广西岩溶植被的生态水文地球化学效应——以弄拉次生林为例

摘要

生态系统退化问题是阻碍国民经济发展的重大问题。在岩溶分布广泛的广西，生态系统退化问题更加严重，以石漠化现象表现出来，如何进行岩溶区生态系统的恢复和重建，成为广西当前的重大课题。要恢复和重建本区退化的生态系统，阻击石漠化，必须明确岩溶植被的生态水文地球化学效应。目前对岩溶植被的生态水文地球化学效应研究不多，一些规律还没有查清，不利于进行有关方面的决策。 本研究通过对广西马山弄拉生态监测站封山育林40 多年后形成的以常绿阔叶林为主的次生林的生态水文地球化学效应进行采样分析、仪器监测和数据处理，力图对岩溶植被的生态水文地球化学效应进行初步探讨。 研究表明，大气降雨经过森林植被层后，化学成分(K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、游离CO2、TC、DOC 和DIC）的总含量增加了，如游离CO2 由大气降雨中的3.81mg·L-1，增加至穿透雨中的4.55mg·L-1 和树干径流雨中的6.1mg·L-1；各种养分元素表现出不同的变化，根据淋溶系数的大小排列穿透雨中各离子的淋溶序列为：K+﹥Mg2+﹥Cl- ﹥HCO3-﹥Ca2+﹥Na+，其中Cl- 、HCO3- 、Na+和Ca2+为负淋溶，K+ 和Mg2+为正淋溶，树干径流雨中各离子的淋溶序列为：K+﹥Mg2+﹥HCO3-﹥Ca2+﹥Cl-﹥Na+，相对穿透雨来说，树干径流雨中Cl-和Na+减少，其余各离子都增加了，即其它各离子的富集作用比穿透雨强；总酸度也增加了，各类水样总酸度的变化与游离CO2 含量的变化呈正相关，雨水酸度的降低主要是由溶解游离CO2 的增加而引起的；穿透雨和树干径流雨的pH 值较大气降雨表现为下降，电导率上升。 在相同的自然条件下(降雨量、光照等)，以常绿阔叶林为主的次生林下收集到的土壤水多于稀疏灌丛下收集到的土壤水；以常绿阔叶林为主的次生林下的土壤自然含水量高于稀疏灌丛下的土壤自然含水量。不同的植被-土壤系统对大气降雨的水化学总效应基本相同，即总的化学物质量增加了，东旺和弄拉两个不同的植被-土壤系统对大气降雨的水化学影响程度不一样，与大气降雨相比，两个不同的植被-土壤系统都能增加土壤水化学物质的含量；两地土壤水相比，弄拉土壤水中Ca2+、Mg2+和HCO3-的含量比东旺土壤水低，Cl-、SO42-、K+、Na+、和游离CO2 的含量比东旺高，东旺土壤水较弄拉土壤水酸度小，硬度大。弄拉兰电堂泉水中各化学物质的变异系数较大气降雨、穿透雨和树干径流雨中的都小，泉水物理化学特征比较稳定；受其上覆盖的植被的影响，弄拉兰电堂泉的各离子总含量、pH 值、电导率、HCO3-、固定CO2、总硬度和总碱度都要比桂林丫吉村草木灌丛区内的S25 表层岩溶泉高；弄拉兰电堂泉Ca2+和HCO3-以及TC 和DIC 的含量高于上弄拉泉和东旺泉；兰电堂泉水文地球化学特征表明，封山育林后形成的次生林对大气降雨的稀释效应具有缓冲作用；其水温受气温的影响较大，从昼夜变化来看，植被的光合作用和呼吸作用对泉水的影响效果较明显，从整年的时间尺度来看，植被的光合作用和呼吸作用所产生的CO2 浓度梯度对表层岩溶泉水物理化学特征的影响不是很明显。 被岩溶植被酸化后的水样，携带大量的游离CO2 进入岩溶动力系统后，可打破CO2-水-岩石三相的平衡，增强岩溶作用强度，促进岩溶作用和岩溶生态系统的碳循环，植被涵养水源的功能可以延长岩溶作用时间，增强岩溶作用强度；经过森林植被后的大气降雨向岩溶生态系统输入大量的营养物质，增加土壤中某些碱性元素的有效态，从而有更多的养分物质提供给植被，加速生长发育和正向演替。 以上对岩溶植被的生态水文地球化学效应的研究只是停留在表面，没有深入具体地研究，所以许多问题还有待进一步探讨和研究。但可以得出一个基本的结论：岩溶植被不但具有非岩溶区植被同样的生态水文地球化学效应，还有其特有的与岩溶相关的生态水文地球化学效应，要从根本上改善岩溶生态环境，必须进行岩溶植被的恢复和重建，这是岩溶生态系统良性循环的关键所在。