大气酸沉降影响下硫的生态化学——以庐山森林生态系统为例

【摘要】： 本文以庐山植物园的日本柳杉针叶林和阔叶林样地为对象，采集不同季 节、不同植被下的根区土和非根区土，并对生态系统水相进行长期定位监测和 动态监测方法，分析大气沉降硫在森林生态系统土壤和地表水酸化过程中的化 学行为及其动态特点，试图为阐明酸沉降下硫对土壤酸化的生态效应及大气酸 沉降的控制提供科学依据。研究得到的认识如下。 1．庐山森林土壤总硫含量高达365.17±115.89mg/kg，且以吸附态为主。亚表 层土壤中吸附态硫的含量高达178.82±94.62mg/kg。无机硫和有机硫间存 在互为消长的关系。针叶林土壤吸附态硫和水溶态硫显著高于阔叶林土 壤，针叶林下土壤对S的吸附能力和S的移动性高于阔叶林下。针叶林下 根区土壤的总硫含量，水溶态硫和有机硫都高于非根区土，针叶林根系对 土壤硫形态的分布有明显影响。 2．森林凋落物年分解速率在25％左右，阔叶林凋落物比针叶林凋落物分解 快，但腐殖化系数低。凋落物分解趋向于使针叶林土壤硫的移动性增强， 而增加阔叶林土壤中吸附性硫。 3．庐山98年降雨中SO_4~(2-)浓度平均为2.97mg/L，庐山降雨S的沉降量达 1.03kmol/（ha a）。森林冠层可明显缓冲酸雨，阔叶林冠层的缓冲能力大于 针叶林。透冠水和树干流中SO_4~(2-)浓度明显高于降雨，针叶林对干沉降的 吸收大于阔叶林。两种林种相比，阔叶林SO_4~(2-)的输入较低而输出较高。 4．季节变化：水相pH和透冠水、树干流的SO_4~(2-)浓度季节变化格式与降雨 吻合，冬季较高而夏季较低，差异性显著；针叶林下透冠水和树干流的 SO_4~(2-)浓度季节变异较大。树干流中SO_4~(2-)浓度的季节变异比透冠水强。针 叶林渗漏水中SO_4~(2-)浓度在冬季最高，而阔叶林的则在春季最高。径流水 中SO_4~(2-)浓度变化较小，针叶林在春季高而秋季最低，阔叶林是冬季最低； 土壤硫形态有明显季节变化，在春季水溶态硫高，春夏季根区土壤水溶态 硫高于非根区土壤。针叶林亚表层土壤吸附态硫明显高于阔叶林土壤，阔 叶林根区土壤在夏季吸附态硫明显高于非根区土壤。根系，尤其是阔叶林 根系活动对土壤对硫的吸附能力影响显著。盐酸可溶态硫在非根区土壤中 受林型影响较小。而在根区土壤中，针叶林盐酸可溶性S在秋季大幅度增 高，阔叶林下则在夏季较高。土壤有机硫的秋季明显积累。 5．降雨事件对森林生态系统S化学的影响十分活跃：降雨的化学成分变率较 大，SO4z是控制进人生态系统酸沉降的关键化学组分；小雨、秋季降雨对 生态系统酸沉降有重要作用。透冠水成份有活跃变化，并且与大气降雨性 质密有关。降雨使地表径流pH降低，电导率升高。降雨对阔叶林径流水 的pH影响幅度都较大，针叶林电导率则对降雨的脉冲效应响应突出。针 叶林雨后恢复较快。阔叶林下径流水So／’浓度高于针叶林下，阔叶林径 流水中 SO4‘”浓度变化较针叶林滞后约 4 ，J’时。 综上所述，庐山硫沉降量很大的，并有逐渐增加的趋势。两种林型的森林 生态系统对酸沉降的反应不一。阔叶林冠层比针叶林冠层可消耗更多的矿， 而针叶林土壤系统比阔叶林土壤系统消耗更多的矿，其总体效应表现出两种 林型对H”的消耗量相近。针叶林系统较阔叶林系统能固持更多的S，但其非 根区土壤A层也己吸附了大量S，预示着针叶林土壤对S的吸附已渐趋饱和。 一旦达到饱和，针叶林土壤将不能继续延缓土壤酸化，而可能促进酸化。针叶 林植被的根系活动及凋落物的作用可延缓这一过程。阔叶林土壤则是输入的硫 较针叶林少，而输出较多。保持了S在系统中的相对稳定，从而对因吸附S 的饱中造成的土壤酸化的危险较小。从S化学来看，阔叶林对酸沉降的缓冲 与抗性较针叶林系统更为明显和活跃。野外生态系统下酸沉降对系统酸冲击及 其生态化学过程除考虑土壤过程外，必须更多地注意大气一植物一上壤一水各 相的相互作用及其季节动态。也就是说，生态系统的化学过程及其 可能比 土壤一水体的化学动态更能反映酸沉降下生态系统酸化的实质。