土壤与环境
SOIL　AND　ENVIRONMENTAL　SCIENCES
1999年　第8卷　第2期　Vol.8　No.2　1999



陆地生态系统酸沉降缓冲能力影响因素
毛友发 仇荣亮 温志良
摘要　陆地生态系统对酸沉降的缓冲作用主要由土壤和植被完成。影响两者缓冲能力的因素不仅仅局限于土壤的有关性质，故应全面考察影响缓冲能力的各种因素，其中包括土壤、植被和气候因素。
关键词　陆地生态系统；酸沉降；缓冲能力影响因素
Factors Influencing Buffering Ability of Land-Ecosystem. Mao Youfa, Qiu Rongliang and Wen Zhiliang (Department of Environmental Science, Zhongshan University, Guangzhou 510275). Soil & Environ Sci, 1999, 8(2): 141～143
The buffering function to acid rain deposition is mainly fulfilled by soil and plant. The factors that influence their buffering capability of terriecosystem include soil physico-chemical properties, ecological factors and climatic factors.
Key words　terriecosystem; acid deposition; buffering ability
　　酸雨是酸性沉降物的总称，它包括干沉降和湿沉降。目前酸雨正向全球扩展，成为严重威胁世界的环境问题。酸雨对生物、建筑材料、文物和人体健康带来明显影响；特别是对森林和湖泊的危害，已成为国际纠纷的焦点[1]。
　　我国酸雨主要分布在秦岭淮河以南；尽管受到一定远距离扩散输送的影响，我国酸雨降水仍以城市局部污染为主。1996年酸雨污染普遍加重，分布区域有所扩展。据84个国控网络城市监测，降水年均pH＜5.6的城市有43个，其中长沙降水平均pH达到3.54，为监测城市的最低值[2]。广东省形成了以韶关、汕头、广州三个城市为中心的三角形重酸雨沉降区[3]。
　　生态系统对酸沉降缓冲能力被定性描述为生态系统对酸沉降的敏感性。敏感性是表征系统是否易受酸沉降危害的特征量，可以定义为“重要变量对强制变量的响应程度”。目前还没有评价生态系统对酸沉降的敏感性的统一标准，其等级分类带有一定的主观随意性。80年代初，欧洲和加拿大纷纷开展了酸沉降临界负荷研究，酸沉降对生态系统影响的研究也逐渐过渡到定量阶段。临界负荷是生态系统可以接受的不致使生态系统发生任何长期有害影响的最高沉降量，表征了酸沉降危害的阀值。无论那种评价方法，都必须全面考虑生态系统中影响其缓冲能力的各种生态因子。
1　土壤对陆地生态系统缓冲能力的影响
　　近年来许多科学家的研究工作表明，酸雨对森林的直接危害仅在降水酸度很高（pH≤3.0）时才会出现[4]；同时发现森林生态系统对酸雨的反应主要取决于土壤而不是植物本身的作用。因此土壤是陆地生态系统对酸沉降的主要缓冲者。影响土壤对酸沉降缓冲能力的因素很多，国内外学者的观点也不太一致。McFee认为四个重要的参数是：阳离子吸附总量（CEC）、盐基饱和度、土壤管理（包括施肥和灌溉）、碳酸盐含量。刘怀全等[5]根据土壤盐基离子交换量（BEC），参考了土壤缓冲极限pH和风化壳类型，将我国土壤对酸雨敏感性分为四级。
　　归纳起来，土壤对酸沉降缓冲能力影响因素有以下几种。
1.1　土壤的类型与土壤的基本理化性质
　　粘质土壤对酸化较不敏感，而砂质土壤较为敏感。我国南方土壤的土壤酸表观缓冲能力表现为变性土＞石灰土＞滨海盐土＞人为土（潮土）＞铁铝土纲系列[6]。不同类型土壤缓冲能力的差异与土壤的基本理化性质有关，例如，土壤质地、阳离子吸附量（CEC）、盐基饱和度、有机质含量、碳酸盐含量、氧化物含量及其活化程度。
1.2　成土母质的影响
　　成土母质对土壤的发育程度和土壤中各种矿物的组成有重大影响。不同矿物风化释放阳离子的速率是不同的，从而影响酸沉降缓冲能力。例如，SiO2 对酸雨无缓冲能力；易风化矿物，例如，橄榄石、辉石，对酸雨的反应快，缓冲能力极强[1]。而粘土矿物风化速率低，缓冲强度小，但在低pH条件下仍是重要的质子缓冲源。
1.3　土地利用对酸沉降缓冲能力的影响
　　施氮肥通常使土壤可溶性盐增加，这种增加对于酸性土壤可能释放铝而导致危害加剧[7]。施尿素能改变酸性土壤中的阳离子对酸雨的敏感性，使Ca2+ 淋失量减少10％～80%。施加石灰可以提高土壤pH和Ca的饱和度，从而有利于减少土壤酸化的危险。
2　生物对酸沉降缓冲能力的影响
2.1　植被与酸沉降的相互作用
　　植被通过对酸沉降截留、收集和蓄存作用，叶面对酸性气体和气溶胶的吸收作用，叶片的分泌作用以及降水对灌层的洗脱作用等过程，影响整个生态系统对酸沉降的缓冲能力。不同类型的冠层接受的干沉降量为：针叶林冠＞阔叶林冠＞开旷地。不同冠层叶片各种离子的分泌量也不同。矿物质分泌量为：阔叶林＞针叶林，其中Ca2+，Mg2+分泌量，阔叶林分别是针叶林的7.3和2.5倍[8]；而酸性物质的分泌量则是阔叶林＜针叶林，其中阔叶林SO42-的分泌量只有针叶林的1/3左右。针叶植物通过分泌和释放酸性物质使雾水酸度增加，而雾水中H+与叶片中结合态阳离子进行交换，使雾水酸度降低[9～10]。
