浙江西天山地区古树名木资源调查

浙江西天山地区古树名木资源调查

0酸沉降危害大,土壤理化性质发生严重变化浙江省西北部的西天目是中国东部一个丰富生物多样性的地区之一。它的特点是保存了许多老树。根据2003年的统计，超过0.5m的古树名木有3808株。其中，红杉是一棵直径超过2米的老树。然而，在过去十年中，西天目柳杉老树的暴露出来，一些老树甚至死亡。原因是近年来显著的内部竞争加剧（酸雾和酸雨）。酸降可导致老树生长不良，降低病虫害的抗逆能力，进一步加速落绿趋势。已有大量的研究表明,酸沉降增加是导致森林(特别是针叶林)衰退的重要原因.酸沉降对植物危害最主要的一个方面是降低土壤pH值,引起铝离子活化,从而损害植物根系,导致植物对水分和营养吸收困难,进而影响地上部分一系列生理、生态过程,包括降低光合作用,减少干物质积累,降低对病虫害的抵抗能力等等.因此,了解土壤理化性质状况(特别是pH值状况)有助于阐明酸沉降对西天目山植物(特别是柳杉古树)的影响.在西天目山自然保护区成立时的综合考察中,曾对西天目山土壤理化性质进行过初步研究.其后也有一些零星报道,但信息不够完整.加上近20多年来,周边大气环境有较大变化.因此,本研究分析浙江西天目山不同海拔土壤主要理化性质:一方面了解土壤理化性质沿海拔梯度的变化情况,另一方面与以前的研究结果进行比较,分析土壤理化性质的变化格局,为阐明西天目山柳杉古树衰退原因提供参考依据.1材料和方法1.1过渡型、南大别晚古生代地区天目山国家级自然保护区位于浙江省临安市,地理位置为北纬30°18′30″~30°24′55″,东经119°23′47″~119°28′27″,主峰仙人顶,海拔1506m.天目山气候属中亚热带向北亚热带过渡型,四季分明,年均温14.8~8.8℃,最冷月均温3.4~-2.6℃,最热月均温28.1~19.9℃,无霜期235~209d,年降水量1390~1870mm,年太阳辐射4460~3270MJ/m2.天目山是长江、钱塘江部分支流的发源地和分水岭,土壤腐殖质层较厚,肥力较高.海拔600m以下为红壤带,600~1200m为黄壤带,1200m以上为棕黄壤带.海拔600m以下为常绿阔叶林,600~1200m为常绿落叶阔叶混交林,1200m以上为落叶阔叶林.其中柳杉从山脚约300m分布到海拔约1300m之间.1.2土壤物理性质.2006年,自西天目山南坡350m开始,每隔200m海拔设置采样点,去除土壤表面的腐殖质层,挖土壤剖面,根据土壤发生按A1,A2和B三层采集土壤样品.将一定重量样品置入已知重量的铝盒中,105℃烘干至恒重,分析含水量.另取土壤约500g带回实验室,自然风干.土壤物理性质主要分析土壤质地、土壤含水量和土壤容重;化学性质则主要分析有机质、总氮及总磷等养分指标和pH值,采用常规分析方法进行分析,具体见《土壤理化分析》.所有的分析均采用3个平行样.海拔和土壤层次对各指标的影响采用二因素ANOVA分析,采用R程序分析.为了解西天目山土壤pH变化情况,对2006年的结果与1986年和1995年土壤pH进行比较,数据分别引自叶仲节等和徐秋芳等,差异显著性采用成对样本t-检验,所用软件为OfficeExcel.2结果2.1不同层次土壤容重的变化西天目山土壤除海拔1350m的A1和A2层为砂土外,其余均属于壤土,但粒径有所差异,随着海拔的升高,粗颗粒成分增加(数据略).土壤由低海拔的粘壤、壤土,逐渐过渡到高海拔的砂壤土、砂土.土壤含水量随着海拔高度的增加而增加,海拔间含水量存在极显著差异(P<0.001),土壤层次间差异不显著(P=0.231).在海拔1350m处,土壤含水量达到最高.在350m海拔处,A1,A2和B三层土壤的含水量相差不大;在海拔550,750和950m处,A2层土壤的含水量最高;而在1150和1350m处A1层土壤的含水率最高.其中,A1层土壤平均含水量为32.15%,A2层土壤平均含水量为31.72%,B层土壤平均含水量为30.56%.不同层次土壤含水量与取样前降水情况有关,本研究在春季取样,并且降水后时间不长,呈现的是表层土壤含水量高于下层的格局.土壤容重可反映土壤透水性、通气性和根系伸展时的阻力状况.西天目山土壤的容重随海拔的升高呈下降趋势,但在海拔1150m处略有上升(见图1),ANOVA分析表明海拔间容重差异达到极显著差异(P<0.001).A1层土壤的容重平均值为0.77mg/cm3,A2层土壤的容重平均值为0.82mg/cm3,B层土壤的容重平均值为0.87mg/cm3,不同层次间也存在显著差异(P=0.019).