forest species,and analyzed the buffering effect of litter on acid rain in four forest species models.The buffering capacity of four forest species to simulated acid rain was studied by extraction method.[Result]The pH value of the four forest species ranges from 4.23to 4.49,regeneration Chinese fir forest and the second-generation Chinese fir forest planted in 1993shows a higher pH value than other forest types.Naturally hardwood forest has the highest inorganic ion content,conductivity,Na +,K +extraction volume.[Conclusion]The pH value of the four forest species ranges from 4.23to 4.49,the buffering capacity of litter in different forest models to acid rain is related to its own pH value.When the acidity of simulated acid rain is low,the higher the pH value of litter,the stronger the buffer capacity shows.
Key words ㊀Chinese fir;Litter;Acid rain;Buffering effect
作者简介㊀徐昪(1987 ),男,山东邹城人,工程师,硕士,从事森林生
态与环境研究㊂∗通信作者,研究员,博士,博士生导师,从事森林培育和森林生态研究㊂
收稿日期㊀2023-04-13
㊀㊀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㊁农林业生产㊁经济发展和人民群众的生活受到严重影响[2]㊂当前,国内外学者在酸雨对凋落叶的化学特性㊁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㊁土壤
呼吸㊁土壤群落㊁土壤化学性质㊁植物根系㊁林木幼苗生长发育等产生的影响也有较多报道[6-14]
㊂针对凋落叶㊁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]
㊂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㊂1㊀材料与方法
1.1㊀研究区概况㊀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㊂西芹教学林场位于福建北部,属杉木中心产区㊂地理位置为118ʎ10ᶄE,26ʎ40ᶄN,是武夷山脉东伸支脉的中低山山地,海拔在200~500m,坡度在25ʎ左右,少
部分在35ʎ以上㊂主要成土母岩是沉积岩和变质岩,土壤为黄红壤,土层较厚㊂
1.2㊀样点布设与样品采集㊀在地面随机选取面积为
0.5m ˑ0.5m 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70ħ下烘干,粉碎㊂
1.3㊀测定项目与方法㊀凋落物pH 的测定方法:取4g 样品
在80mL 超纯水中浸湿24h,然后过滤㊂取25mL 浸提液于
100mL 烧杯中,然后测量该溶液的pH㊂
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㊂用0.8mol /L H 2SO 4加超纯水配成pH 2.70㊁3.50㊁5.00的系列模拟酸雨溶液㊂取不同林分烘干
的凋落物样品50g,每处理重复3次,分别加入500mL pH
2.70㊁
3.50和5.00的H 2SO 4,并浸泡24h,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
24㊁48和72h 3个梯度㊂将3次浸提液进行混合,对混合液的电导率㊁K +㊁Na +
㊁Ca 2+
㊁Mg 2+
浓度进行测定㊂电导率用电导
率仪测定,K +
和Na +
用火焰光度计法测定,Ca 2+
㊁Mg 2+
用原子
吸收分光光度计法测定㊂
1.4㊀数据分析与制图㊀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㊂
2㊀结果与分析
2.1㊀不同林分凋落物的pH 比较㊀由图1可知,4种林分凋落物的pH 差异显著㊂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4.23㊂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
安徽农业科学,J.Anhui Agric.Sci.2023,51(19):113-115
㊀㊀㊀
叶林>1993年二代杉木林
㊂
注:不同小写字母表示处理间差异显著(P <0.05)㊂
Note :Different lowercase letters indicate significant difference among
treatments(P <0.05).
