桉树单宁淋溶对土壤铁铝锰氧化物形态和土壤团聚体的影响

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桉树人工林前茬主要为单宁含量较低的松杉纯林及其针阔混交林,而桉树单宁含量高,改植桉树后林地土壤的单宁输入量大幅度增加,但以往有关桉树单宁对土壤铁铝锰以及土壤团聚体的影响特征与规律并不清楚。本研究以桉树叶分解液单宁(TFL,桉树单宁)、没食子酸(GA,水解单宁)和表没食子儿茶素酸酯(EGCG,缩合单宁)的水溶液为淋溶液,在36天内对红壤进行18次淋溶,研究单宁类型和浓度对土壤铁铝锰淋失量、土壤各形态铁铝锰氧化物含量以及土壤团聚体稳定性的影响过程与特征。主要研究结果如下:(1)TFL、GA和EGCG能显著提高土壤可溶态Al、Fe、Mn淋失量,其淋失量与淋溶液单宁浓度呈正相关。其中TFL对土壤Al、Fe、Mn的溶解促进作用强于GA、EGCG。蒸馏水(CK)淋溶土壤的Al、Fe、Mn淋失量分别为0.66、0.15、0.36 mg/kg;单宁浓度为800 mg/L时,TFL淋溶土壤的Al、Fe、Mn淋失量分别为24.90、62.86、65.39 mg/kg,GA淋溶土壤的Al、Fe、Mn淋失量分别为13.11、26.15、30.42 mg/kg,EGCG淋溶土壤的Al、Fe、Mn淋失量分别为6.91、6.20、7.65 mg/kg。土壤Al、Fe、Mn淋失量大小为TFL>GA>EGCG。(2)单宁淋溶主要促进土壤非晶质Al、Fe、Mn氧化物向可溶态等其他形态氧化物转化。非晶质Al、Fe、Mn氧化物显著减少,络合态Al、Fe、Mn氧化物含量显著升高,可溶态Al、Fe、Mn的淋失也促进游离态Al、Fe、Mn氧化物的减少。可溶态Al、Fe、Mn淋失量与非晶质Al、Fe、Mn氧化物呈显著负相关,与络合态Al、Fe、Mn氧化物呈显著正相关,与游离态Al、Fe、Mn氧化物呈弱负相关。CK土壤非晶质Al、Fe、Mn氧化物含量为2.20、3.74和0.244 mg/kg;与CK相比,800 mg/L的TFL、GA、EGCG淋溶土壤非晶质Al、Fe、Mn氧化物含量分别减少了10%、5%、26%,4%、7%、13%,和2%、8%、4%。CK土壤络合态Al、Fe、Mn氧化物含量为1.41、4.92和0.042 mg/kg;与CK相比,800 mg/L的TFL、GA、EGCG淋溶土壤络合态Al、Fe、Mn氧化物含量分别增加了-1%、16%、149%,7%、20%、117%,和3%、13%、142%。CK土壤游离态Al、Fe、Mn氧化物含量为2.85、20.93和0.301 mg/kg;与CK相比,800 mg/L的TFL、GA、EGCG淋溶土壤游离态Al、Fe、Mn氧化物含量分别减少了8%、11%、22%,0%、-4%、9%,和7%、13%、6%。(3)TFL、GA和EGCG淋溶能促进土壤中小团粒(<3 mm)向大团粒(10-3 mm)聚合,增强土壤团聚体水稳定性。比较各处理土壤大团粒(10-3mm)质量百分数变化范围,CK组为22%,TFL组为20%~60%,GA组为21%~27%,EGCG组为18%~38%,土壤其他粒级(<3 mm)团粒质量百分数出现不同程度的降低。各单宁淋溶土壤的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)与单宁浓度、土壤的单宁总截留量、络合态铁锰氧化物呈显著正相关,与非晶质Al、Fe、Mn氧化物呈显著负相关。相关性分析结果表明土壤对单宁的截留和土壤络合态Al、Fe、Mn氧化物含量的升高有助于增强土壤团聚体水稳定性。综上,单宁淋溶促进土壤非晶质Al、Fe、Mn氧化物和游离态Al、Fe、Mn氧化物向可溶态Al、Fe、Mn转化,小部分可溶态Al、Fe、Mn随水流迁出而淋失,大部分可溶态Al、Fe、Mn在单宁的强螯合作用下重新络合,被土壤矿物吸附形成络合态Al、Fe、Mn氧化物,促进中小团粒(<3 mm)向大团粒(10-3 mm)凝聚,从而增强土壤团聚体水稳定性。但桉树人工林的林地土壤经桉树单宁的长期淋溶,土壤的逐渐酸化和土壤可溶态Al、Fe、Mn的大量淋失,会导致络合态Al、Fe、Mn氧化物的形成减少,以及其他形态Al、Fe、Mn氧化物的过度淋失,减少Al、Fe、Mn氧化物对土壤团粒的凝聚作用,降低土壤团聚体稳定性。本研究结果有助于人们对桉树人工林等长期遭受高浓度单宁淋溶区域的土壤特征变化进行预判,为维护桉树人工林生态系统的安全和可持续发展提供科学依据。
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