2.2　落叶层对酸沉降的缓冲作用
　　落叶层通过与质子体交换，可以起到缓冲作用。据Radi Salim[11]的研究，腐烂叶片能够减轻酸雨的有害影响。他还对不同落叶层的缓冲能力作了比较，得出：榕树＞柏树≈金鸡纳树＞松树＞栎树。汪思龙、陈楚莹[12]则对木荷凋落物和杉木凋落物作了比较，认为木荷凋落物的缓冲能力更强，对木荷根系有明显恢复作用。而且凋落物使土壤有机质含量增加（木荷＞杉木）。有机物含量增加，能减轻酸化土壤中的Al对作物的毒害性[13～14]。另据研究，大部分树种凋落物对酸沉降的缓冲速率和缓冲能力与树叶的质地有关：树叶基质层厚的树种，其缓冲速度和缓冲能力都优于基质层薄的树叶[15]。
2.3　微生物对酸沉降缓冲能力的影响
　　微生物活动承担着一系列很复杂的生物化学过程。真菌的菌根能吸收矿质养分、氮、水分；许多真菌还能产生生长激素和化合物，促进植物生长，增强植物对病原菌的抵抗力[16]。当细菌、酵母菌、放线菌、固氮菌等微生物的活性降低时，落叶层和土壤有机质分解缓慢，养分和碱性阳离子返回到土壤表面的过程也变得迟缓，同时硝化、固氮、脱氮等微生物反应也受到妨碍，从而使整个生态系统对酸雨的抵抗力降低。
3　气候对陆地生态系统缓冲能力的影响
　　太阳光的强度和水蒸气浓度因能影响SO2转化速率而影响生态系统的缓冲能力[17]。各种气候因子中能够产生重大影响的还有降雨量。降雨量增加，土壤水流量加大，盐基离子淋溶速率加大，从而降低了土壤缓冲能力；同时铝和其他酸性离子的大量淋溶，增强了酸雨对生态系统的危害。在实际应用中，常用土壤干燥度D值（即降雨量与潜在水蒸发蒸腾总量的比值）来度量降雨量效率。当D值高时，土壤湿度高，这些区域的土壤盐基离子可能大量淋溶；当D值低时，土壤干燥，植物通过毛细管作用，将深层土壤中的可溶碱性物质吸收到土壤表面并累积起来，从而提高土壤的缓冲能力[18]。
作者单位：中山大学环境科学系，广州 510275
参考文献
1　冯宗炜. 酸雨对生态系统的影响. 北京: 中国科学技术出版社，1993. 1
2　中国环境年鉴编写组. 中国环境年鉴. 北京: 中国年鉴出版社，1997. 79
3　仇荣亮，吴箐. 陆地生态环境酸沉降敏感性研究. 环境科学进展，1997. 5(4): 8～12
4　Slankis V. Soil factors influencing formation. Annual review of phytopathology, 1974(12): 431～455
5　刘怀全，赵殿五. 我国环境对酸沉降敏感性初探. 酸雨，1984(2): 13～17
6　仇荣亮，张云霓. 南方土壤酸沉降敏感性研究Ⅰ.中山大学学报（自然科学版），1997. 36(5): 78～83
7　MEIWES K J. Forest ecology and management. 陆地生态译报，1986(15): 161～179
8　周修萍，向锋. 酸沉降与土壤、植被的相互作用及其对水体酸化影响的模型研究. 中国环境科学，1993, 13(2): 90～94
9　曹洪法，王炜. 森林冠层对酸雨的反应及其影响. 环境科学研究，1992. 9(2): 81～85
10　王炜，曹洪法. 衡山酸性云水对森林冠层的作用. 环境科学研究，1993. 6(6): 32～37
11　Radi Salim.A role for decaying leaves in mitigating the harmful effects of acid rain. J environ sci health A, 1994, 115～127
12　汪思龙，陈楚莹. 凋落物对土壤酸化的缓冲及其对根系生长的影响. 生态学报，1992, 11(4): 11～17
13　Young S D, Bache B W.Aluminium-organic complexation: formation constants and a speciation model for the soil solution. J soil sci, 1985(36): 261～269
14　Hue N V. Effect of organic acids on aluminium toxicity in subsoil. soi sci, 1986(50): 28～34
15　郑仕坚. 树冠及叶凋落物对模拟酸雨缓冲能力的初探. 环境科学，1992, 13(3): 10～17
16　James M T, Chris M. Mushrooms and mans: an interdisciplinary approch to mycology. 陆地生态译报，1986(2): 103～107
17　王文兴. 中国酸雨成因研究. 中国环境科学，1994, 14(5): 323
18　郝吉明. 生态系统对酸沉降相对敏感性的评价原则和方法. 环境科学，1996, 17(3): 77
收稿日期：1999－01－05
