亚热带自然林与人工林土壤重金属含量的研究

亚热带自然林与人工林土壤重金属含量的研究（共2篇）

篇1：亚热带自然林与人工林土壤重金属含量的研究

亚热带自然林与人工林土壤重金属含量的研究

摘要：重金属是危害森林生态健康主要污染物之一.采用电感耦合等离子体发射光谱法与石墨炉原子吸收光谱法,首次比较了亚热带人工林和自然林土壤中13种重金属元素(Fe,Al,Ti,Cr,Cu,Mn,V,Zn,Ni,Co,Pb,Se,Cd)的含量.结果表明自然林土壤中Fe,Al,Ti,Cu,Mn,V,Zn,Ni,Co,Pb,Se,Cd的浓度均高于人工林土壤,仅Cr在人工林土壤中有较高浓度.整体上自然林土壤较人工林土壤具有更高水平的.重金属浓度.这可能是由于自然林较人工林具有较大年龄,通过植物根系作用同定土壤重金属具有较长时间所致. 作者： 聂明[1]  万佳蓉[2]  陈晓枫[3]  王利[3]  李博[1]  陈家宽[1] Author： NIE Ming[1]  WAN Jia-rong[2]  CHEN Xiao-feng[3]  WANG Li[3]  LI Bo[1]  CHEN Jia-kuan[1] 作者单位： 南昌大学,生命科学研究院与鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,流域生态学研究所,江西南昌330031;复旦大学,生物多样性与生态工程教育部重点实验室,上海33南昌大学,生命科学研究院与鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,流域生态学研究所,江西南昌330031复旦大学,分析测试中心,上海200433 期 刊： 光谱学与光谱分析   ISTICEISCIPKU Journal： Spectroscopy and Spectral Analysis 年，卷(期)： , 31(11) 分类号： X53 关键词： 亚热带    自然林    人工林    土壤    重金属    机标分类号： S1 TP7 机标关键词： 亚热带    自然林    热带人工林    土壤重金属含量    Montane Forest    Natural    Heavy Metal Elements    电感耦合等离子体发射光谱法    石墨炉原子吸收光谱法    森林生态健康    重金属浓度    重金属元素    较大年龄    根系作用    污染物    高水平    高浓度    植物    危害    时间 基金项目： 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目 亚热带自然林与人工林土壤重金属含量的研究[期刊论文]  光谱学与光谱分析 --2011, 31(11)聂明  万佳蓉  陈晓枫  王利  李博  陈家宽重金属是危害森林生态健康主要污染物之一.采用电感耦合等离子体发射光谱法与石墨炉原子吸收光谱法,首次比较了亚热带人工林和自然林土壤中13种重金属元素(Fe,Al,Ti,Cr,Cu,Mn,V,Zn,Ni,Co,Pb,Se,Cd)的含量.结果表明自然林...

篇2：亚热带自然林与人工林土壤重金属含量的研究

草地生态系统是世界陆地生态系统的主体类型, 它覆盖地球表面土地总面积的1/4～1/3[3]。草地是除森林之外最大的陆地生态系统。有研究表明, 草地可能是碳的汇, 可以吸收0.8GtCyr-1[4], 但目前缺乏直接的证据[5]。由于土地利用格局的变化 (开垦) 和人类生产活动 (过度放牧、烧荒) 对世界草地生态系统中贮存碳的大量释放, 而造成CO2在大气中的增加;或者相反, 由于退化草地生态系统的恢复或面积的扩大而使CO2被固定, 将对全球性碳平衡产生巨大的影响。正是基于以上认识, 对草地生态系统碳循环的研究才重新受到各国学者的重视 (Smith等, 1995) [3]。

红壤是我国热带和亚热带地区重要的土地资源, 分布十分广泛, 该地区气候条件优越, 土壤和生物类型多样, 具有较高的生物产量潜力和投资效益, 是我国南方农业综合开发的重要基地[6]。人工种草面积逐渐增大, 据估计, 目前南方已有130万hm2人工草地。人工草地面积的增加不仅提高了系统生产力, 促进了南方草地畜牧业的发展, 提高了生态环境的质量, 同时也对草地生态系统土壤碳含量有明显影响[7]。

本试验测定了不同种植年限草地土壤的碳含量, 研究了亚热带红壤地区人工草地建植过程中对生态系统碳平衡的改变, 为精确估计全球土地利用变化对草地碳循环的影响, 以及对陆地生态系统碳平衡的影响作一基础研究。并对人工草地生态效益及可持续发展作进一步的评价。

1 材料与方法

1.1 土壤样品的采集

本试验土样采自4块地, 即12年 (A) 、8年 (B) 、1年 (C) 的牧草种植地和天然草地 (D) , 每块地取3个点, 分别按不同深度0～5、5～10、10～20、20～30、30～50、50～80cm共6层取样, 取样工具为1m长的土钻。

