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在氮沉降全球化的背景下,环境和生态学者们越来越关注氮沉降增加引起生态系统(包括陆地和水生生态系统)酸化和富营养化并由此而引发的土壤铝毒和盐基阳离子淋溶等一系列的生态问题。随着经济的发展,我国尤其是东部地区也存在着高氮沉降现象,但是我国关于氮沉降对森林生态系统土壤酸化和富营养化的影响方面的研究报道极少见。作为《氮沉降对南亚热带森林生态系统影响》项目的一部分,本研究选择广东鼎湖山南亚热带代表性的两种森林类型(季风常绿阔叶林和马尾松林)为对象,在2004年雨量较多的3月至2004年雨量渐少的8月期间,研究了模拟N沉降(四个氮处理水平:对照、低氮处理50kgNha-1.yr-1、中氮处理100kgNha-1.yr-1和高氮处理150kgNha.1.yr-1)增加对森林土壤溶液(0~20cm土壤渗透水)化学的影响,并初步探讨其影响机理,为深入研究氮沉降对南亚热带森林生态系统影响提供基础。主要研究结果如下:
(1)阔叶林与针叶林对照样方土壤溶液Ca2+、Mg2+和K+盐基离子浓度平均分别为10.72和10.43mg.L-1。氮处理使阔叶林和针叶林土壤溶液Ca2+、Mg2+和K+离子浓度明显增加。其中,低氮处理使两个森林Ca2+、Mg2+和K+盐基离子浓度平均依次增加了5.07%和16.24%,中氮处理使之增加了13.28%和71.80%,而高氮处理使阔叶林增加了12.47%;
(2)氮沉降增加对土壤溶液Ca2+、Mg2+和K+离子浓度的影响随施氮时间而加强。3月份,N处理对Ca2+、Mg2+和K+离子浓度的影响不明显:4月份,Ca2+和Mg2+离子浓度在处理与对照样方之间出现显著性差异(p<0.05):7月份,Ca2+、Mg)+和K+离子浓度在处理与对照样方之间均出现显著性差异(p<0.05):
(3)土壤溶液离子浓度对氮沉降增加的响应随离子不同而异。Ca2+对外加N输入的响应较Mg2+和K+更为敏感,而且随N输入时间的延长,Ca2+增加程度越大,其次是K+。并且,不同森林类型土壤溶液离子浓度对氮沉降增加的响应速率也存在差异,阔叶林对氮的响应比针叶林慢;
(4)阔叶林与针叶林内,对照样方土壤溶液有效氮(NO3--N+NH4+-N)浓度平均分别为7.59和4.60mg.L-1,其中NO3-N浓度含量占97.90%和79.92%,表明土壤溶液有效氮中以NO3--N为主:
(5)阔叶林和针叶林对照样方NO3--N浓度平均分别为7.43和3.68mg.L-1,前者约为后者的2倍。随氮处理水平的增加,阔叶林和针叶林硝态氮(NO3--N)浓度在处理与对照之间均出现了显著性差异。而低氮处理分别使两个森林NO3--N浓度平均依次增加了139.79%和148.35%,中氮处理平均增加了123.92%和258.51%,而高氮处理使阔叶林平均增加了152.16%。说明氮沉降会使受氮限制的森林土壤溶液NO3--N含量增加,而对氮饱和或是对氮需求较小的森林(阔叶林)来说增加土壤溶液NO3--N的潜在流失量;
(6)阔叶林与针叶林两个森林对照样方NH4+-N浓度平均为0.16和0.92mg.L-1,针叶林约为阔叶林的6倍。与NO3--N相比,两个森林NH4+-N对氮的响应格局明显不同。低氮和中氮处理使阔叶林NH4+-N浓度平均下降了61.07%和80.25%,高氮处理使阔叶林NH4+-N浓度平均增加了253.57%。而低氮处理和中氮处理使针叶林NH4+-N浓度平均分别增加了141.15%和112.61%,表明外加氮处理使针叶林土壤溶液中NH4+-N浓度增加,而使阔叶林土壤溶液中NH4+-N大量减少,这可能是因为阔叶林内大量的NH4+-N发生硝化反应而转化成了NO3--N:。
(7)阔叶林与针叶林对照样方土壤溶液总Al浓度平均分别为5.81和5.27mg.L-1。氮处理一般使总Al浓度增加,其中低氮处理平均分别增加了53.27%和41.13%.中氮处理增加了19.48%和62.78%,而高氮处理使阔叶林增加了50.23%:
(8)阔叶林与针叶林对照样方土壤溶液pH值平均分别为3.93和3.98。氮处理均使两个森林土壤溶液pH值下降。其中,低氮处理分别使两个森林土壤溶液pH值下降了0.09和0.16个数量单位,中氮处理使之下降了0.03和0.12个数量单位,而高氮处理使阔叶林下降了0.18个数量单位;
(9)阔叶林和针叶林对照样方硫酸盐浓度平均分别为37.13和35.64mg.L-1。低氮处理使针叶林硫酸盐浓度平均下降了0.03%,中氮处理平均增加了14.9%。而低氮处理、中氮处理和高氮处理使阔叶林硫酸盐浓度平均下降了100.94%、101.47和101.02%:
(10)外加氮输入的增加使森林土壤溶液中Al/(Ca+Mg)的比值不同程度地增加,尤其在阔叶林中表现比较显著(p<0.05),这有可能增大森林土壤溶液中铝毒的潜能。在所有样方中该比值的变化范围为0.501-1.400(阔叶林)和0.347-1.130(针叶林);
(11)相关性分析表明,盐基阳离子Ca2+、Mg2+和K+之间显著正相关,且三者均与总A1分别呈极显著正相关(p<0.01),而Mg2+和总Al又分别与NO3--N呈显著正相关(p<0.01)。pH与NO3--N呈极显著负相关(p<0.01),而与NH4+-N的相关性不显著。