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森林土壤和枯枝落叶层DOM的研究

林瑞余  
【摘要】: 森林土壤和枯枝落叶层DOM在森林生态系统的碳循环和养分循环中具有极其重要的作用。森林土壤(包括枯枝落叶层)DOC是森林土壤活性碳库的重要组分,它的淋溶释放、存留、降解及迁移等动态变化影响到森林土壤(包括枯枝落叶层)有机C库的源汇功能;同时,DOM中有机养分(如DON、DOP)的周转和迁移对森林植物的养分利用和水体环境化学等有重要影响。森林生态系统特别是土壤(包括枯枝落叶层)中碳与可溶性有机养分的动态、迁移和调控机理等是目前国际研究焦点之一。但是,目前国内对森林土壤和枯枝落叶层DOM的研究很少,仅见少数零星报道,开展有关森林生态系统DOM的研究已十分迫切。为此本研究在福建三明莘口林场的格氏栲(Castanopsis kawakamii)天然林、格氏栲人工林、杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)设立试验地,探讨森林土壤和枯枝落叶层DOM含量季节动态及淋溶过程DOM释放特点,并在建瓯的闽北水土保持科教基地内的木荷(Schima superba)和杉木人工林设立试验地,初步探讨木荷和杉木人工林生态系统水文过程对DOM动态的影响。主要结果如下: (1)不同林分土壤和枯枝落叶层DOM紫外-可见吸收值均随波长的增加而减小,枯枝落叶层的在200nm附近出现吸收峰,而土壤的则不明显。DOM的吸光值E_(200)和DOC浓度呈高度相关,可通过E_(200)值估算DOC浓度。 (2)格氏栲天然林、人工林和杉木人工林0~100cm土层内DOC的平均浓度分别为:559.8、593.2和458.9mg·kg-1,占土壤有机C的比例分别为5.33%、6.81%和6.16%。不同林分0~40cm土层内DOC浓度随深度增加呈下降趋势,但在40~100cm土层内随深度增加有一定程度增加。不同林分0~10cm土层DOC浓度差异最大,格氏栲天然林该层DOC浓度达1310.3mg·kg-1,分别是格氏栲人工林和杉木人工林的1.5倍和2.4倍。 (3)不同林分0~10cm和10~20cm土壤DOC浓度一般以秋季最高,而DON和DOP则一般以冬季最高。不同林分枯枝落叶层DOC浓度一般以冬季最高,春季最小;L层和F层DON浓度在秋季最高,春季最小,而H层DON浓度夏季最大,冬季最小。不同林分枯枝落叶层DOP浓度一般冬季最高,而春(夏)季最小。 (4)DOM淋溶正交试验表明,淋溶液酸度对土壤DOC、DON、DOP的释放有显著影响,淋溶液体积对DON的释放亦有显著影响,以酸度的最显著,而水温和流速的影响则不显著。淋溶液酸度、体积、流速、温度对枯枝落叶层DOC释放均无显著影响,对DOP释放影响则均显著,酸度对DON释放有显著影响。 (5)模拟酸雨实验表明,pH值、土壤类型和培养时间对土壤和枯枝落叶层淋洗液DOC浓度均有极显著影响。高酸度(pH=2.0)模拟酸雨可促进土壤DOC的淋溶,但抑制枯枝落叶层DOC的淋溶,而其它pH值(3.5和5.0)模拟酸雨对土 壤和枯枝落叶层DOC的淋溶则无显著影响。 (6)不同林分土壤和枯枝落叶层的静态和动态释放模拟淋溶液DOC浓度随时间的变 化过程均可用时间的幕函数拟合。采用各林分20~40 cm风干土制备的串联土柱 进行连续吸附的模拟实验表明,除格氏拷的外,淋溶液经过第1个土柱时DOC 浓度即降低一半左右,此后浓度基本保护稳定。采用原状土柱进行淋溶实验, 各林分淋溶液经过卜10cm土壤时吸附作用最大,LK犯浓度降低50%以上;而 经过8小100cm土层后,各林分土壤淋出液的〕OC浓度仅分别为淋溶液原浓度 的11 .6%,11.1%,8.5%,与井水的Doc浓度基本一致。 (7)降雨中noe、DON和卿浓度依次为2.22、1.53和0.05 mg·kg’l。木荷纯林、杉 木纯林和木荷杉木混交林穿透雨的DC〔浓度分别是大气降雨的4.24、3.93和 4.69倍,树干茎流中DOC浓度均大于穿透雨。不同林分地表径流D(又浓度介 于大气降雨和树干茎流之间。 (8)雨水经过林冠后DON浓度增大。木荷纯林、杉木纯林和木荷杉木混交林穿透雨 的OON分别是降雨的2.22、1 .33、1 .78倍。纯林木荷、纯林杉木树干茎流的 DON浓度分别为大气降雨的2.50和1,42倍,混交林木荷和杉木树干茎流的DON 浓度分别为大气降雨的1 .45和0.71倍。各林分地表径流DON浓度均低于穿透 雨和树干茎流,但均高于降雨。 (9)木荷纯林、杉木纯林和杉木木荷混交林穿透雨的DOP浓度分别为大气降雨的 2.65、3.75和2.88倍,纯林和混交林中木荷的树干茎流DoP浓度是相应穿透雨 的1 .86和1.96倍,而纯林和混交林衫木树干茎流的口OP浓度比其穿透雨的略 低。地表径流DOP浓度与穿透雨的接近。地下水(井水)中的〕OC、DON和 DOP浓度明显低于地表径流。


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