全 文 ： 一 ， 雄 碡 ／
第 16卷 第 3期
1 9 9 6年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
V0I．16，No 3
Jun．， 1 9g6
酸雨对重庆几种土壤中元素释放的影响
周 国逸 小仓纪雄
(中国科学院华南植物研究所，广州，510650) (东京农工大学农学部) } {
摘要 丰文通过一十严格的实验设计 ，研究了荒地，人工马尾橙林，樟树林，公园耕作土等 4种土壤的自
然土柱在受到完全根据天然降水而配制盛的不同酸度的^工模拟酸雨在严格的人工控制下的淋洗后，淋
洗渡的 pH值变化和各种物质元索浓度的变化规律 ，表明了重庆南山的几种主要土壤都存在一定的抗酸
化能力，在这个临界值范日内．土壤溶液的 pH值及其中物质的元素旅度都相对稳定{而在此范围 外，
土壤培液 pH值急剧下降 A】抖 、Ca +、Mg。 离子浓度爆发式地增加．而其他元素则相对稳定，这就证明
了酸雨通过土壤危害植物的一种方式，同时．文章迁分析了几种土壤类型的抗酸雨能力的相对强弱 及
它们的 Ca／A1摩 尔旅度 比
关键词 ： 土壤．模拟酸雨，琳洗液 pH值
THE INFLUENCES oF ACID RAIN oF THE
LIBERAT10lN oF SEVERAL ELEM ENTS FRoM
VARIOUS SOIL TYPES IN CHONGQING
Zhou Guoyi
(South Ckmalmt~~e ofI3ot,~O,，c Academy of Sczences，Guangzk~．China，5106501
Norio Ogura
(Tokyo Un&,ersitv of A riculture and Technology，F ^．Tokyo 183．dapan1
Abstract Based on a strict experimental design，four soil types that are sterile land，man—
made M asson Pine forest soil，Camphore forest soil and eultivated soll from Nanshan Park
were selected to he Daehed by sim ulated acid rain of four pH values The results show that all
the four types of soil had sortie capability of anti—acidification and in this range．the pH of
leached solution and elements in it COUId keep relatire stable．However，OUt of this range，the
pH of leached solution dropped greatly and the cation A1，Ca，M g increased dramatically．At
the same time．this paper analysed the damages of terrestrial ecosystem by high concentration
of aluminium according to the ratio of Ca／Al and the aluminium content．
Key words： soil，simulated acid rain，leached solution，pH
收稿 日期：1994 06 1g．修政稿收到 日期：1994 11 1l
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生 态 学 报 16卷
酸雨降落到森林这样一个下垫面时，是以穿透水和树干流的形式到达地面的。大量的
观测研究证明 一 ．在重庆南山地区，穿透水的pH值比大气酸雨的pH值更低，且树干流
的 pH值比穿透水的 pH值还低，本文的实际观测结果就是如此(参见表 1)，因此，一场原
来 pH并不很低的大气降水 ，在经过林冠到达林地的过程中，其酸度也有加强的作用，它
加剧了酸雨对森林的影响，且这种影响作用由于林冠对到达林地的降水量和酸度的重新分
配而趋向于不均匀化，越靠近根系的部分影响越大。本文研究了重庆南山荒地 ．人工马尾
松纯林，樟树林 ，公园耕作土等 4种土壤受 自然酸性雨(包括大气 降雨，穿透雨 ，树干流)
和模拟酸雨的淋洗后，其流出液的各种元素成分含量的变化 ，以其说 明在酸雨的影响下 ，
不同土壤类型中物质释放的规律。
