（环境科学专业论文）五种林地地表锦丝藓的13种元素含量比较研究.pdf

1 9 9 4 年采伐迹地的低，比原始林含量高。元素c a 、m n 、n a 和有机c 的含 量在4 个采伐迹地中没有显著差异：元素z n 的含量与其他元素稍微不一样， 其最高含量是在1 9 9 7 年的采伐迹地， 1 9 9 4 年采伐迹地的含量相对比较低。 其次是1 9 9 8 年采伐迹地，1 9 9 0 年和 根据采伐迹地恢复情况和元素性质的 不同，将元素分为4 类：第一类为c a 、m n 、n a 和有机c ，这类元素的含量 随时问的变化不大，分析其原因可能是恢复得快，其后一段时间内趋于稳定： 第二类是z n ，该元素在伐后5 6 a 达到最高，然后恢复到伐前状态；第三 类是a 1 、c r 、c u 、f e 、m g 和n i ，森林砍伐后刚开始几年，这6 个元素的 在土壤中含量得到增加，到第8 a 前后增加到最大，然后随着植被的恢复， 在这1 2 a 之间含量趋于稳定；最后一类是b a 和k ，这2 个元素在土壤中恢 复得较前三类元素慢，随着恢复时间的推移可能还有继续增高的趋势。 关键词：采伐迹地锦丝藓元素含量微波消解原子发射光谱 r e s e a r c ho nc o n c e n t r a t i o no f 1 3e l e m e n t si na c t i n o t h u i d i u m h o o k e r i ( m i t t ) b r o t h i n5f o r e s tf l o o r s m a j o r ：e n v i r o n m e n t a l s c i e n c e g r a d u a t e ：w uh o n g y u e s u p e r v i s o r ：w a n g a n i nt h i sp a p e rt h em e t h o do fm e a s u r i n gt h ec o n c e n t r a t i o no fc h e m i c a le l e m e n t s i nm o s sb ym e a n so f m i c r o w a v ed i g e s t i o na n di c p a e si ss t u d i e db ym e a s u r i n gt h e c o n c e n t r a t i o no fc h e m i c a le l e m e m si na c t i n o t h u i d i u mh o o k e r i ( m i t t 、b r o t hi n4 c u t o v e r sa n d1p r i m e v a lf o r e s to fr a n g t a n gc o u n t y ，s i c h u a np r o v i n c e t h e nt h el e v e l a n dc h a r a c t e r i s t i co ft h ec h e m i c a le l e m e n t si na c t i n o t h u i 西l l mh o o k e r i ( m i t t 1b r o t h i nd i f 佬r e n tc o n d i t i o n s i su n c o v e r e da n dt h e h y p o t h e s i s w eh a v em a d et h a t c l e a r c u t t i n gh a d e v i d e n ti n f l u e n c eo nt h ec o n c e n t r a t i o no ft h ec h e m i c a le l e m e n t so f m o s si nf o r e s tf l o o ri sv e r i f i e di no r d e rt op r o v i d es c i e n t i f i cr e f e r e n c e sf o rd e e p l y s t u d y i n g o nt h ec y c l eo f e l e m e n t si nm o s sa n de c o l o g i c a lr e c o n s t r u c t i o no f c u t o v e r s a t i e rm e a s u r i n gt h ec o n c e n t r a t i o n so f13e l e m e n t si na c t i n o t h u i 讲l l mh o o k e r f ( m i t t ) b r o t hi n5d i f f e r e n tc o n d i t i o n sa n dd i s c u s s i n gt h er e s u l t s ，s u c hc o n c l u s i o n s a r ed r e wa sf o l l o w s ： 1 e x p e d m e n t ss h o wt h a tu s i n gh n 0 3 一h 2 0 2f o rm i c r o w a v ed i g e s t i o ns y s t e ma n d 1 c p a e st om e a s l l r et h ec o n c e n t r a t i o no fc h e m i c a le l e m e n t si nm o s si sf e a s i b l e a n dr e l i a b l e 2 t h ec i r c u m s t a n c eo fa c t i n o t h u i d i u mh o o k e r i ( m i t t ) b r o t hi nf o r e s tf l o o ri s c h a n g e d b e c a u s eo f c l e a r c u t t i n g ，w h i c h i sa ne