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土壤酸化是热带和亚热带土壤的主要问题,关于土壤酸化的化学机制已经有较深入的研究,对于从元素循环角度研究土壤酸化的机理鲜有报道。本研究以我国亚热带地区种植20年的典型马尾松、木荷人工林为研究对象,研究了林内雨、元素分配格局和积累规律,探讨了马尾松、木荷林元素循环对土壤酸化的影响及机制。研究结果如下:
(1)2009年8月-2010年7月间鹰潭地区大气降雨pH均值为4.42,属硫酸型酸雨;马尾松、木荷的茎流雨率分别为3.23%、19.1%,穿透雨率分别是80.94%、62.5%;大气降雨经马尾松和木荷林冠的淋洗、淋溶后化学成分发生了很大的变化,除NH4+、NO3-浓度变化不显著外,K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子含量都有不同程度的增加;马尾松茎流雨(pH4.48)和穿透雨(pH5.41)的pH年均值均小于木荷(4.88,5.65),说明木荷对酸雨的缓冲性能好于马尾松。
(2)马尾松和木荷林内雨的数量和化学性质具有季节变化特征,在秋、冬季节马尾松和木荷的林内雨量较小,仅占全年的19.95%和18.40%,因此离子浓度偏高:由于对林冠层上吸附物质的冲洗,马尾松和木荷林内雨中元素总量的输入要高于大气降雨,茎流雨中K+、Na+、Ca2+、Mg2+等元素和H+的输入可能会影响到树干周围林下土壤中元素的循环再分配及土壤的化学性质。
(3)马尾松和木荷植株体各组分间养分的含量差异很大,不论马尾松还是木荷均以叶的养分含量最高,而树于的养分含量最低,枝、根、皮居中,总的来看两种树各组分的元素含量规律是Ca>N>K>Mg>P;马尾松、木荷凋落物中元素的含量出现季节变化,在冬季的1、2月元素含量达到最低值,这可能与树木在冬季生理活动较弱,吸收功能较差以及为适应环境元素随着落叶季节的到来发生转移有关;马尾松、木荷各器官间元素储量比较结果显示,各部分元素储量差异很大,马尾松:枝>叶>干>根(中根+细根十粗根)>皮,木荷:皮>枝>叶>根(中根+细根+粗根)>干,并且马尾松元素储量远小于木荷。
(4)荒草地经过种植马尾松和木荷人工林20年后土壤的化学性质发生了明显变化。与荒草地相比,马尾松和木荷林地土壤pH低0.12-0.47个单位,在距离树干10 cm处的垂直方向上,马尾松林0-20 cm土层pH<木荷,而20-60 cm土层pH>木荷:水平方向上随着离树干距离的增加,林下土壤pH受树木影响逐渐降低,在距离树干20 cm处林下表层土壤的pH达到最低;两种树木林下土壤的有机质含量主要在表层土壤(0-20 cm)出现差异,水平方向上有机质由于受树干影响表现出随距离树干距离的增加有机质含量逐渐降低,马尾松、木荷凋落物的质和量的不同最终导致其表层土壤有机质含量不同。
总的来看,大气降雨经过林冠冲洗后化学成分发生很大变化,离子浓度升高,树干茎流中大量H+的输入可能是导致树干周围土壤pH降低的主要原因;对盐基阳离子的吸收再分配是木荷林土壤不同层次酸化程度出现差异的主导因素;凋落物数量及元素组成可能是马尾松和木荷表层土壤酸化程度不同和有机质含量出现差异的原因。