1.2 土壤样品的处理

取回的土样置于通风良好处, 弄碎平铺, 自然风干, 将石块、煤渣、植物残茬、肥料残渣等混合物去掉, 碾碎后通过筛孔直径1mm的土筛, 混匀后装入样品袋贴好标签。

1.3 土壤有机质的测定

称取适量的土样于水分皿中, 于105℃～110℃烘箱中6～8h, 冷却、干燥, 制备为烘干样。有机质的测定采用重铬酸钾容量法-稀释热法[8]。

准确称取0.5000g烘干土样于500mL三角瓶中, 然后准确加入1moloL-1 (1/6K2Cr2O7) 溶液10mL于土样中, 转动瓶子使之混合均匀, 然后加浓硫酸20mL, 将三角瓶缓缓转动1min, 促使混合以保证试剂与土壤充分作用, 并在石棉板上放置约30min, 加水稀释至250mL。加3～4滴邻啡罗啉指示剂, 用0.5moloL-1FeSO4标准溶液滴定至近终点时溶液颜色由绿变成暗绿色, 逐滴加入FeSO4直至生成砖红色为止。用同样的方法做空白滴定, 且每个土样做一次平行试验。

土壤有机碳 (g/kg) =[C (V0-V) ×10-3×3.0×1.33/烘干土重]×1 000

式中:C--为0.5mol/L FeSO4标准溶液的浓度;V0--空白滴定用去FeSO4体积 (mL) ;V--样品滴定用去FeSO4体积 (mL) ;3.0--1/4碳原子的摩尔质量 (g/mol) ;1.33--氧化校正系数

2 结果与讨论

2.1 不同种植年限人工草地土壤有机碳的含量

由下表及图1可得, 不同种植年限的牧草地的土壤碳含量差距较大, 且依种植年限的增加而增加, 其碳含量为天然草地40.3 816g/kg、1年草地45.2 619g/kg、8年草地64.6 326g/kg、12年草地79.6 491 g/kg。A与B、B与C差异显著, A与C、A与D、B与D差异极显著, C与D差异不显著, 即12年与8年、8年与1年草地土壤碳含量差异显著, 8年草地与天然草地、12年与1年、12年与天然草地的差异极显著, 而1年草地与天然草地差异不显著。说明种植年限相差越大的草地, 其碳含量也相差越大, 种植年限越短, 其碳含量虽有所增加, 但增量很小。

注:大写字母表示差异极显著 (P<0.01) , 小写字母表示差异显著 (P<0.05)

有研究将土壤有机质碳库分为活性碳库、缓性碳库和钝性碳库;地表凋落残体库 (包括枯死生物量和动物粪便) 和地下凋落残体库 (死根系与动物残体及其代谢物) ;以及地表微生物碳库等6大部分 (Parton等, 1987;Parton等, 1994) 。活性碳库是由活的土壤微生物及其代谢产物组成 (总库量相当于活的土壤微生物生物量的2～3倍) , 周转迅速, 存留时间小于1年。缓性碳库和钝性碳库由于较难分解, 其有机质存留时间几十至数千年不等, 其碳含量相当稳定[3], 因此土壤有机碳的短期变化主要取决于其余3个碳库。而土壤有机质的主要来源是植物残体, 深入土层的细密分枝根系的禾本科和豆科牧草是有机质的最好来源[9], 还有枯枝落叶、动物残体等, 经过分解, 都将成为土壤内部的有机质。人工草地上大量的肥料施入, 也将为土壤提供良好的有机质来源。另外, 土壤微生物的大量繁殖也将促进土壤碳含量的提高。据研究, 凋落物的腐解可以刺激相应土层的土壤微生物活性的增长, 而且微生物量分布与其相应土层的土壤养分的含量相关[10]。因此, 种植年限越长, 越有利于土壤碳含量的增加与储存。

红壤地区有机质含量通常与作物产量水平密切相关[11]。可见, 种植牧草对于提高土壤碳含量有极其重要的作用。

2.2 不同土层土壤有机碳的含量

由图2得, 碳储量主要集中于表层0～10cm左右, 相关研究表明, 红壤区土壤耕层有机质含量显著高于其下各土层, 1m土体中有机质储量大体上与表土有机质含量的顺序一致[11]。

由于施肥等人工处理过程主要在土壤耕层进行, 枯枝落叶也主要在土壤表面进行腐解, 而且植物根系植入土壤内不深, 也主要集中于表层。因此, 草地土壤有机碳主要储存于土壤表层。

2.3 不同土层土壤有机碳含量的变化

由图3得, 人工草地各层土壤有机碳含量的增量变化没有规律。许多学者认为, 干扰对土壤有机碳含量的影响主要发生在土壤表层。在大部分热带和亚热带土壤中, 有机碳的短期变化多局限于上层30～50cm[12]。农田或草地造林后, 又主要是0～40cm土层土壤有机碳含量增加, 土壤剖面底层土壤有机碳含量随土地利用变化而改变的幅度不大。而本试验中各土层的有机碳含量变化并未表现这种规律[13]。该问题还有待于进一步的研究。

3 结论

土壤有机碳含量随种植年限的增加而增加, 不同草地的种植年限相差越大, 则土壤有机碳含量也相差越大;种植年限较短 (如1年) , 其碳含量虽有所增加, 但增量较小。

通过测定12年、8年、1年的牧草种植地及天然草地的土壤在0～5、5～10、10～20、20～30、30～50、50～80cm土层的有机碳含量, 得出土壤有机碳含量主要集中于表层0～10cm, 并随深度的增加而递减。而种植年限的不同对土壤有机碳含量的影响却并不集中于表层, 其土壤各层有机碳的增量呈现不规律性。