v i d e n ti n f l u e n c e o nt h e c o n c e n t r a t i o no ft h ee l e m e n t s ，t h ec o n c e n t r a t i o no f1 3e l e m e n t se s p e c i a lf o rb a ， c a ，a n dm g w em e a s u r e di nt h ep r i m e v a lf o r e s ti st h el o w e s te x c e p tf o ro r g a n i c c s ot h eh y p o t h e s i sw eh a v em a d ei ss u b s t a n t i a t e dt h a tc l e a r c u t t i n gh a de v i d e n t i n f l u e n c eo nt h ec o n c e n t r a t i o n so ft h ec h e m i c a le l e m e n t so fm o s si nf o r e s tf l o o r u n d e rc o n d i t i o no ft h ee x p e r i m e n t s ，t h er e s u l t s o fm e a s u r e m e n ts h o wt h a t c l e a r c u t t i n gh a sm o r ei n f l u e n c eo n t h ec o n c e n t r a t i o no fb a , c a ，a n dm g ，a n d l i t t l ei n f l u e n c eo nt h a to ft h er e s te l e m e n t s ，w h i c hp r o v i d e ss c i e n t i f i cr e f e r e n c e s f o r d e e p l ys t u d y i n g o nt h e c y c l e o fe l e m e n t si nm o s sa n d e c o l o g i c a l r e c o n s t r u c t i o no f c u t o v e r s 3 a m o n g13e l e m e n t sw e m e a s u r e d ，t h ec o n c e n t r a t i o no f8e l e m e n t si sh i g h e ri n 1 9 9 4c u t o v e ro ft h e4c u t o v e r se x c e p tf o rc a ，m n ，n a , z n ，o r g a n i cc ，a n dt h e c o n c e n t r a t i o no fa i ，f e ，a n dm gi st h eh i g h e s t t h ec o n c e n t r a t i o no ft h ea l l e l e m e n t si n1 9 9 0 ，1 9 9 7 ，a n d1 9 9 8c u t o v e r sh a sl e s sr e g u l a r i t nw h i c hi sl o w e r t h a nt h a ti n1 9 9 4c u t o v e ra n dh i g h e rt h a nt h a t i n p r i m e v a l f o r e s t t h e c o n c e n t r a t i o no fc a ，m n ，n a ，a n do r g a n i ccs h o wn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e t h e c o n c e n t r a t i o no f z ni sd i f f e r e n tf r o mo t h e r s t h eh i g h e s tc o n c e n t r a t i o n a p p e a r si n 1 9 9 7c u t o v e r , f o ra n o t h e ri n1 9 9 8c u t o v e r , a n dt h el o w e s ti n1 9 9 0a n d1 9 9 4 c u t o v e r s w ed i v i d e1 3e l e m e n t si n t o4c a t e g o r i e sa c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo f t h e r e c o v e r yo fc u t o v e r sa n d 血ec h a r a c t e r i s t i c o fe l e m e n t s t h ef i r s tc l a s s i n c l u d e sc a , m n ，n a ，a n do r g a n i cc ，c o n c e n t r a t i o no fw h i c hh a r d l yo rl e s s c h a n g e sw i t l lt i m ep a s s i n g t h er e a s o nm a y b el i e s i nr e c o v e r i n gq u i c k l ya n d t e n d i n gt os t e a d ya f t e r w a r d t h es e c o n dc l a s si sz n ，c o n c e n t r a t i o no fw h i c hi s h i g h e s ti n5 - 6y e a r sa f t e rc u t t i n g ，a n dt h e nr e c o v e r st oo r i g i