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20世纪50年代初期酸雨已成为全球性环境问题,我国是继欧洲、北美之后的第三大酸雨区。森林生态系统作为酸雨的主要受体,研究森林对酸雨的响应及其调节机制意义重大。地表水化学组成是反映森林生态系统功能的重要指标之一,对酸雨响应敏感。当前,有关酸雨对不同演替阶段森林地表水化学组成影响的研究相对较少,相应的响应机制尚不清楚。
本研究以受酸雨影响严重的鼎湖山不同演替阶段森林——演替早期的马尾松林(pine forest,PF)、演替中期的混交林(coniferous and broadleaf mixed forest,MF)及演替顶级的季风常绿阔叶林(monsoon evergreen broadleaf forest,MEBF)为研究对象,通过不同酸雨梯度(pH3.0、pHY5、pH4.0和CK(对照))的模拟试验,研究不同演替阶段森林地表水化学特征对酸雨的响应,并试图回答以下2个问题:(1)鼎湖山森林在酸雨影响下其地表径流水化学特征有何变化?酸雨是否影响森林生态系统水质服务功能?
研究结果显示:(1)酸处理下鼎湖山森林地表径流pH呈弱酸性,年均值介于6.72-6.77,酸处理并未导致鼎湖山森林地表水体的酸化,地表径流中HCO3-、Na+在缓冲地表水酸化过程中起重要作用。(2)酸处理导致季风林NO3-、SO42-的流失,且这种酸处理效应主要发生在旱季。(3)酸处理对季风林地表径流阳离子产生影响。阳离子对酸处理响应的敏感性及其响应的季节性存在差异。具体表现为:Na+对酸处理响应最为敏感,其次为Ca2+,酸处理对这2种离子的影响发生在旱季,旱季期间这些阳离子的输出主要受NO3-输出的影响。酸处理对NH4+的影响主要发生在雨季,酸处理导致雨季期间NH4+的流失。(4)酸处理显著提高了马尾松林、季风林地表径流中可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)的浓度,这种酸处理效应在季风林中表现尤为明显,并且主要出现在雨季。(5)酸处理增强了松林与季风林地表径流各化学物质间的关联性,一种物质的流失将导致更多的与其有显著正相关关系物质的流失。(6)总体而言,三个林型中季风林对酸处理的响应最为敏感。旱季(10-次年3月),酸处理主要影响地表径流中的无机物质(NO3-、SO42-、Na+、Ca2+),雨季(4-9月)则主要影响地表径流中的有机物质(DOC)。酸处理增强了季风林地表水受硝酸盐污染、DOC污染的风险,森林生态系统的水质服务功能减弱。