但在不同海拔处,这种由表层往下层容重递增的格局不一定都存在,在海拔350,1150和1350m处,A1层土壤的容重最低,A2和B层容重相近;在海拔550和750m处,土壤的容重按照B,A2和A1依次下降.2.2不同层次土壤有机质含量的变化规律天目山土壤的pH整体较低,为3.86~5.07之间,并且存在层次性,A1层土壤pH值的平均值为4.19,A2层土壤pH值的平均值为4.22,B层土壤的pH值的平均值为4.36,表现出表层土壤pH降低的现象(P=0.031).不同海拔间的差异达到极显著程度(P<0.001),随着海拔的升高,土壤pH值逐渐降低,低海拔350m处土壤pH值显著高于其他各海拔土壤(见图2).在海拔350m和550m处,土壤有机质含量变化不大,但从750m到1350m海拔处的有机质含量波动较大(见图3).总体规律是A1层>A2层>B层.A1层土壤有机质含量的平均值为11.81%,A2层土壤有机质含量的平均值为8.72%,而B层有机质含量的平均值为7.41%.西天目山土壤中总氮的含量均分布在1.00~3.00mg/g之间,没有明显的海拔梯度变化(见图4).但是不同层次之间仍然存在随着深度增加,总氮含量降低的趋势.然而由于氮含量有较大的变异系数,各层次之间的总氮含量差异不显著.从变异系数来看,A1层>A2层>B层,反映了上层土壤受外界环境影响较大.总体来讲,西天目山表层土壤总磷含量高于底层,海拨350,1150和1350m,B层土壤总磷含量显著低于A1和A2层.在550~950m之间,层次间的差异不显著.从海拔梯度来看,350m处的磷含量最高,显著高于其他海拔处相应层次的总磷含量.其他海拔之间的差异不显著(见图5),为0.50~1.50mg/g.其中,海拔350m和1150m处的土壤中A1,A2和B三层土壤中总磷含量差别较大.其他几个海拔处的每个土壤层次中总磷含量差别不大.总体来说,西天目山土壤A1层总磷含量平均值为1.21mg/g,A2层为1.20mg/g,B层为1.02mg/g.3土壤ph值的变化西天目山土壤呈现比较明显层次变化规律,随着土壤深度的增加,有机质、总氮和总磷等的含量逐渐降低;除含水量外,各指标在层次之间存在显著差异.这一变化规律与其他山地土壤养分的层次变化格局类似.表层土壤养分相对较高有两方面的原因:首先,植物根系吸收的养分(包括来自深层土壤)随着枯枝落叶的分解,归还到土壤表层,在土壤表层呈现养分的相对富集.其次,干湿沉降输入,尤其是氮沉降,即使是在工业革命前,每年也有相当的氮的输入;随着工农业的发展,氮沉降进一步增加.因此,呈现由上至下的迁移格局.随着海拔的升高,土壤容重呈现降低的趋势,其原因是由于土壤质地发生变化的结果,随着海拔的升高,土壤细颗粒比例降低,孔隙度增加.而有机质随着海拔的升高而增加,则可能是随着海拔的增高,温度逐渐降低,微生物及土壤动物数量和活性的降低,从而导致有机质分解速率低,有机质累积.这一变化规律与其他山地基本一致,如中亚热带地区湖南连云山和万洋山A层土壤有机质含量随海拔升高而增加,贡嘎山东坡土壤有机质分布随着海拔的升高而增加,与海拔呈显著正相关.在贺兰山西坡,随海拔的升高,土壤有机质含量增加,土壤容重降低,土壤含水量增加.西天目山土壤pH值在低海拔处高,随海拔升高而降低,在海拔1150m处最低.究其原因,可能与该处位于天目山云雾带,降水丰富,酸性物质的沉降较多有关.土壤pH值的海拔分布格局与西天目山柳杉的受害格局相符:海拔1150m处的老殿景区是柳杉古树衰退最严重的地段;而在较低海拔处,柳杉的受害相对较轻.这一现象以及2006年与1995年土壤pH值的变化情况证实了酸沉降与近年来西天目山柳杉古树的衰退和死亡有较强的相关性.1995年不同海拔土壤pH值为5.0~5.6,低海拔350m处最低,以上海拔pH值的变化不大;11年后土壤各层pH值普遍低于5.0,尤其是中高海拔处,pH值降低最严重.采用成对样本t检验,表明2006年土壤pH值显著低于1995年和1986年,显示出西天目山10年间呈现明显的酸化.近20多年来随着经济的发展,我国南方地区存在着普遍的酸沉降,近年来亚热带山地酸化现象比较普遍;对衡山土壤pH值对比研究表明,2001年土壤pH值也普遍低于1983年的数值,反映了酸沉降加速了衡山土壤酸化进程.生态系统内和生态系统外的酸性物质都可能导致土壤酸化.生态系统内的酸性物质主要是生物(尤其是植物)分泌的有机酸以及凋落物的分解产物,然而,生态系统内部产生的酸性物质积累导致土壤酸化并影响到物种的生长,往往需要很长的时间,并且范围有限,不大可能在短期内导致大范围的土壤酸化.因此,西天目山土壤酸化的主要来源在该生态系统之外.生态系统之外的酸性物质主要是通过干湿沉降输入,在我国其成分主要为化石燃料燃烧排放