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随着经济的迅速发展,我国南方已成为继欧美之后的第三大酸雨沉降区。近20年来,我国经济突飞猛进发展,但同时因化石燃料的燃烧而导致的硫、氮氧化物的大量排放对环境造成了严重污染,酸雨的形成就是其主要灾害之一,而且发展日趋严重。根据近几年的观测资料表明,福建的酸雨普遍且日益严重,福州、厦门、三明、泉州、漳州、龙岩6个城市被列为国家酸雨控制区,面积约78943.42 km2,占全省面积的65％。酸雨是目前人类面临的最引人注目的环境问题之一,酸雨可伤害植物叶片,对植物产生直接危害,也可造成土壤酸化,引起土壤盐基流失及某些毒性元素(铝、锰等)的释出和活化伤害植物根系,对植物产生间接危害。酸雨对植物产生的直接危害和间接危害都会导致活性氧产生及清除失去平衡,造成活性氧对细胞的毒害作用,特别引起膜脂过氧化作用。
邓恩桉,在分类上属桉树属的双蒴盖、蓝桉组(section Maidenaria)多枝桉系(seties Viminales),形态特征和柳桉、巨桉相似,邓恩桉目前主要用途是造纸。邓恩桉具有良好的速生性和强耐寒能力。目前有关大气沉降物质(氮、硫)输入量对阔叶林和林地土壤结构的影响及反馈还鲜有报到,邓恩桉作为福建地区主要的工业原料林树种,阐明酸沉降与邓恩桉幼龄林土壤肥力之间的反馈与负反馈机制,为酸沉降对森林生态系统的影响提供理论基础,也为森林可持续经营提供理论依据。
利用二元二次回归旋转设计方法模拟氮、硫沉降的试验(外加空白处理),在3年生邓恩桉人工林中设置面积20 m×20 m的样地17块,每月以尿素(CO(NH2)2,含氮量为46％),作为外加氮源,硫源使用(Na2SO4,分析纯),人为喷施不同处理组合的尿素和硫酸钠一年。通过野外模拟氮、硫复合沉降,研究邓恩桉幼龄林的土壤酶、团粒结构及腐殖质组成对模拟氮、硫复合沉降的响应并建立相应响应模型。
1)邓恩桉幼龄林土壤酶对模拟氮、硫复合沉降的响应
邓恩桉幼龄林土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶对模拟氮、硫复合沉降的响应趋势相同,模拟酸沉降一年后,与对照处理相比,9种N、S处理的土壤酶活性都比对照处理的土壤酶活性低,每个处理都表现为上层土壤酶活性大于下层土壤酶活性。除了过氧化氢酶的方差分析不显著外,其他三种酶的方差分析显著,达到显著水平(p<0.05)。对于下层土壤蔗糖酶而言,单因子效应分析表明,硫沉降和氮沉降交互作用在低编码值时(-1.414,-1,0)为负交互作用,当编码值超过0时,硫沉降和氮沉降交互作用为正交互作用。两因子互作效应分析表明,当氮固定时,低氮沉降下,硫沉降降低下层土壤蔗糖酶的活性,在高氮沉降下,效应相反。当硫固定时,低硫沉降下,氮沉降能提高下层土壤蔗糖酶的活性,在高硫沉降下,效应相反,符合收益递减规律。
对于下层土壤脲酶而言,单因子效应分析表明,硫沉降和氮沉降交互作用在低编码值时(-1.414,-1,0)为负交互作用,当编码值超过0时,硫沉降和氮沉降交互作用为正交互作用。两因子互作效应分析表明,当硫固定时,硫沉降在低氮编码值时(-1.414、-1、0),氮沉降降低下层土壤脲酶的活性,在高氮编码值时(1、1.414),效应相反。当氮固定时,氮沉降在低硫编码值时(-1.414、-1、0),硫沉降降低下层土壤脲酶的活性,在高硫编码值时(0、1、1.414),效应相反。
对于上层土壤磷酸酶而言,单因子效应分析表明,氮沉降在低编码值时(-1.414,-1.0)为负交互作用,当编码值超过0时,氮沉降交互作用为正交互作用,硫沉降下磷酸酶活性不变。两因子互作效应分析表明,当硫固定时,低硫沉降下,氮沉降先降低后增加上层土壤磷酸酶的活性,在高硫沉降下,氮沉降降低土壤磷酸酶的活性。当氮固定时,低氮沉降下,硫沉降增加上层土壤磷酸酶的活性,高氮沉降下,效应相反。
2)邓恩桉幼龄林土壤团粒结构对模拟氮、硫复合沉降的响应
邓恩桉幼龄林土壤团粒结构对模拟氮、硫复合沉降的响应表现在,10个(9个处理加对照)不同氮、硫处理的各个粒级中,方差分析表明,各处理间只有1-2mm粒级达到显著水平,每个处理都是小的粒级(<0.25m,0.25—1mm)所占比重大,达到80％左右。对于1-2mm粒级土壤而言,单因子效应分析表明,硫沉降对土壤团粒结构的含量影响不大,氮沉降对土壤团粒结构的含量表现为负效应。两因子互作效应分析表明,当氮固定时,氮沉降下土壤团粒结构含量不随硫沉降的增加而变化,低氮沉降土壤团粒结构含量大,高氮沉降土壤团粒结构含量小。当硫固定时,硫沉降下的土壤团粒结构的含量随着氮沉降编码值的增加变化一致逐渐降低。
