大气氮沉降对中国亚热带不同立地森林红壤酸化及其机理的研究

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人类活动增加了氧化态和还原态氮化合物向森林生态系统的输入。过量的氮会导致土壤酸化和植物的营养不平衡。中国已经成为全球第三大酸雨区,目前我国发现污染最严重的地区主要在中部和西南地区,如贵州、四川、湖南、江西和广东等。了解大气氮向土壤输入的通量及其对土壤质量的影响后果显得尤为迫切。通过设置在江西鹰潭中国科学院红壤生态实验站的森林微气象站于2003年2月至2004年1月期间对大气氮湿沉降进行了12个月的田间监测,同时利用为期8个月的土柱淋溶试验(直径10cm、高60cm)研究了不同植被立地下红壤对氮输入的反应,以期探讨大气氮沉降对森林红壤质量的影响机理。主要结果如下:1.本区域NH4+-N、NO3--N月均含量以及月沉降量均变异较大,表现为春冬季较高,夏秋季较低。雨水中NH4+-N、NO3--N和无机N的年平均浓度分别为0.63、0.43和1.06 mg.L-1。NH4+-N、NO3--N和无机N的年湿沉降量分别为7.15、4.85和12.00 kg.hm-2。NH4+-N沉降量占无机氮沉降量的60.0%。2.草地、阔叶林和针叶林三种植被下,氮沉降量增加均加剧了红壤NO3-、致酸离子和盐基离子淋溶。不同的盐基离子对氮沉降量的反应不同,盐基离子Ca2+和Mg2+以及致酸离子H+和Al3+的淋溶量随氮沉降量的增加而增加,盐基离子Na+和K+则无明显影响。氮沉降量增加可减少硫酸根离子的淋溶,而土壤有机氮的矿化逐渐增强。不同立地红壤有机氮矿化对氮沉降增加的反应存在明显差异,随氮沉降量增加,草地红壤有机氮矿化增加最多,阔叶林红壤次之,针叶林红壤最少。氮沉降量增加导致红壤酸化加剧,特别是表层红壤酸化加剧。高氮输入导致草地表层红壤pH(H2O)下降0.42,阔叶林下降0.39,针叶林下降0.36,氮输入量对不同植被立地的酸化作用表现为草地>阔叶林>针叶林。3.草地、阔叶林和针叶林三种植被下,氮沉降比例(NH4+-N/ NO3--N)不同对红壤NO3-、Al3+、H+和盐基离子淋溶产生不同的影响。铵态氮比例较高时,盐基离子Ca2+和Mg2+和致酸离子H+和Al3+淋溶量较大,其对盐基离子Na+和K+则无明显影响;铵态氮比例较高时,土壤有机氮的矿化作用较强。不同立地红壤有机氮的矿化对不同比例氮沉降输入的反应差异明显,表现为草地>阔叶林>针叶林,其矿化量差异分别为118.2mg、49.7mg和26.0mg。铵态氮比例较高时,其土壤pH值较低。阔叶林红壤表层两种氮比例间的pH差异最大为0.16,草地红壤其次为0.15,针叶林红壤最小为0.13。铵态氮对红壤的酸化作用较硝态氮强。总之,研究地点森林生态系统的大气氮沉降很可能处于中等水平。需要对各种森林生态系统中大气氮沉降的时空变化进行全面的监测,以便来评估森林生态系统中氮沉降的影响。大气氮沉降对森林红壤酸化的影响决定于大气氮沉降水平、氮沉降中NH4+-N和NO3--N的比率、土壤剖面和森林立地。迄今为止,源于大气的反应性氮的潜在酸化作用在中国还没有引起足够的重视。因此,当评估大气沉降对土壤的酸化作用和临界负荷时,应该考虑到氮沉降的作用。
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