图1㊀不同林分凋落物pH 比较
Fig.1㊀Comparison of pH of litter from different forest stands
2.2㊀不同林分凋落物对酸雨缓冲性能比较㊀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)㊂这可能与各林分凋落物本身的pH 有关系㊂4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㊂在模拟酸雨pH 为2.70㊁3.50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㊂在模拟酸雨pH 为2.70和3.50时,4种林
分凋落物浸提液在24h 升高,24~72h 提升幅度较低;模拟酸雨pH 5.00处理下,4种林分凋落物在24h 内使模拟酸雨
进一步酸化,随后缓慢回升㊂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㊂
表1㊀不同pH 模拟酸雨处理下各林分凋落物浸提液的pH
Table 1㊀pH of litter extracts from different stand under simulated acid rain treatment with different pH
林分类型Forest types
pH 2.70
24h
48h
72h
pH 3.50
24h
48h
72h
pH 5.00
24h
48h
72h
杉木萌芽林RCF 4.35ʃ0.56 4.43ʃ0.39 4.54ʃ0.55 4.56ʃ0.35 4.60ʃ0.62 4.82ʃ0.58 4.58ʃ0.33 4.81ʃ0.41 5.08ʃ0.39天然常绿阔叶林NHF 4.10ʃ0.54 4.08ʃ0.68 4.05ʃ0.41 4.20ʃ0.34 4.25ʃ0.62 4.43ʃ0.45 4.22ʃ0.21 4.20ʃ0.37 4.37ʃ0.451993年二代杉木林SCF 4.10ʃ0.68
4.11ʃ0.32 4.23ʃ0.45 4.15ʃ0.51 4.38ʃ0.47 4.69ʃ0.71 4.18ʃ0.34 4.47ʃ0.564.72ʃ0.34老龄杉木林OCF
4.26ʃ0.68
4.47ʃ0.78
4.51ʃ0.32
4.37ʃ0.39
4.52ʃ0.45
4.97ʃ0.35
4.41ʃ0.24
4.51ʃ0.62
4.93ʃ0.34
2.3㊀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㊀由表2可知,各林分凋落物浸提液电导率㊁Na +
和
Mg 2+
㊁K +
㊁Ca 2+
含量随模拟酸雨pH 的升高总体呈降低趋势㊂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 +
>Mg 2+
>Ca 2+
>Na +
㊂
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 +
㊁K
+
含量最大的为天然常绿阔叶林(NHF)㊂Mg 2+
和Ca 2+
含量最高为1993年二代杉木林(SCF)㊂
表2㊀不同pH 模拟酸雨下各林分凋落物浸提液各离子含量
Table 2㊀The litter extract ion content of different pH of the forest types under simulated acid rain
不同林分Different forest species
电导率Conductivity mS /m K +μg /mL Na +μg /mL Mg 2+μg /mL Ca 2+μg /mL 盐基离子合计Total inorganic ions
μg /mL
杉木萌芽林pH 2.7
0.5657.70 1.7023.79 5.6488.83RCF
pH 3.5
0.4054.00 1.3018.15 4.9478.39pH 5.0
0.3958.600.8019.34 5.2884.02
均值
0.4556.77 1.2720.43 5.2983.74
天然常绿阔叶林pH 2.7
0.6775.10 3.0024.97 4.37107.44NHF
pH 3.50.5671.30 2.2022.74 4.33100.57pH 5.0
0.5173.10 1.0020.53 4.1298.75
均值
0.5873.17 2.0722.75 4.27102.251993年二代杉木林pH 2.7
0.6150.00 2.1025.29 6.6384.02SCF
pH 3.50.5043.50 1.0023.89 5.6274.01pH 5.0
0.5048.500.9024.34 5.8079.54均值
0.5447.33 1.3324.51 6.0279.19老龄杉木林pH 2.7
0.6362.65 2.0023.28 6.6294.56OCF
pH 3.50.5058.70 1.5518.60 5.4284.27pH 5.0
0.5159.30 1.2517.65 5.9184.11均值
0.54
60.22
1.60
19.85
5.98
87.654
11㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年
3　讨论与结论
通过对天然常绿阔叶林㊁老龄杉木林㊁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㊂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㊂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㊂
(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㊂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㊂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㊂
(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㊂这与毛友发等[22]的研究结果相似㊂
(4)不同模拟酸雨条件下,0~24h凋落物浸提液的pH 迅速上升,24~48h缓慢提升,48~72h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0~24h 与模拟酸雨基本完成缓冲反应,至于0~24h内基本完成缓冲反应的时间段还需要进一步探讨㊂
(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㊂4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㊂
参考文献
[1]梁东,王一新,马强,等.植物凋落物分解研究进展[J].吉林林业科技, 2019,48(4):37-40,43.
