论文部分内容阅读
气候干扰对森林生态系统的水文过程影响,尤其是水化学影响研究直是全球变化生态学的问题之一。加强这方面的理解有助于准确评估日益频发的极端气象事件所带来的森林水文调节等服务功能的变化。本文以2008年南方特大冰雪灾害为背景,针对冰雪灾害对森林结构造成的破坏,探究灾害过后,森林水质的动态变化。在受灾严重南岭山地的广东区域,选取以藜蒴栲为主的亚热带常绿阔叶林作为试验地,通过对冰灾受损森林的长期定位研究结合林冠受损模拟控制实验,针对林冠受损如何影响森林水文过程及其水化学这一科学问题,开展降雨、穿透水、树干流、枯落物和土壤渗透水、坡面地表径流、集水区总径流中的水化学动态,林冠和土壤淋溶规律等方面的研究。在冰灾自然受损林地的模拟受损林地和对照林地中,各铺设了14个雨量桶收集穿透雨,分别按径级选取12株样木测定树干茎流。2013年2月~2014年1月期间,采集水样46次,828个,分析测定pH、含盐量、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、 NH4+、SO42共十项指标。以此分析降水在森林中的动态变化规律,揭示森林结构受损后,各水文过程中降水水质的变化特征。获得的主要结果如下:(1)粤北地区地处亚热带,有明显的旱雨季,林外降雨水化学呈现明显的旱雨季的变化。NH4+、Ca2+、Na+、Mg2+、K+和SO42-在林外降雨中的浓度均为:旱季>雨季。林外降雨中NO3-在7月份浓度较高,与该月雷雨天气较多有关。林外降雨的离子浓度随着降雨量的增加,呈现下降的趋势,降雨量大于50mm以后,离子浓度变化趋于平缓。雨季台风频繁登陆,是粤北地区在7、8、9月降雨中盐基离子含量增加的主要原因。粤北地区林外降雨中Ca2+含量较高,这与当地采矿业有关。(2)受损林地穿透雨与对照林地相比有较大的差异性。从量的角度来看,受损林地的穿透雨率为80.6%,对照林地的为72.7%。从质的角度来看,受损林地穿透雨中N03、Cl-、Ca2+三种离子与对照林地相比有所增加;NH4+、Na+、Mg2+、K+、SO42-这五种离子有所减少。结果表明,以藜蒴栲为主的常绿阔叶林林冠层对林外降雨中的NO3-有一定的吸附或吸收;穿透雨中NH4+、Na+、Mg2+、K+、SO42这五种离子为林冠层淋溶而出。上述五种离子,K+最易被淋溶。此外,降雨流经藜蒴林的林冠层,pH有下降的趋势,这与降雨与林冠层叶片发生离子交换有关。(3)林冠受损之后,降雨对树干的冲刷加剧,导致树干茎流水化学发生变化。结果表明,与未受损林地相比,受损林地树干茎流中的Na+、K+、Mg2+、Ca2+均有不同程度的增加,表明林冠受损之后,降雨冲刷树干补充树干茎流中的阳离子。受损林地树干茎流中的N03-高于对照林地。树干茎流在降雨中所占比例不大,但是树干茎流中各种营养元素离子的增加有利于受损林地植被的恢复。(4)枯透水的水质中4+、Na+、Mg2+、K+、SO42与林外降雨、穿透雨相比均有所增加,这与枯落物的分解,降雨经过枯落物层,这几种离子的溶解有关。枯落物层水的pH与林外降雨、穿透雨、树干茎流相比有较大幅度的下降,所测的平均值为5.599。枯落物层对Ca2+有较好的过滤吸附作用,所测平均值仅为1.638mg/L(5)林冠层受损,降雨直接滴落地面,对表土的溅蚀加剧,进而改变了坡面径流的水质。受损林地坡面径流中K+、Mg2+、NO3-、N]H4+这四种营养离子的浓度高于对照林地。受损林地坡面径流中Ca2+浓度为7.241mg/L,高于对照林地的3.681mg/L。这是由于缺失了林冠层的保护,降雨对地表的侵蚀加剧,使得土壤中的Ca2+进入径流的量增加。相比枯透水,径流中的pH有所上升,受损林地为6.491,对照林地为6.094。(6)粤北地区山地溪流的水质变化有一定的季节规律,林地受损对溪流水也会产生一定的影响。除硝酸根离子外,NH4+、Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、2-这7种离子在溪流中的年平均含量,为集水区一(受损)>集水区二(未受损)。N03-、NH4+、 Na+、SO42-这四种离子在溪流水中有较大的季节差异,溪流中的NO3-在春季浓度高于其他三个季度;NH4+在秋季浓度最高,春季最低;Na+受损林地为夏秋季节浓度较高,未受损林地为秋冬季节较高;SO42-在受损林地为春冬两季较高,未受损林地为夏秋两季较高,此4种离子的季节变化规律并不一致。除S042-外,其他几种离子在两个集水区水质中的浓度都比较接近,这验证了森林对于水质的调节能力。(7)土壤水中NO3-、NH4+、Mg2+、对这4种离子的浓度均为:对照林地>受损林地。这可能与林冠受损之后,植物的自我修复机理有关,根系对上述几种离子的吸收增加。NH4+、Na+、SO42这三种离子的浓度在两个样地中均为:10cm土壤水>20cm土壤水;NO3和C1-的离子浓度在两个样地中为:10cmm土壤水<20cm土壤水,原因可能与离子在土壤中的迁移有关。