1、 年实测氮沉降下竹仙洞小流域土壤酸化研究杨虹何志东陈婵娟刘泽军贺凯陈轩赵新锋(广东省珠海生态环境监测站广东 珠海 中山大学土木工程学院广东 珠海 拱北海关技术中心广东 珠海)摘 要:以 年珠海竹仙洞水库小流域湿地松林、台湾相思林和灌木丛为样本对其土壤属性指标进行相关性分析和主成分分析 结果表明经过 年自然演替 个群落的土壤可交换酸度呈下降趋势其中台湾相思林和灌木丛酸度降低达到显著或极显著水平受 含量影响较大 个群落的可交换、在两种土层均有不同程度的显著下降而可交换 的变化仅在台湾相思林中显著总氮、总碳含量均呈上升趋势 主成分分析显示台湾相思林的生物量丰富、土壤腐殖质多固氮作用强故对氮沉降的酸缓
2、冲能力更强关键词:氮沉降土壤酸化酸中和容量盐基离子中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:修订日期:基金项目:珠海市社会发展领域科技计划基金资助项目()作者简介:杨虹()女广东茂名人工程师硕士主要从事生态环境监测工作通信作者:赵新锋:.().):.:氮是森林生态系统生产力的关键过量氮沉降可能引起如土壤酸化、盐基离子淋失等问题对陆地生态系统构成威胁 社会经济和工业化的快速发展导致大气氮排放量增加引发的环境问题受到广泛关注 氮沉降的研究集中在分析土壤淋溶液和模拟其对土壤酸化的影响酸雨区的相关研究相对缺乏 不同的研究方法和实验时间可能导致不同的结果而且不同形式的氮肥对土壤酸化的影响也不同 珠
3、江三角洲是重要的大气酸第 卷 第 期环境监测管理与技术 年 月沉降区虽然采取了控制 和 排放的措施但酸雨的问题仍须进一步研究 今以广东珠海竹仙洞水库小流域为研究对象选取湿地松林、台湾相思林和灌木丛 种典型植被下的赤红壤样本进行土壤属性指标分析探讨氮沉降背景下土壤环境质量的变化特征和水化学组成对氮沉降的响应研究氮沉降对酸雨区土壤酸化和土壤酸缓冲能力的影响对预测土壤酸化状况、探讨土壤环境质量的演变和土壤酸化机理具有一定意义 研究区概况和研究方法 研究区概况珠海市地属南亚热带海洋性季风气候年平均温度 年均日照时数为 年降雨量为 近 年来降水年均 值在 之间波动 研究的土壤分别于 年每 年采集于珠海市
4、竹仙洞水库两侧(、)采样区的 种植被类型分别为湿地松林、台湾相思林及灌木丛其中前二者为人工林后者是由以最初的芒萁()为优势种演替为以绒毛润楠()、山乌桕()、台湾相思为优势种的灌木丛 样品采集 年间大气降水样品监测点位于香洲区竹仙洞水库简称竹仙洞()用降雨自动采样器收集雨水样品监测点周边无高大建筑群及明显污染源 样品采集和分析严格按照大气降水样品的采集与保存()和酸沉降监测技术规范(/)开展逢雨必测每天上午:次日上午:为一个采样监测周期 样品送回实验室后取适量样品用 计、电导率仪分别测定 值、电导率余下样品经 滤膜过滤后转移至洁净的聚乙烯塑料瓶中置于冰箱中 下保存待测选择竹仙洞水库两侧作为土壤
5、监测点采样区土壤均为花岗岩发育的赤红壤 种植被类型下在 范围内随机选 个采样点每点分、层(各)采样按照 型分别取面积为 的 个端点每个端点下再分取 个点作为重复并混合 土壤在室温通风条件下风干、磨碎分别过 和 筛密封保存备用 样品测定土壤 分 析 项 目 包 括:值()值()交换性阳离子(、)交换性酸()交换性 交换性、和盐基饱和度 除总氮使用凯氏定氮法测定以外其余指标均用东亚地区酸沉降监测技术指南指定方法测定 大气降水阴离子中、和阳离子中、采用离子色谱法测定并通过设计平行对照组进行质量控制 数据处理采用 及()软件对数据进行 相关性分析、差异显著性分析显著性检验方法为 检验显著性水平设置为
6、使用 软件绘制图件误差线绘制以标准误差为基准 研究区地理位置和采样点分布图采用 软件绘制位置数据源自 官网(:/./)地形数据(数据)来源于 所采集的 数字高程数据库 结果与讨论 竹仙洞 种植被类型土壤酸度关系通过 年竹仙洞降雨数据处理将氮沉降量按时间段分为 个区间各时间段总溶解性无机氮沉降量()、及 沉降量见表 由表 可知除第 段其余区间 占总氮沉降量比例均 表明竹仙洞流域酸沉降主要受 影响根据土壤酸度理论土壤中的活性酸和潜性酸保持动态平衡活性酸强度取决于 浓度潜性酸由可交换性酸和非可交换性酸构成 在珠海的竹仙洞水库小流域不同植被类型土壤的酸度变化不大通常在强酸性至极强酸性范围内(值为 )除