l 材料与方法
1．1 材料
采集上述 4种土壤 O～20 cm，20~40 cm两层 自然土柱(直径 6．5 cm．长度 20 cm)．用
实验室用的塑料薄膜捆包以保持其 自然状况带回实验室放入一特定的装置中，此装置由两
部分组成，第一部分是可以容纳土柱的玻璃管，其上端可以承接模拟酸雨的喷洒．下端经
过滤滤出淋洗液，玻璃管可以分节折装以利于土柱的装载；第二部分是可以控制喷洒量的
自动酸雨喷洒器。
分别收集不同酸度的大气降水及其相应的各树种(马尾橙与樟树)的穿透水和树干流，
据此配制成各种酸度的人工模拟酸雨。4种土壤的基本情况如下：
类型 1 贫瘠，荒地土壤 ．土壤发育不 良，位于西坡，植被主要为小灌丛和五节芒
类型 2 幼龄马尾松林地土壤，采样地点位于坡度大于 4o。的东北城坡顶，地被物不多。
类型 3 20年生樟树林下土壤，林冠较郁蔽，林下植被丰富，采样部位位于山坡下部。
类型 4 重庆南山公园耕作土壤。
1．2 实验室处理与分析
根据采集到的水样分析结果，用去离子水加上各种成分配制成与 自然水样在成分和含
量上基本一致的各种酸度的模拟酸雨，其 pH值分别为 6．12．4．45，3．49和 2．67 选择这
样一个模拟酸雨梯度．主要的是与实际的酸性雨情况相一致 ．这样对实际研究的问题更有
意义，在设计模拟酸雨酸度时，本文不仅注意其pH值，更参考了实际水样中的各元素含
量 ．由于在收集到的各种水样中没有 pH值介于 3．49～2．67，且又合适的参考样品．因此
未在此范围内设计更多的模拟酸雨梯度．笔者认为由 3．49与 2．67这两个 pH梯度相隔不
大 ，从而其实验结果有足够的精度。
值得说明的是虽然在实际的大气降水中，pH值达到 2．67的强酸雨几乎没有，但大量
观测表明树干流的 pH值几乎都在这个值的附近(参见表 1)，因此 ，在配制 pH值为 2．67
的模拟酸雨时 ，主要参考了树干流的化学成分
根据土壤容重 ，按土样与模拟酸雨量之比为 1： 的模拟酸雨量连续喷洒土柱表面 ．同
时收集渗滤液，喷洒的时间长度 15 h连续喷洒 ．由于土壤容重的不同，喷洒强度 (a-位时
间的喷洒量)随土壤类型的不同有些差异 ．大约为 287 ml／h(合 1．43 mm／min)，与重庆平
均降雨强度近似
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3期 尉 国逸等：酸雨对重庆几种土壤 中元素释放的影响
表 1 重庆南山大气降水 ，穿透木
和树干流的 pH值
Table 1 The acidity of r-ainfall，thollghfall
and stem[1ow in Chongqing盯 龃
术 样 大气降水 穿透水 树干
Water sample Rainfal ThoughfalJ Stem~／ow
型电导仪测定电导率。
2 结果与分析
2．1 土壤溶液的 pH值
用上述方法处理后 ，测得 土壤液 的
pH值如表 2所示：
大气降水为 48次测定值的平均 ．樟
树林穿透水为 26次 ，树干流为 21次的平
均 ；马尾松穿透水 29次，树干流 18次平
均 。
从表 2可以看到，各种土壤溶液的酸
度 随模拟酸雨 的 pH值 呈相似 的变化趋
同时 ，用 2．5倍(按 日本土壤化学联
合会标准)的各种模拟酸雨作如上同样实
验 ，喷洒时间长度为 7．5 h，喷洒强度和
上面一样，以测定土壤淋洗液的 pH值。
土壤淋洗液用 日本岛津新一代的原子
吸收光谱 分析仪 AA670测定金属离子 ，
用 离 子 色 谱 仪 IC200测 定 阴离 子 ．用
PHL—l0型酸度计测定 pH值 ．用 CM一7B
表 2 模拟酸雨影响后的土壤溶液 pH值
Table 2 DH of s0n solution mfleeted
by simulmted acid rain
势，模拟酸雨的 pH值 由 6．12经 4．45变到 3．49时．土壤溶液的 pH值平均 由 4．1经 3．9
变 化 到 3．8，变化范围不到 0．3个 pH单位 ，说明这些类型的土壤在抗酸化方面有一定的
能力 ；但当模拟酸雨的 pH值由 3．49变到 2．67时 ，土壤溶液的 pH值达到 2．7，变化了 l_
1个 pH单位，表明土壤抗酸化能力已遭到破坏。
由此可以认为土壤在抗酸雨方面对酸雨酸度存在一个临界值 ，大致介于 3．49～2 67
之间，当降雨酸度小于此值时，土壤能较为有效地防止其淋洗液的酸化；当降雨酸度大于
此值时，土壤抗酸化的能力消失，其淋洗液的酸度随雨水酸度而变化。
如上 4种土壤的淋洗液 中，以类型 2的 pH值相对较低 ，而且易于受到酸雨的影响，酸
度达到 4．5时，就有明显的反应 ，而事实上马尾松树干流的酸度又是最低的，因而其土壤
