全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
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庐山 种树木立地土壤溶液铝形态与
溶解有机碳变化 关
王连峰‘ 潘根兴“
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石盛莉‘ 张乐华 , 黄明星‘
‘ 南京农业大学农业资源与生态环境研究所 , 南京 中国科学院庐山植物园 , 江西
【摘要 】 于 年夏季 , 采集了庐山植物园 种树木立地的不同层次土壤样品 , 提取土壤溶液 , 分析其溶
液中的溶解铝和溶解有机碳 结果表明 , 尽管发育于同一发生性土类 , 不同立地下土壤溶液溶解铝含量有
明显差异 , 而溶解性有机碳的差异相 对较小 在 种树木立地中 , 香柏立地表层土壤溶解铝含量达
· 一 ‘ , 为其它针叶林立地的 倍 , 是阔叶林立地的 倍 溶解铝积累与土壤酸化强度有密切关系 , 但溶
解有机碳趋向于形成抑制毒性的单核铝 供试的不同立地土壤可 以按溶液铝化学特点分为不同的生态化
学类型
关键词 土壤溶液化学 溶解铝 溶解有机碳 森林立地 生态化学
文章编号 一 一 一 中图分类号 一 文献标识码
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引 言
酸雨及其诱发的土壤酸化是造成森林衰亡或生
产力下降的重要原 因 酸沉降影响下 土壤活性铝移
动及其生态毒理已成为土壤学家 、 植物营养学家 、 生
态学家和环境学家共同关注的问题 ‘
, ‘ 有较多的
研究认 为 , 铝 毒已成为森林衰退 的直接或间接因
素 , 川 我国森林生态系统研究结果已表明 , 酸雨
及其诱发的土壤酸化是造成南方森林衰亡或生产力
下降的重要原因〔” , 而溶解铝是酸化引起生态系统
生物生理毒性的主要 因子 「‘’
, ”, ” 因此 , 土壤溶 液
铝的化学形态及其迁移性成为森林生态系统化学研
究的热点
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雨 区之一 的“ 南昌一长 沙一黄石 ” 酸雨 区的中心 过去
的研究表明 , 在酸沉降影响下 , 庐山土壤酸化过程中
发生铝溶解 , 而成为活性铝 , 并已表现为溶液游离铝
升高和毒性铝组分上升 ’”
,
川 溶解有机碳 与
土壤有毒物质的迁移及其生态效应有重要关系 ’〕
森林土壤 的通量 、组分性质与季节动态及其对
于元素淋溶的影 响有大量的研究报道〔’
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但目前还未见对不同树种的森林土壤溶液 浓
度及其与铝溶出的关系的报道 我们对庐山针叶林
与阔叶林生态系统土壤溶液铝化学 的研究表明 , 在
酸沉降影响下森林土壤酸化时 , 溶解铝和 的溶
出移动均很明显 , 且溶解铝主要以单核铝形态为主 ,
, 国家自然科学基金 和 污染控制与资源化研究国家重
点实验室开放研究基金资助项 目
, 通讯联系人
一 一 收稿 , 一 一 接受
期 王连峰等 庐山 种树木立地土壤溶液铝形态与溶解有机碳变化
在针叶林下更为强烈〔’ 这种铝和 的溶出在
不同植被类型和季节中有明显差异〔 , 〕本文讨论了
庐山不同树种立地土壤溶液中 与 的差异 ,
以探讨庐山森林生态系统不同树种立地对酸化的响
应特点 , 为阐明酸沉降对森林生态系统化学组分的
影响及为保护庐山森林和旅游资源提供科学依据
研究地区与方法
研究地区概况
庐山属亚热带亚高山森林景观 , 多年平均气温 ℃ ,
年均降水量 , 其中 一 月降水量占全年的 左
右 年以来 , 庐山酸雨频率高达 以上 , 雨水极端
低至 庐山的原生植被为湿润的常绿阔叶林 , 并渗人
部分亚热带北部的夏绿林带的植物成分 , 植被多样性丰富
庐山植物园 海拔 左右 位于含都 口 谷地 , 土壤为山
地棕壤 , 属于湿润淋溶土 ’“ 】, 其基本性质见表 该园建园后
从国内外引种了多种乔灌木 , 树龄都在 年以上 , 形成了多
种多样的森林立地生态系统 本研究选择 种主要树木立
地 , 于 年夏季采集其树根附近的土壤样品 , 风干后 , 检
去石块和植物根 , 磨碎分别过 、 和 目筛 , 备用