7、了 年湿地松林和灌木丛的某些土层外湿地松林和台湾相思林的 层土壤 值通常低于 层而灌木丛的 层土壤 值通常高于 层 逐年配对 检验结果显示虽然这些土壤 值的年度变化相当剧烈(.)如湿地松林在 年和 年台湾相思林在 年灌木在 年的 层和 年的 层交换性酸()主要由土壤中的可交换性 及可交换性 组成而可交换性 及可交换性第 卷 第 期杨虹等.年实测氮沉降下竹仙洞小流域土壤酸化研究 年 月 表 大气降水中不同形态氮测定结果 大气降水统计起止时间有效大气降水样品数量/个时长/月 沉降量/()沉降量/()沉降量/()年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年 月 日 年
8、月 日 年 月 日 年 月 日 与可交换性酸强度存在较强的相关关系在湿地松林 层的可交换性 和 与可交换性酸强度之间的关系呈现非线性的拟合良好:且随酸强度增强而增加的拟合也良好:/并随酸强度先增后降 层:/拟合趋势与 层相同而在相同酸度强度下的占比更大 在台湾相思林 层的 和 的拟合结果也良 好 分 别 是 和/层的 和 与可交换性酸强度的关系与 层的趋势相同分别是 和/在灌木丛土壤中 层的 与可交换性酸强度拟合良好:的拟合也良好:/层的 和 与可交换性酸强度的拟合趋势与 层一致分别是 和/氮沉降量对土壤属性的影响图()()显示了湿地松林、台湾相思林和灌木丛的、层土壤属性 在这些土壤中、和 的
9、浓度均呈下降趋势而 和 的浓度及可交换酸度的波动趋势相反 年和 年的各离子浓度较其他年份高可能与酸雨频率和强酸雨日数的增加有关 通过配对 检验发现除了灌木丛 层不显著和可交换酸度显著外在这 种植被类型土壤中的 变化显著可交换酸度不显著 尤其是可交换性 的变化在除台湾相思林 层外的所有植被类型中都非常显著统计结果表明湿地松林、台湾相思林和灌木丛、层的土壤总碳总氮趋势 年 种植被类型下 层土壤的总氮、总碳均呈现上升的趋势而 种植被类型下 层土壤总碳趋于稳定总氮均呈现上升的趋势 总碳在 年间仅在湿地松林 层土壤变化显著而总氮仅在灌木丛 层土壤变化显著使用皮尔逊相关系数和双尾 检验来评估 年间氮沉降对
10、湿地松林、台湾相思林和灌木丛土壤属性的影响 在湿地松林、层土壤中可交换性 与氮沉降中的(分别为 )、可交换性(分别为 )均存在显著的极强负相关关系而可交换性 与可交换性(分别为 )、层总氮与总碳()及 与可交换酸度()之间存在显著的极强正相关关系 在台湾相思林、层土壤中可交换性 与可交换性 存在显著的极强负相关关系()而可交换性 与可交换性()及 与可交换酸度()之间存在显著的极强正相关关系 在灌木丛的、层土壤中可交换性 与可交换性()及 与()之间存在显著的极强正相关关系而 与可交换酸度、与、及可交换酸度与、之间也存在显著的极强正相关关系()表明了不同植被类型的土壤中一些关键的土壤属性指标之
11、间存在强烈的相关性 竹仙洞 种植被类型土壤属性差异单一植被类型下、层土壤可交换性离子第 卷 第 期杨虹等.年实测氮沉降下竹仙洞小流域土壤酸化研究 年 月 分析见图()()()由图()可见湿地松林、层土壤性质在 年间的差异显著 层土壤在 上的变异程度小于 层 主要由、可交换性、可交换酸度和 决定 主要由总氮、总碳和 决定 层土壤得分较高受、及总氮影响较大 层土壤受、阳离子影响较大 由图()可见台湾相思林、层土壤性质在 年间的差异极显著 主要由可交换性阳离子、可交换酸度、总碳、决定 主要由、和 决定 层土壤得分较高受、及总碳影响较大 层土壤受、总碳及总氮影响较大层土壤在 上的变异程度小于 层 由图