受害严重。
2．2 铝离子浓度
Saigusa a1．(1980)和 Kawai，K．认 为 土壤溶液 中高浓度的 Ar一直接对植物根系
造成伤害，妨碍根的生长和吸收功能。
本研究表 明：Al”离子浓度的高低决定于土壤溶液的酸碱性，几乎与土壤溶液的 pH
值呈相似的变化规律 ，实验中，当模拟酸雨的 pH值在 3．45以上时，土壤溶液的 Al 离子
浓度并没有多大变化，但当模拟酸雨的 pH值达 2．67时，所有类型的土壤溶液中 Ar_离子
浓度都有极大 的增加，不同溶液之间的浓度相差很小，这说明尽管土壤类型有不同，但其
潜在的 AP．量都很大。酸度的增加．都有对植物造成毒害的可能
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254 生 态 学 报 1 6卷
从上表中可以看到：Al 浓度以第二种类型的土壤溶液中含量最高，受强酸雨的影响
后，达到 37．44 rag／1．这可能是马尾松更易于受到酸雨危害的直接证据了。以第一种类型
的含量最低，为 29．90 rag／1，当模拟酸雨的 pH值由 6．12变到 2．67时，土壤溶液中 Al
离子浓度分别增加了 类型 l，65倍 ；类型 2，2o倍；类型 3、64倍 ；类型 4，157倍 。酸雨
对植物的危害很大程度上是通过土壤进行的，而受酸雨影响后，土壤中 Al 离子浓度的变
化量对植物的影响是一个很重要的参数。樟树林下土壤 Al”离子对酸雨的敏感性 比马尾松
林地土壤大；公园耕作土壤 Al 离子对酸雨的敏感性远远大于自然的荒地土壤 。
土壤层次的不同对各种 pH模拟酸雨的淋洗液中Al”浓度的差别影响不大．同一土壤
不同层次之间相对差异较大的只有一个，为 pH=4．45影响下的土壤类型 2，其他的都很
小，但有 ：
土壤类型 1 对于所有 pH值的模拟酸雨 ，0～20 cm 的土壤淋洗液中 Al 一离子浓度均
低于 20~40 cm
土壤类型 2 对于所有pH值的模拟酸雨，土壤O～20 cm的淋洗液中Al”离子浓度均
高于 2O～40 cm。
土壤类型 3 pH=4．45的模拟酸雨使得 o～20 cm土层淋洗液中Al”浓度大于 20~40
cm土层，其他 pH的模拟酸雨的情况相反
土壤类型 4 除 pH=3．49的模拟酸雨使得 0～20 cp2．土层淋洗液中 A 浓度低于 2o
～ 4o cm 以外，其他情况相反 ，参见表 3。
受酸雨影响后 ，不同层次中 Al”的含量是研究植物根系受害的基础，当新生根系分布
多的层次在受到高浓度的 Al 胁迫后，植物生长将受阻
2．3 钾、钠离子浓度
受各种 pH值的模拟酸雨淋洗后，土壤溶液中 K，Na离子的浓度变化相对于Al”离子
要稳定得多，这可能是由于 K，Na离子在土壤中大多以可溶和易溶的状态存在 ，而酸雨的
酸度对它的影响相对较小。从表 4中可以看出，整个土层(0~40 cm)在 pH=6．12时 ，K离
子含量以土壤类型 3最高为 13．27mg／l，其次为土壤类型 4，1O．76rag／1，类型 2是 6．78
mg／l，类型 1最低，仅 3．83mg／l，pH=2．67的模拟酸雨下，类型 3增加到 14．1 5mg／l，类
型 4为 32．88mg／l，类型 2为 16．。0mg／l，类型 1为8．65mg／l，格局发生了改变；在 pH=
6．12时，Na离子含量分别为类型 4最高 3．12 mg／I，其次是类型 1为 2．35 mg／l，类型 2为
1．66 mg／]，类型 3最低 1．37 mg／l，pH=2．67时，类型 4达到 11．36 mg／I，类型 1为 1．72
rag／1，类型 2只有 1．56 mg／[，类型 3增加到 2．51 mg／[。这 之中出现了一个异常的情况，
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3期 周国逸等 ：酸雨对重庆几种上壤 中元素释放的影响
即在pH为 2．67时，土壤粪型 1和2的Na离子浓度倒减小了，而对于土壤类型4，pH：2．
67的模拟酸雨使得 K离子和 Na离子都有一个很明显的增幅，这预示着虽然这种土壤有含
量可观的以难溶形式存在 K，Na元索，但在酸雨的影响下，将很容易变为可溶状态，从而
对作物造成影响．或者是这些可溶态的 K，Na离子随酸雨流走 ．造成养分流失，Ulrich．B
有类似的结论 。
对于模拟酸雨的pH值由6．1 2变到 2．67，K离子浓度分别增加了：土壤 1，l_2j倍；
土壤 2，1．35倍；土壤 3，0．07倍 ；土壤 4，2．o5倍．可以认为土壤 4，土壤 2及土壤 1更容
易损失 K离子，见表 4。