研究方法
土壤溶液制备 ,
· ,
称取 过 目筛的样 品
于 塑料离心管中 , 加 去离子水 , 室温下振荡
放置 后离心 , 并用 微孔滤膜抽气过滤 , 滤液
备用
表 研究区土绷的基本性质
种立地土壤溶液 介于 一 在同一土壤中 ,
溶液 从表层至底层下降 所 以 , 除竹林下的样品
外 , 不同立地土壤均存在显著的腐殖质表层酸化作
用 用 层 与下伏层的差来表示土壤酸化程度 ,
则酸化强度顺序为香柏立地 柳杉立地 、 茶树立地
灯台树立地 、 杜鹃立地 竹林立地 所测定的土壤
溶液 含量为 一
· 一 ’, 土层间的分异
不如 明显 , 说 明 在土层 间有很大的移动
性 , 与我们以前所得结果一致〔 除竹林立地外 , 不
同立地土壤溶液 含量差异不大 多 为亲
水和疏水性有机酸〔
, ‘ 〕, 因此 , 竹林立地表层 土壤
溶液 值较高 , 有利于土壤 的释放和提取
不同树种下土壤溶液溶解铝及其分配
种不同树木立地下土壤溶解铝的含量见表 土
壤溶液中总酸溶性铝含量为 一
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毒理的单核铝的含量为 一 ’ 一 ’ 表层土壤
的酸溶性铝为 一
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溶液 和 〕 的测定 取部分提取的土壤溶液样
品 , 直接用
一
计测 定 另取一定体积溶液样
品直接用总有机碳分析仪
一
测定
含量
溶解铝形态分析〔’
, , 〕 土壤溶液用 卜 一 ’
酸化至 并放置 后 , 用
一 羚基喳琳 络合 比
色法测定酸溶性铝 , 吸取一定量
待测液于 塑料瓶 , 用水稀释至 巧 , 如上法比色
测定单核铝 , 多核铝
一
, 为酸溶性铝量与单核铝量之差
·
一
结果与分析
不同树种立地下土壤溶液 和 溶出量
供试土壤溶液 及 的测定结果见表
同立地和不同土层间均存在较大的差异 从不同土
层来看 , 溶解铝含量由上而下急速降低 , 这种趋势与
溶液 的变化趋势一致 , 说明表层强烈的土壤酸
化引起了游离铝的强烈移动 就不同立地土壤来说 ,
表层土壤的 和 含量顺序为北美香柏 日本
柳杉 茶树 灯台树 , 杜鹃 竹林 用 层与下伏
层的 含量之差表示土壤酸化中铝积累强度 , 则
强度顺序为北美香柏 茶树 日本柳杉 灯台树
应 用 生 态 学 报 卷
化学对抗土壤酸化和铝移动的响应机制 , 是一个有
待进一步研究的问题
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度随立地的变化大不相同 , 其顺序为香柏 柳杉
茶树 灯台树 杜鹃 竹林 徐仁扣等〔‘ 〕
分析的江西红壤表层酸溶性铝含量为 ’
” , 但单核铝在
· 一 ‘以下 西班牙北部
森林土和美国东北部针叶林灰化土表层的酸溶性铝
均在
· 一 ‘左右 , ‘ 〕北美香柏下的土壤酸
溶性铝和单核铝含量明显高于文献报道的针叶林植
被下的结果 不同树种可能通过离子吸收和残落物
分解而对土壤酸化产生不 同的影响 , 使土壤铝移动
和溶液溶出强度产生差异
表 不同树种下土坡溶液铝形态的含 , 变异
五
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图 土壤溶液 与总酸溶性铝和 含量的关系
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对 种植被土壤溶液 、 总酸溶性铝和
含量的分析表 明 , 不 同土壤溶 液游离铝 的积 累及
含量都与溶液 呈显著负相关 , 说明这些树
种主要通过分解的有机酸的酸化作用使土壤铝移动
并积累 , 因为 在酸性条件下主要是简单的有机
酸 ‘ 在综述土壤 的动力学研究时指
出 , 土壤溶液中 的浓度和通量与土壤 呈极
显著正相关 图 但是 , 除竹林立地下的表层土壤
外 , 供试土壤溶液 含量与 呈负相关
等〔’“ 〕报道 , 在酸沉降影响下的强烈土壤酸化中 ,
有机配位体是缓冲铝生态毒害的最后 土壤化学屏
障 因此 , 这种负相关关系是否能代表森林立地生态
分析不同树种立地土壤酸化程度与酸溶性铝的
积累强度表明 , 游离铝的积累尤其是具生态毒性的
单核铝的积累是土壤酸化的结果 图 在庐 山植
物园 , 近年来不断发现枫杨林出现小片死亡 , 引进的