[2]张月全.酸雨区不同林龄杉木人工林凋落物混合分解特征及土壤酶活
性动态[D].福州:福建农林大学,2016:1-6.
[3]DEBNATH B,LI M,LIU S,et al.Melatonin-mediate acid rain stress toler-ance mechanism through alteration of transcriptional factors and secondary metabolites gene expression in tomato[J].Ecotoxicology and environmental safety,2020,200:1-9.
[4]LIANG C J,ZHANG B J.Effect of exogenous calcium on growth,nutrients uptake and plasma membrane H+-ATPase and Ca2+-ATPase activities in soybean(Glycine max)seedlings under simulated acid rain stress[J].Eco-toxicology and environmental safety,2018,165:261-269.
[5]赵英,吴敏,周兴文.模拟酸雨胁迫对罗汉果幼苗生理特性的影响[J].
中国南方果树,2020,49(3):62-66.
[6]王玄,熊鑫,张慧玲,等.模拟酸雨对南亚热带森林凋落物分解和土壤
呼吸的影响[J].生态环境学报,2021,30(9):1805-1813.
[7]王楠,王传宽,潘小承,等.模拟酸雨对毛竹入侵阔叶林缓冲区土壤细
菌群落多样性的影响[J].环境科学研究,2020,33(6):1478-1487. [8]王楠,潘小承,白尚斌.酸雨对毛竹入侵阔叶林缓冲区根系形态及分布
格局的影响[J].生态学报,2020,40(13):4670-4678.
[9]荣立苹,张佳奇,赵东辉,等.模拟酸雨对元宝枫幼苗生理及叶绿素荧
光参数的影响[J].经济林研究,2019,37(3):44-51.
[10]陈景锋,李超,王敏强,等.不同模拟酸雨处理对秃瓣杜英幼苗生长的
影响[J].福建农林大学学报(自然科学版),2018,47(5):561-567. [11]张艳玲,郭东强,陈健波,等.模拟酸雨对桉树和红锥凋落叶养分释放
的影响[J].江苏农业科学,2021,49(13):117-120.
[12]何鹏,叶潇聪,程飞,等.模拟酸雨处理下尾巨桉凋落叶pH值及养分
元素释放模式[J].广西林业科学,2020,49(4):505-510.
[13]韩小美,陆湘云,杨梅,等.模拟酸沉降对桉树纯林和混交林土壤化学
性质的影响[J].广东农业科学,2019,46(8):56-64. [14]AYRES E,DROMPH K M,BARDGETT R D.Do plant species encourage soil biota that specialise in the rapid decomposition of their litter?[J]. Soil biology&biochemistry,2006,38(1):183-186.
[15]郑文辉,林开敏,徐昪,等.7种不同树种凋落叶对模拟酸雨缓冲性能
的研究[J].水土保持学报,2014,28(3):104-108,184.
[16]刘美华,伊力塔,马元丹,等.毛竹㊁银杏凋落叶对酸雨缓冲作用的研究
[J].上海农业学报,2013,29(2):29-32.
[17]王轶浩,陈展,周建岗,等.重庆酸雨区马尾松纯林改造对土壤酸化特
征及团聚体稳定性的影响[J].生态学报,2021,41(13):5184-5194. [18]余小龙.亚热带地区常见森林凋落叶对酸雨的缓冲能力及其化学成
分研究[D].杭州:浙江农林大学,2011.
[19]马元丹,江洪,余树全,等.模拟酸雨对毛竹凋落物分解的影响[J].中
山大学学报(自然科学版),2010,49(2):95-99.
[20]詹敏,窦云鹏,郭培培,等.天目山不同森林类型林冠对酸雨的缓冲作
用[J].浙江林业科技,2010,30(2):26-30.
[21]陈堆全.木荷凋落物分解及对土壤作用规律的研究[J].福建林业科
技,2001,28(2):35-38.
[22]毛友发,仇荣亮,温志良.陆地生态系统酸沉降缓冲能力影响因素
[J].土壤与环境,1999,8(2):141-143.
511
51卷19期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀徐昪等㊀不同杉木林分凋落物对酸雨的缓冲作用。