表 4 摸拟酸雨淋洗液中 K一_、a，Ca，Mg离子浓度 (rag／1)
Table 4 Content 0f calion K．Na、Ca．Mg in the Ieached sdution from soft
2．4 钙、镁离子浓度
随着酸度的增加，土壤淋洗液中的Ca，Mg离子浓度经历了如表 4所示的变化过程，即
当酸雨的酸度较小时 ，土壤各个层次的钙离子，镁离子浓度都没有很大的变化，且变 化趋
势不稳定，基本上和 pH值变化规律相似。同样当模拟酸雨的 pH值由 3．49到 2．67时 ，也
有一个剧增的现象 ，而且其变化格局有相似之处 ，但是 Ca，Mg离子较多地受到土壤类型的
影响，模拟酸雨的酸度较低时．土壤类型之间的浓度差异较小，而当模拟酸雨的 pH值达
2．67时，各种土壤类型的浓度相差很大 ，荒地土壤淋洗液的 Ca，Mg离子浓度无大的变
化 ，特别是 Mg离子的变化就更小，可其他土壤类型都有一个跳跃式的增加
在土壤层次上．Ca，Mg离子浓度受模拟酸雨影响后的变化格局基本上与土壤类型近
拟 ，模似酸雨的酸度越小，差异越小，酸度越大，其差异也越大。
固此 ．在受到酸雨的危害后 ，森林土壤中的 Ca，Mg离子极易造成爆发式的浓度增加，
受此影响最深的是树干基部的土壤带 ．当地形坡度较大时，这一部分 Ca，Mg离子随着降
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水的淋洗而流失，在重庆常常见到受酸雨危害最严重的往往是 山坡部位的森林 ，这可能与
这些部位的土壤蓄水性差的事实有关。参见表 4。
2．5 铝对森林生态系统的危害 ‘
土壤活性铝对森林的危害决定于 Ca／A1的摩尔浓度 比例 ，Saigusa等(1980) ，Kawai
(1 980) 和 Ulrich(1981) 指出，当土壤溶液中Ca／AI比接近于 1以及土壤溶液中铝的浓
度达到 1 mg／1时，植物将产生受害反应。
表 5 模拟酸南淋洗液中 Ca／A1和 Al浓度 (rag／1)
Tahie 5 The ratio of Ca／Al and Al content in the l曲ehed solut抽 from soil
普遍认为 Ca／AI的摩尔浓度比小于 1时，植物就有危险 。表 5中的数据表 明，除土壤
类型 2 外，Ca／A1比大于 1时，溶液中 Al 离子浓度就小于 1，相反 当 Ca／A1比小于 1
时，溶液中 Al 离子浓度就大于 1。而土壤类型 2是马尾松林地 ，土壤酸度 比较大，它不仅
象前面所说的那样，淋洗液的pH值对模拟酸雨的酸度更加敏感，而且其铝的释放量也较
其他土壤对酸雨酸度敏感些，各种模拟酸雨下．铝离子浓度普遍显著高于其他土壤类型，
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主
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鲎
囊i
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图 1 各土壤淋洗液中 sO 离子浓度
Fig．1 Sulphate content in the leached soluticoa from soit
实际过程就是这样的：随着酸度高的降水
的不断输入，土壤 中释放的铝离子逐步增多，
最终对植物产生毒害作用，而此时土壤溶液中
其他各种离子的平衡失调叉加剧了这种危害
性 。
2．6 硫酸根离子
SO7离子几乎不受酸雨酸度的影响，各种
土壤淋洗液中的SO7离子都分别处于同一个
浓度水平，参见图 1。
3 结论
3．1 重庆南 山几种主要土壤都 有一定的抗酸
化能力 ，表现在受到一定酸度 的酸雨淋洗后，
土壤溶液的 pH值能相对稳定，但这种能力有
一 定的限度，酸度过强时 ，即受到破坏 ，这种危害主要发生在树干周围。
3．2 当土壤抗酸化作用被破坏后，伴随而来的是土壤溶液中Al”离子爆发式的增加，同
●
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3期 周国逸等 ：酸雨对重庆几种土壤中元素释放 的影响 257
时其它一些养分离子如 Ca，Mg的浓度也明显增多，Ar 离子的高浓度造成对树木根系的
伤害 ，与此相对，K，Na离子较为稳定，而 s 离子几乎不受影响。
3．3 正因为土壤在受到强酸雨影响后 ，其溶液中各种成分含量明显增高，从而地形和部
位的不同 ，将造成酸雨危害的症状和严重性有差异。
参 考 文 献
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