北美香柏树过早衰亡 北美香柏立地土壤溶液
最低 , 酸化程度最高 , 酸溶性铝为 种树木下最高
香柏在酸性土壤上的长期生长而引起的土壤强烈酸
化使土壤溶液毒性铝组分强烈积累 , 可能使其生境
迅速恶化而死亡 等认为 , 年以来北 欧
的极树森林严重衰亡现象也是土壤酸化后游离铝积
累的结果〔’“ 尽管茶树林表层含有较多的 , 但未
表现出铝中毒症状 因为茶树是喜酸耐铝植物 , 土
壤铝主要以多种无机 一 络合物 形态存在 , 所 以
并不造成毒性单核铝的积累
统计分析还表明 , 与 、 与游离铝间
的关系 图 、 只能产生 一 的样本差异 ,
说明 种不同树种立地下的土壤酸化铝移动还涉及
其它的过程或影响因素 针叶林立地主要通过有机
物的酸性分解使土壤酸化 , 更多地呈酸性有机
酸 , 它们可能是伴随单核铝的陪伴阴离子 不同立地
土壤溶液铝化学及其生态化学意义与不同树种下的
根际不同化学特点和有机物分解成分特点有关 , 例
如香柏主根发达 , 根系分泌有机酸多【’ 〕可以认为 ,
森林土壤酸化与铝的生态效应是与植被因素有关的
生态系统酸性物质的转移过程 〕按照土壤溶液化
期 王连峰等 庐山 种树木立地土壤溶液铝形态与溶解有机碳变化
表 根据土坡溶液组分的不同立地的生态化学分类
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图 土壤酸化强度与土壤游离铝积累
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学组成 、溶解铝和 的特点 , 将 种立地土
壤进行生态化学类型归并 , 结果见 表 由表 可
见 , 北美香柏在庐山酸沉降冲击下出现衰亡 , 与土壤
快速酸化和毒性单核铝积累过多而有机络合作用较
弱密切有关
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异 , 土壤酸化铝中溶解移出和毒性单核铝 的积累与
土壤酸化程度直接有关 引进的北美香柏立地溶解
铝积累最强 , 毒性单核铝的积累明显超过其他立地 ,
可能是其较快衰亡的生态化学原 因 可按土壤溶液
化学特点进行立地生态化学归纳 , 以评判生态系统
对于土壤酸化响应的敏感性及可能的衰退
参考文献
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庐山 种不同立地的土壤溶液化学存在明显差
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作者简介 王连峰 , 男 , 年生 , 博士研究生 , 主要从事酸
沉降及氮循环研究 , 发表论文 篇
一
致 读 者
·
作 者
《应用生态学报 》系中国科学院沈阳应用生态研究所和中国生态学会主办的国内外公开发行的学术性期
刊 , 科学 出版社出版 国际标准刊号为 一 专门刊载有关应用生态学 主要包括森林生态学 、农
业生态学 、 草地牧业生态学 、 渔业生态学 、 自然资源生态学 、景观生态学 、 全球生态学
、
城市生态学 、 污染生态
学 、 化学生态学 、 生态工程学等 的具有创新性的综合性论文 、研究报告和研究简报等
本刊创刊于 年 , 现为月刊 , 采用国际标准开本 火 , 面 , 每期 万字 本刊系中
国 自然科学核心期刊 , 曾荣获全国优秀科技期刊和中国科学院优秀期刊称号 本刊整体质量和水平已达到相
当高度 , 在国内外应用生态学界的影响 日益扩大 《中国科学引文索引 》、《中国生物学文摘 》、 美 国《生物学文
摘 》 、美国 化学文摘 》 、 英国《生态学文摘 》 、 日本《科学技术文献速报 》 和俄罗斯 文摘
杂志 》 水 等数十种权威检索刊物均收录本刊的论文摘要 中英文
据悉 , 您们正在从事有关生态与环境科学研究项 目 如国家基础科学人才培养基金项 目 、 国家杰 出青年
科学基金项 目 、 国家 自然科学基金重大和重点项 目、 国家攀登计划项 目 、 国家“ ”和“ ”计划项 目 、 国家重
点科技攻关项 目 、 “ 百人计划 ”项 目 、 “ 长江学者计划 ” 项 目和国际合作研究项 目等 , 并有望取得重大研究成果
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《应用生态学报 》编辑部