湘潭锰矿栾树人工林水文效应及净化功能研究

【摘要】：本文以湘潭锰矿栾树人工林为研究对象,对其降水再分配规律及降水化学性质进行研究,以探讨栾树人工林的水文效应及净化功能,从而为废弃锰矿区的生态恢复、地力恢复提供科学依据。主要结果如下： (1)2012年栾树人工林生态系统林外总降水量为1618.15mm,穿透水量、树干茎流量、林冠截留量分别为1244.8mm,17.7mm,355.6mm,分别占大气降水总量的76.93%、1.09%、21.98%。降水输入主要集中在3-9月,降水量最大的季节为春季,最小的季节为冬季。栾树人工林林冠截留量、穿透水量和树干茎流量与大气降雨量存在显著相关关系,分别呈对数关系和直线关系。 (2)林外降水的平均pH值为6.58,基本呈中性。穿透水的平均pH值为6.38,树干茎流的pH值为6.06,土壤渗透水的pH值为6.74。林外降水、穿透水、树干茎流的pH月平均最高值均出现在5月,最低值出现在12月。降雨量的大小直接影响到林外降水、穿透水、树干茎流pH值的大小。 (3)林外降水中Ca元素浓度最高,为4.416mg·L-1, Fe元素浓度最低,仅为0.004mg·L-1；穿透水中Ca元素浓度最高,为8.634mg·L-1, Pb元素浓度最低,仅为0.020mg·L-1；树干茎流中K元素浓度最高,为12.133mg·L-1, Pb元素浓度最低,仅为0.028mg·L-1。林外降水中养分元素浓度排列顺序为：CaKNH4+-NNO3--NMgMnCuZnPbPFe;穿透水中各养分元素的排列顺序为：CaKNH4+-NNO3--NMgMn ZnCuPFePb;树干茎流中各养分元素的排列顺序为：KCaNH4+-NNO3--NMnMgFeZnPCuPb;土壤渗透水中重金属元素含量排列顺序为：MnFeZnCuPbCd.栾树人工林树干茎流养分含量均高于穿透水和林外降水。 (4)栾树人工林林内各土壤层的容重均比林外小,2012年与2004年相比,林内土壤含水率增加了1.68%,土壤孔隙度增加了5.17%,土壤容重减少了0.14g·cm-3。土壤的蓄水能力表现为林内大于林外,林内0-60cm土壤层最大蓄水总量为3024.66t·hm-2,林外为2457.06t·hm-2,两者相差1.23倍；林内有效蓄水总量为678.42t·hm-2,林外则为541.31t·hm-2,两者相差1.25倍。 (5)从全年平均来看,穿透水中Pb元素的淋溶系数小于1,说明栾树林冠能直接吸收Pb元素,其余元素淋溶系数均大于1,表现为淋溶增量。树干茎流各养分元素淋溶系数均大于1,表现为淋溶增量,各元素的淋溶系数在1.04～22.25之间,养分富集现象明显。 (6)栾树叶、根、皮对Mn、Cd、Pb元素有较强的吸收作用。穿透水和树干茎流中的Mn元素浓度均远高于林外降水,说明栾树的林冠层和树干对大气中的重金属元素Mn有较强的吸附作用,通过降水才导致Mn元素淋洗沉降,对大气降水有一定的净化作用。随着土壤层次的加深,渗透水中Mn元素的含量逐渐减少,说明栾树人工林内的土壤对Mn元素有截留过滤作用,对流经该生态系统的水质有净化作用。