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化学修复与模拟氮沉降对酸化森林土壤的影响

马萧萧  
【摘要】:随着经济的快速发展,硫氧化物(SO_x)和氮氧化物(NO_x)等酸性气体排放增加,酸沉降成为我国重大区域环境问题。近年来,二氧化硫高速增长的势头得到有效遏制,但化石燃料、农业化肥等向大气中排放的含氮化合物激增,因此我国的酸沉降及其影响还将持续,并可能造成土壤酸化和氮饱和。基于我国酸沉降的发展趋势及酸化土壤化学修复的重要性,开展模拟氮沉降及化学修复技术对土壤的影响研究具有理论与实践上的意义。 本研究选择我国典型的南方马尾松林酸化土壤-重庆铁山坪林地建立样区,向酸化土壤施加石灰石和菱镁矿来进行土壤修复,喷洒硝酸铵(NH_4NO_3)和硝酸钠(NaNO_3)两种不同的氮盐来模拟氮沉降,观测土壤理化性质的变化来判断生态系统的响应情况。7a的研究结果表明:向酸化土壤表面投加石灰石和菱镁矿,都能明显提高土壤pH值并增加土壤的盐基饱和度和可交换盐基,降低Al~(3+)浓度,从而有效缓减土壤酸化,但是投加石灰石也会增加NO_3~-和SO_4~(2-)的淋溶,从而抵消一部分修复的效果,并加剧水体的富营养化。由于施加的石灰石的粒径远细于菱镁矿,所以前2a修复效果相对较好,但从7a的总效果看,两者相当。投加修复剂中的Ca或Mg在5年后仅有不到20%以可交换态存留在土壤中,土壤溶液pH值与Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度开始下降,表明土壤上层的修复效果已开始减弱。 关于氮沉降对土壤影响的研究表明,该地土壤在实验开始前可能已经发生氮饱和,表现为2005年土壤下层的可溶性无机氮(DIN)淋溶量较高(7.m~(-2)),甚至高于穿透水引入的DIN量(6.78gN·m~(-2))。在持续喷洒两种氮盐后,添加的DIN主要以硝酸根(NO_3~-)形态全部淋溶。相对于对照区,施加NH_4NO_3样地的净硝化量升高,而NaNO3样地下降,表明NH~(4+)沉降会促进硝化过程而NO_3~-沉降则起抑制作用。氮沉降对土壤矿质层pH值影响不显著,但DIN的输入明显提高了矿质层下层土壤水的Al~(3+)含量,NH_4NO_3样地部分月份Al/BC的摩尔比值高于1.0,表明氮沉降加速了Al~(3+)的活化。所以为避免土壤氮饱和,应控制NO_x和NH_3的排放,在控制土壤酸化方面,要更重视NH_3的排放控制。


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