通过邓恩桉幼龄林土壤分形维数的计算得出土壤分析维数在2.2527～2.5044之间,各处理土壤分析维数为NO1(2.5044)>NO3(2.4851)>NO4(2.4818)>NO2(2.4675)>ck(2.4538)>NO5(2.4125)>NO9(2.3797)>NO8(2.3665)>NO6(2.3585)>NO7(2.2527)。方差分析结果表明,差异不显著,各处理间未达到显著水平。
通过邓恩桉幼龄林土壤团粒结构与土壤酶的典范相关分析得出4个相互独立的典范相关系数中没有一个达到显著水平,说明邓恩桉幼龄林土壤团粒结构对恩桉幼龄林土壤土壤酶含量没有影响。
3)邓恩桉幼龄林土壤腐殖质组成对模拟氮、硫复合沉降的响应
邓恩桉幼龄林土壤腐殖质含量及各组分含量对模拟氮、硫复合沉降的响应表现在变化趋势一致,模拟酸沉降一年后,除了土壤胡敏酸色调系数外,与对照处理相比,9种N、S处理的土壤腐殖质含量及各组分含量都比对照处理的低。对于<0.25mm粒级土壤腐殖质含量而言,方差分析表明<0.25mm粒级达到显著水平。单因子效应分析表明,硫沉降在低编码值时(-1.414,-1,0)为负交互作用,当编码值超过0时,氮沉降交互作用为正交互作用,氮沉降下土壤腐殖质含量不变。两因子互作效应分析表明,当氮固定时,5个编码值的氮沉降水平下,硫沉降先降低后增加土壤(<0.25mm)腐殖质含量。当硫固定时,低硫沉降与高硫沉降下,土壤(<0.25mm)腐殖质含量相对称,当硫沉降为O时,土壤(<0.25mm)腐殖质含量最低。
对于土壤胡敏素含量而言,方差分析表明,各处理间只有0.25—1mm粒级达到显著水平。单因子效应分析表明,硫沉降和氮沉降交互作用在低编码值时(-1.414,-1,0)为负交互作用,当编码值超过0时,硫沉降和氮沉降交互作用为正交互作用。两因子互作效应分析表明,当硫固定时,硫沉降在低氮编码值时(-1.414、-1、0),氮沉降降低下层土壤胡敏素含量,在高氮编码值时(0、1、1.414),效应相反。当氮固定时,氮沉降在低硫编码值时(-1.414、-1、0),硫沉降降低土壤胡敏素含量,在高硫编码值时(0、1、1.414),效应相反。
对于土壤富里酸含量而言,方差分析表明,各处理间只有<0.25mm粒级达到显著水平。单因子效应分析表明,硫沉降和氮沉降交互作用在低编码值时(-1.414,-1,0)为负交互作用,当编码值超过0时,硫沉降和氮沉降交互作用为正交互作用。两因子互作效应分析表明,当硫固定时,低硫沉降下,氮沉降能提高土壤富里酸含量,在高硫沉降下,效应相反。当氮固定时,低氮沉降下,硫沉降能提高土壤富里酸含量,在高氮沉降下,效应相反。
对于土壤胡敏酸而言,方差分析表明,各处理间只有<0.25mm粒级达到显著水平。单因子效应分析表明,硫沉降和氮沉降交互作用在低编码值时(-1.414,-1,0)为负交互作用,当编码值超过0时,硫沉降和氮沉降交互作用为正交互作用。两因子互作效应分析表明,当硫固定时,硫沉降在低氮编码值时(-1.414、-1、0),氮沉降降低下层土壤胡敏酸含量,在高氮编码值时(0、1、1.414),效应相反。当氮固定时,氮沉降在低硫编码值时(-1.414、-1、0),硫沉降降低土壤胡敏酸含量,在高硫编码值时(0、1、1.414),效应相反。
邓恩桉幼龄林土壤胡敏酸色调系数对模拟氮、硫复合沉降的响应表现在,1-2mm粒级的土壤胡敏酸色调系数为NO5(0.93)>CK(0.9)>NO6(0.85)>NO8(0.82)>NO2(0.81)>NO3(0.78)>NO9(0.75)>NO4(0.74)>NO1(0.67)>NO7(0.66)。0.25-1mm粒级的土壤胡敏酸色调系数为NO5(0.95)>CK(0.85)>NO2(0.84)>NO6(0.81)>NO8(0.78)>NO3(0.76)>NO4(0.75)>NO7(0.745)>NO9(0.743)>NO1(0.74)。<0.25mm粒级的土壤胡敏酸色调系数为CK(0.8)>NO9(0.79)>NO2(0.78)>NO8(0.77)>NO4(0.75)>NO3(0.745)>NO5(0.74)>NO6(0.73)>NO1(0.71)>NO7(0.56)。方差分析表明,各处理间只有<0.25mm粒级达到显著水平。对于<0.25mm粒级土壤而言,单因子效应分析表明,氮沉降在低编码值时(-1.414,-1,0)为正交互作用,当编码值超过0时,氮沉降交互作用为负交互作用,硫沉降下土壤胡敏酸色调系数不变。两因子互作效应分析表明,当硫固定时,5个编码值的硫沉降水平下,氮沉降先增加后降低土壤(<0.25m)胡敏酸色调系数。当氮固定时,低氮沉降下,土壤(<0.25mm)胡敏酸色调系数相对较高,高氮沉降下,土壤(<0.25mm)胡敏酸色调系数相对较低。