中亞熱帶韶山森林的大氣沉降特征及對酸沉降的生態(tài)響應(yīng)研究.pdf

1、近幾十年來,隨著經(jīng)濟迅猛發(fā)展導(dǎo)致的燃料的大量消耗,使我國的酸沉降問題愈演愈烈,我國南方已成為繼歐美之后的第三大酸沉降區(qū),而且呈現(xiàn)不斷發(fā)展的趨勢,而地處中南的湖南更是受到酸沉降的嚴重污染,酸雨頻率長期居高不下。森林生態(tài)系統(tǒng)為酸沉降提供了巨大的接受面,過量的酸沉降可能會對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的影響,導(dǎo)致土壤酸化,甚至使森林衰退。那么,研究森林生態(tài)系統(tǒng)對酸沉降的生態(tài)響應(yīng)過程并及時提出酸沉降的控制措施,對防止森林衰退顯得至關(guān)重要。
　　

2、 因此,本論文選擇具有典型亞熱帶特征的湖南韶山森林為研究對象,研究了韶山的大氣沉降特征和酸沉降下韶山森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)響應(yīng)過程,可為我國乃至世界酸沉降下的森林生態(tài)響應(yīng)研究積累寶貴資料,同時為韶山的酸沉降控制和森林資源管理提供決策參考,具有一定的實踐意義。
　　 研究課題組2001年～2004年在韶山針闊葉混交林設(shè)置了4個標準樣方進行氣象、氣體和氣溶膠、降雨、林內(nèi)穿透水、凋落物和地表徑流的監(jiān)測,研究了韶山大氣干濕沉降的典型特征,采

3、用正定矩陣方法(PMF)對韶山降雨和氣溶膠的離子來源進行了解析,深入分析了韶山森林生態(tài)系統(tǒng)中鹽基離子、營養(yǎng)氮及溶解性有機碳的時空動態(tài)變化規(guī)律,探討了韶山森林冠層、亞冠層和凋落物層對酸沉降的酸化緩沖影響作用機制,并采用收支平衡理論評估了韶山森林生態(tài)系統(tǒng)的氮飽和狀況,采用穩(wěn)態(tài)模型計算了韶山森林的氮沉降臨界負荷,最后嘗試采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對韶山降水和地表水酸度進行了預(yù)測,研究取得了如下一些成果:
　　 (1)韶山降水酸性較強,年均pH值

4、均低于5.0,酸雨頻率非常高,普遍達到90％以上,大氣降水中離子基本平衡,SO42-/NO3-比值在1.72-5.65之間,韶山降水仍屬于硫酸型降水,該比值呈逐漸降低的趨勢,表明氮氧化物的貢獻在增強。采用沉降速率法和凈穿透通量法估算韶山大氣中硫的干沉降通量月均值分別為188 mg m-2 month-1和105.25 mg m-2 month-1。采用正定矩陣方法(PMF)對韶山降雨和氣溶膠的離子來源解析結(jié)果表明土壤塵是韶山氣溶膠和降水

5、化學(xué)成分最主要的來源,其次是農(nóng)業(yè)源,另外,交通排放源和高空遠距離輸送對降水成分來源也有一定的貢獻。
　　 (2)韶山森林冠層及亞冠層對酸沉降均表現(xiàn)出了良好的緩沖作用,植被對酸性降水比較敏感,冠層的緩沖作用較亞冠層強烈。韶山森林冠層和亞冠層鹽基淋溶總通量分別為259.84 meq m-2 a-1和63.3 meq m-2 a-1,其對H+的吸收通量分別為165.9 meqm-2 a-1和40.9 meq m-2 a-1,冠層和亞冠

6、層鹽基淋溶總通量要高于其對H+的吸收通量,這主要是與韶山森林的弱酸濾出消耗鹽基陽離子有關(guān)。韶山森林凋落物淋濾液pH值均高于表層土壤pH值均值,但由于凋落物中鹽基陽離子不足以抵消凋落物分解產(chǎn)生的有機酸類物質(zhì)的酸化作用,在春、夏、秋季并不能降低雨水酸度,而是增加其酸度,但在冬季是一個較強的酸緩沖系統(tǒng)。
　　 (3)韶山森林冠層、亞冠層和凋落物層DOC濃度對降雨酸度并不敏感,亞冠層對DOC表現(xiàn)出一定的吸附或吸收作用,韶山森林DOC的積

7、累主要出現(xiàn)在凋落物層,年總凈增量達到11.08 g m-2 a-1。地表徑流中DOC濃度與其pH值呈正的相關(guān)關(guān)系,但通過地表徑流輸出的DOC濃度很低,輸出通量亦較少。
　　 (4)韶山森林無機氮輸入以NH4+-N為主,年均總輸入量達到3.136 g m-2 a～,但尚未超過氮沉降臨界負荷估算值,地表徑流中無機氮輸出以NO3--N為主,輸出通量平均值為0.22 g m-2 a-1,僅占輸入總無機氮的7％,即有超過90％以上的無機氮

8、被截留,盡管韶山森林有高氮的輸入,但是其生態(tài)系統(tǒng)還沒有達到氮飽和狀態(tài)。
　　 (5)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對降水和地表徑流的酸度進行了模擬預(yù)測,選擇SO42-、NO3-、Ca2+、NH4+的濃度與組合因子(Ca2++NH4+)/(SO42-+NO3-)作為輸入,以降雨pH值作為輸出,預(yù)測值的絕對誤差均在±0.5個pH值單位之內(nèi),而選擇降雨酸度和前一次地表徑流酸度作為輸入,以地表徑流的pH值作為輸出,預(yù)測值的絕對誤差均在±0.15