长沙市郊枫香人工林降水的淋溶特征

罗 忠， 文仕知， 刘 虹

(中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

长沙市郊枫香人工林降水的淋溶特征

罗 忠， 文仕知， 刘 虹

(中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

枫香人工林； 养分； 淋溶特征

降水的淋溶作用是指大气降水对植物的叶片、树皮以及根系部分的营养物质进行淋洗的过程[1～5]。枫香作为城市市郊景观生态公益林的优势树种，适应性强，无严重病虫害，土壤改良效果好[6～8]。研究其降水淋溶特征，对于揭示枫香人工林在城市水土保持和净化水质、空气等生态功能方面的作用具有积极的意义，同时也为枫香人工林经营、林地生产力维持、生态公益林建设提供科学依据[9-10]。

1 实验地概况

试验地位于湖南省长沙市南郊雨花区湖南省林业科学院试验林场，地理坐标为东经113°01′30′′，北纬28°06′40′′，林场总面积267 hm2，最高海拔114 m，最低海拔46 m，地势较为平缓。试验地属典型的中亚热带季风湿润气候，年均气温17.3 ℃，年日照时数1 717 h，年均降水量1 411.4 mm，全年无霜期272天，年均相对湿度为80%。试验地土壤为第四纪网纹层母质发育的偏酸性红壤，pH值为5±0.5，土壤中砾石含量中等。试验林场森林覆盖率76%，具有典型亚热带森林特征。本试验林地上的枫香林为1986年人工种植，郁闭度0.9左右。样地林木平均胸径为12.4 cm；林分密度为1 250株/hm2；枫香林下灌木较少，主要以草本为主。

2 研究方法

2.1 实验设计

本研究选取两个立地条件和郁闭度比较类似，面积为20 m×30 m的样地。在集水区山洼和山坡各安置一台遥测雨量计和标准的雨量筒测定实验区域的大气降水。根据枫香林冠的疏密、间隙分布等情况，在每个样地设置15～20个块状的接水器测量穿透水；按每茎级选择3～4棵树形和树冠中等的标准树，在树干安装导管，雨后及时测定树干茎流[7-8、11～15]。

2.2 水样收集

从2008年开始，每次降雨时严格按水样采集的要求采集水样。每个水样每一次采集量在500～1 000 mL之间，盛于洁净的瓶中，及时送实验室进行相关实验分析[12～20]。

2.3 水质分析

用磷钼蓝比色法测定水样中的P；用蒸馏比色法测定水样中的N；用原子吸收分光光度计测定水样中的K、Mg、Ca等养分元素和Fe、Cu、Zn、Mn等重金属元素[18，24]。

3 结果与分析

3.1 枫香人工林林内降水的淋溶特征

表1 枫香人工林林内降水大量元素淋溶情况Tab.1 Situationofmacro-elements’eluviationsofthroughfallofLiquidambarformosanaplantation(mg/L)项目NH+4-NNO-3-NPO-3SO2-4K+Ca2+Mg2+年均淋溶浓度2008年-0.472-0.339-0.122-0.3070.44816.1241.9112009年-0.411-0.261-0.128-0.2710.7019.2170.9122010年-0.446-0.292-0.119-0.1950.51111.3411.0252011年-0.398-0.344-0.135-0.1830.54813.4020.896平均淋溶浓度-0.432-0.309-0.126-0.2390.55212.5211.186淋溶系数0.4280.8310.4790.5111.0833.3513.293

从表2中的数据可以看出，枫香人工林生态系统林内降水中Fe3+、Cu2+、Zn2+和Pb2+等微量元素淋溶系数均小于1，分别为0.499、0.765、0.421、0.22，呈负淋溶，表现出枫香对它们有明显的净化作用。枫香人工林林内降水中含量大幅上升的只有Mn2+，平均淋溶浓度为0.973 mg/L，淋溶系数为26.161，淋溶作用较显著，说明大量Mn2+被枫香的树叶、树枝和树干等部位吸附了。这主要是因为长沙周边有个大型锰矿(湘潭锰矿)，且距离较近，导致大气浮尘中锰含量高。枫香人工林林内降水中Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+都表现出负淋溶，平均淋溶浓度分别为：-0.004、-0.079、-0.05 mg/L和-0.023 mg/L。这表明枫香人工林生态系统对大气降水中含有的Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+等重金属元素具有一定的吸附作用，起到了净化空气、降低了这些重金属元素对周边土壤或植物的毒害作用。

表2 枫香人工林穿透水微量元素淋溶状况Tab.2 Situationofmicro-elements’eluviationsofthroughfallofLiquidambarformosanaplantation(mg/L)项目Fe3+Cu2+Zn2+Mn2+Pb2+年均淋溶浓度2008年-0.037-0.003-0.0650.951-0.0172009年-0.043-0.004-0.0811.011-0.0212010年-0.061-0.004-0.0760.899-0.0232011年-0.059-0.005-0.0941.031-0.023平均淋溶浓度-0.050-0.004-0.0790.973-0.021淋溶系数0.4990.7650.42126.1610.220

3.2 枫香人工林树干茎流淋溶特征

枫香人工林树干茎流中，除Mn2+之外，Fe3+、Cu2+、Zn2+和Pb2+等微量元素与大量元素有所不同，它们的淋溶系数均小于1(见表4)，呈负淋溶，表现出枫香有比较明显的净化作用。枫香树干茎流中的Mn2+含量上升幅度比较明显，其平均淋溶浓度为0.831 mg/L，淋溶系数为22.009；Fe3+、Cu2+、Zn2+和Pb2+均表现为负淋溶，平均淋溶浓度分别为：-0.061、0.001、-0.103、-0.019 mg/L；与枫香人工林穿透水中微量元素淋溶相比较：枫香树干茎流中的Fe3+、Zn2+和Pb2+淋溶系数降低，这说明枫香树干对 Fe3+、Zn2+、Pb2+同样具有吸附、吸收的功能，对这三种重金属污染起到净化作用。