12、()可见灌木丛、层土壤性质在 年间的差异相对较小 主要由可交换性阳离子、可交换酸度、和 决定 主要由总氮、总碳、决定 层土壤得分较高受、及总氮影响较大 层土壤受阳离子、影响较大 层土壤在 上的变异程度小于 层 种植被类型下、层土壤可交换性离子 分析见图()()由图()可见竹仙洞 种植被类型下 层土壤性质在 年间图 种植被类型、层土壤属性.图 单一植被类型下、层土壤可交换性离子 分析.第 卷 第 期杨虹等.年实测氮沉降下竹仙洞小流域土壤酸化研究 年 月的差异较大 主要由可交换性阳离子、可交换酸度、和总氮决定 主要由、总氮、总碳、和 决定 灌木丛 层土壤在 和 上的变异程度均大于其余两者湿地松林
13、层土壤的变异程度主要受 影响 由图()可见竹仙洞 种植被类型下 层土壤性质在 年间的差异相对较小 主要由可交换性阳离子、可交换酸度、决定 主要由、总氮、和 决定 湿地松林 层土壤在 上的变异程度小于其余两者图 土壤可交换性离子 分析.结语 年的累积氮沉降对竹仙洞流域土壤性质产生了显著的影响虽然在土壤可交换性酸度的变化上未观察到进一步的土壤酸化现象但土壤酸化风险受可交换性 影响较大而其在可交换性酸度中的占比逐渐减小这显示出土壤酸化风险在减弱 截至 年竹仙洞 种植被类型、层 值均为台湾相思林 湿地松林 湿地松林 灌木丛台湾相思林更葱郁凋落物更多产生更多的 使得表层 值显著小于底层 根据徐仁扣等研究
14、当土壤 值 可交换性 均处于极小值佐证了这一结果 有模拟研究表明盐基离子对土壤酸性敏感程度不一:而无机氮在森林土壤中垂直移动速度较快故采样区域、层可交换性离子析出情况较为一致 上述研究数据表明竹仙洞土壤盐基离子逐年下降与酸雨对 大盐基离子的淋洗和微生物酶活性降低等因素有关 氮沉降与可交换性、可交换性 存在正相关和负相关的关系这可能是由于氮沉降能激活更多的可交换性 尤其对植物根系中的可交换性 影响较大而这可能会对植物根系造成伤害 此外在一定程度上能抑制 浓度的提高 不同植被类型对土壤属性的影响存在差异 虽然所有类型的植被在接受氮沉降的影响下都表现出一定的土壤属性变化但台湾相思林由于其丰富的生物量
15、和土壤腐殖质以及更强的固氮作用对氮沉降的酸缓冲能力更强 该研究对于理解氮沉降如何影响土壤性质及氮沉降与土壤酸化之间的关系提供了新视角可对当前关于氮沉降的土壤酸化研究提供有益参考同时也给未来该地区土壤环境管理和保护工作提供支撑参考文献 .:.():.():.赵健代丹王瑞等.太湖流域降雨和湖水酸根阴离子长期变化及其环境意义.湖泊科学():.:.张耀尹.秸秆还田对土壤中氮素转化的作用机制.北京:中国地质大学(北京).陈虹颖赵新锋何志东等 年珠海市酸雨变化特征及酸雨概念模型.环境科学学报():.王国祯刘偲嘉于兴娜.珠海市降水化学与沉降特征.环境科学研究():.黄钰婷任宗玲陈旭飞等.珠海 种植被类型下土
16、壤属性对酸沉降的响应.广东农业科学():.(下转第 页)第 卷 第 期杨虹等.年实测氮沉降下竹仙洞小流域土壤酸化研究 年 月价指标计算结果均低于级限值最终评价结果为非常适宜而山南侧矿坑水体可能受蒸发作用影响水体中的可溶性钠和残余碳酸钠含量无法达到灌溉要求最终评价结果为不宜直接灌溉需要进行处理达标后灌溉 结语废弃矿坑水样中的主要阳离子为 或 阴离子均为 山南侧矿坑水样主要受蒸发浓缩控制其溶解性总固体含量较高而山北侧矿坑水样主要受水岩作用控制 基于、和 的评价结果山北侧矿坑水样的所有指标均符合适宜灌溉的限值要求而山南侧矿坑水样的和 不符合适宜灌溉的限值要求 根据极限条件法定性分析研究区废弃矿坑水体的灌溉适宜性评价结果是:山北侧矿坑水体为非常适宜山南侧矿坑水体为不宜直接灌溉需要进行处理达标后灌溉 该研究结果为合理利用废弃矿坑水资源提供了理论依据有助于推动废弃矿区水生态环境的可持续发展参考文献 .:.():.温汉辉韩丽杰曲金才等.广东某热液型钨矿对土壤与地下水生态环境的影响研究.上海国土资源():.许可杨森任梦溪等.复杂污染源下采煤沉陷区土壤重金属分布及行为特征.环境监测管理与技术():.()