表4 枫香人工林树干茎流微量元素淋溶浓度Tab.4 Situationofmicro-elements’eluviationsofstem-flowofLiquidambarformosanaplantation(mg/L)项目Fe3+Cu2+Zn2+Mn2+Pb2+年均淋溶浓度2008年-0.0710.001-0.1010.746-0.0172009年-0.0630.000-0.1040.803-0.0202010年-0.0590.000-0.1020.811-0.0212011年-0.0510.002-0.1050.963-0.018平均淋溶浓度-0.0610.001-0.1030.831-0.019淋溶系数0.2730.8130.26122.0090.131

4 结论与讨论

枫香人工林生态系统林内降水和树干茎流中Fe3+、Cu2+、Zn2+和Pb2+等微量元素淋溶系数均小于1，呈负淋溶，表现出明显的净化作用，降低了这些重金属元素对周边土壤或植物的毒害作用。树干茎流中Fe3+、Zn2+和Pb2+淋溶系数较穿透水有所降低。林内降水和树干茎流中只有重金属元素Mn2+含量大幅上升，淋溶作用显著，说明枫香人工林枝叶对于Mn2+具有较强的富集能力，可以考虑把枫香作为一种锰矿区的生态改良树种。

[1] 马雪华.森林水文学[M].北京：中国林业出版社，1993.

[2] 田大伦，杨晚华，方海波.第二代杉木幼林中降雨对养分的淋溶作用[J].湖北民族学院学报：自然科学版，1999，17(1)：1-5.

[3] 刘增文.森林生态系统养分循环研究中若干问题的探讨[J].南京农业大学学报：自然科学版，2002，26(4)：27-30.

[4] 樊后保.杉木林截留对降水化学的影响[J].林业科学，2000，36(4)：2-8.

[5] 周光益.海南岛热带山地雨林短期水量平衡及主要养分的地球化学循环研究[J].生态学报，1996，16((l)：28-32.

[6] 杨丽丽，文仕知.长沙市郊枫香人工林微量元素分布与生物循环特征[J].中南林业科技大学学报，2011，31(12)：85-91.

[7] 王珍珍，文仕知.长沙市郊枫香人工林降水再分配及养分动态[J].中南林业科技大学学报，2008，28(2)：54-56.

[8] 文仕知，文小莲.长沙市郊枫香人工林降水的化学性质[J].中南林业科技大学学报，2010，30(5)：7-11.

[9] 蒋丽娟.国内外防护林研究综述[J].湖南林业科技，2000，27(3)：21-27.

[10] 廖科，张合平，石强，等.城市森林系统评价指标体系研究[J].湖南林业科技，2006，33(3)：27-30.

[11] 陈书军，闫文德.中亚热带地区几个树种树干茎流的养分特征研究[J].林业科学研究，2007，20(3)：408-414.

[12] 田大伦，项文化.杉木人工林生态系统水文学过程的养分特性[J].生态学报，2003，7(7)：1369-1376.

[13] 田大伦，项文化.湖南第2代杉木幼林的水文学过程及养分动态研究[J].林业科学，2001，5(3)：64-71.

[14] 田大伦.森林水文学过程中的水质分析[J].林业科技通讯，1987(6)：13-16.

[15] 田大伦.杉木林生态系统定位研究方法[M].北京：科学出版社，2004：320-341.

[16] 闫文德，田大伦.会同第二代杉木林集水区水质生态效应[J].中南林学院学报，2003，23(2)：6-10.

[17] 刘世荣.中国森林生态系统水文生态功能规律[M].北京：中国林业出版社，1996.

[18] 李文华，何永涛，杨丽韫.森林对径流影响研究的回顾与展望[J].自然资源学报，2001，16(5)：398-406.

[19] 张彪，李文华，谢高地，等.森林生态系统的水源涵养功能及其计量方法[J].生态学杂志，2009，28(3)：15-20.

[20] 文仕知，文娟.枫香人工林林内外降水重金属含量变化[J].中南林业科技大学学报，2009，29(2)：45-48.

[21] 陈书军，田大伦.樟树人工林降水化学性质[J].中南林学院学报，2004，24(4)：6-10.

[22] 郭明春.森林水文学研究综述[J].世界林业研究，2005，18(3)：6-11.

[23] Whitehead P G，Robinson M.Experimental basin studies-an intemational and historical perspective of forest impacts[J].Hydrology，1993，145：217-230.

[24] Teklehaimanot Z.Rainfall interception and boundary conductance in relation to tree spacing[J].Hydrol，1991，123：261-278.

[25] 闫文德，田大伦.城市林地与非林地大气SO2季节动态变化[J].生态学报，2006(5)：1367-1373.

LeachingcharacteristicsofLiquidambarformosanaplantationunderrainfallpartitioninginChangshasuburb

LUO Zhong， WEN Shizhi， LIU Hong

(Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China)

Liquidambarformosanaplantation； nutrient； leaching

2015-08-30

湖南省教育厅“枫香人工林生态系统服务功能研究”(11B132)；湖南省科技厅“枫香人工林生态系统服务功能研究”(2012FJ4348)。

罗 忠(1978-)男，湖南省衡阳市人，讲师，主要从事水土保持与荒漠化防治研究。

S 715.2

A

1003 — 5710(2015)05 — 0030 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2015. 05. 008

(文字编校：龚玉子)