n a ls t a t u s t h et h i r d i n c l u d e sa 1 ，c r , c mf e ，m g ，a n dn i ，c o n c e n t r a t i o no fw h i c hi ns o i li n c r e a s e si n t h ef i r s tf e w y e a r sa f t e rc l e a r - c u t t i n g ，a n dt h e na t t a i n st ot h em a x i m u m i nt h e8 t h y e a r , f i n a l l yt e n d st os t e a d yd a r i n gt h e 1 2y e a r sa l o n gw i t ht h er e c o v e r yo f v e g e t a t i o n t h ef i n a lc l a s sc o m p r i s e sb aa n df e ，w h i c hr e c o v e r ss l o w e rt h a nt h e o t h e rc l a s s e sa n d m a y b eg o o n i n c r e a s i n gw i t l lt i m ep a s s i n g k e yw o r d s ：c u t o v e r ，a c t i n o t h u i d i u mh o o k e r i ( m i u ) b r o t h ， c o n c e n t r a t i o no f e l e m e n t s ，m i c r o w a v e d i g e s t i o n ，i c p - a e s 四川大学硕士学位论义 萏藓是一类从水生向陆生生活过渡的植物类群，是世界生物多样性必不可 少的重要组成。据不完全统计，全世晃苔藓植物目前有2 3 ，0 0 0 多种，而我国有 近2 7 0 9 种“。它们几乎存在于所有的生态系统中，成为生态系统的重要生产 者【2 1 ，在物质循环和能量流动中发挥着重要作用。但苔藓植物体形矮小、传统 上缺乏广泛的经济价值，而常为人们忽视。由于苔藓在生物学、生态学上的特 性独特，大多又生长于弱光、高湿或干旱、低温、贫养等特殊生境中，植物组 织结构简单，不具备发达的输导组织，不具备真正的根系，不利于从土壤等基 质中吸收营养，虽然具有性繁殖能力，但大多数具有极强的无性繁殖能力1 1 】， 因而苔藓植物具有较为特殊的生态适应对策和适应能力，成为生态系统演变关 键的拓荒者之。一些研究己表明，苔藓植物在植物系统演化中有其特殊的地 位，在水土保持，维持生态系统功能( 特别是热带雨林，冻原等) ，推动植被演 替变化，指示环境质量与变化等方面有其独到之处。 目前，对苔藓植物体内元素的研究多数集中在对污染区元素的累积及其对 污染的指示作用方面，对其在生物圈中元素的循环研究得相对较少，在人类活 动对其元素的影响方面研究的就更少了。研究苔藓植物体内部分元素的含量、 特点及人类活动带来的影响，有利于揭示影响苔藓植物体内元素的组成、含量 特点等的因素，从而为苔藓植物作为指示生物提供更可靠的依据。 1 文献综述 1 1 苔藓植物化学元素组成、含量及其来源 1 1 1 苔藓植物的化学元素组成及其含量 苔藓植物没有根系和角质层，阳离子交换能力( c e c ) 强】，植株的表面 积与容积之比较高翰，积累金属的能力比其它类群的植物更强1 7 1 其体内能检测 到大量的化学元素。初步统计，苔藓植物体内至少含有6 4 种元素，其含量水平 如表1 所示。 虽然，苔藓究竟能积累多少化学元素，在那儿积累? 能积累几成元素? 这 叫川大学硕l 学位论文 些问题都不清楚，但苔藓植物体内的化学元素含量水平差异十分明显，因此根 据它们在苔藓体内含量高低( 表1 ) ，基本上可以分为5 类。一类是大量元素， 如c 、o 、h ，是苔藓的构造元素，必不可少。第二类元素目前最大检测含量一 般在1 0 0 0 2 9 g 。1 以上，可称为主要累积元素或主量元素，包括甜、c a 、f e 、 k 、m g 、m n 、n a 、p 、p b 、s 、z n 这1 1 种元素。除p b 外，它们的最低含量均 较高，表明苔藓体内这1 1 种主量元素在生物地球循环过程中的作用相当重要， 在研究苔藓植物化学元素循环过程中应予以足够的关注和重视。从已有的研究 来看，苔藓植株中f e 和a 1 的累积量最高，达1 0 0 0 0 2 1 0 0 0 “g - g ，可能是苔 藓最能积累、最能忍耐的元素种类。p b 在苔藓中的最低含量为o 0 3 解g ， 而在污染区最高含量监测达到1 5 0 0 a g g ，表明p b 虽然不是主量元素，但是 苔藓植物主要的累积元素之一，因此将其也归为主要累积元素。第三类元素目 前最大检测含量般在1 0 0 1 0 0 0 f i g g ，但最低含量较低，很多种类甚至无 法检测到，称为累积常量元素，包括a s 、b 、b a 、c r 、c u 、n i 、s r 、s n 、t i 等 9 种元素。第四类元素目前最大检测含量一般在1 1 0 0 l g g ，而最低含量一 般极低，甚至无法检测到，可称之为累积微量元素，这类元素包括b r 、c d 、c e 、 c o 、c s 、g a ，g e ，h g ，l a ，l i ，m o 、n d ，r b 、p r ，s e 、s c 、t h ，t i ，v 、w 、 y 、z r 等2 2 种元素。第五类元素目前最大检狈4 含量一般在l 馏g 。左右，含量 甚微，其最低含量仪器无法检出，归为痕量元素类，这类元素包括a 2 、b i 、 d y 、e r 、e u 、g d 、h f 、h o 、n b 、s m 、t b 、t e 、t m 、u 、y b 等1 5 种元素。 苔藓植物所需的化学元素与维管束植物是相似的【2 】，但与其它高等植物相 比，除c 、n 、p 、k 、c a 、s 、m g 、f e 、m n 等元素是苔藓体内必须的营养元 素外，苔藓植物所含元素有其特殊性。植物体中化学元素含量多少取决于植物 种类及其生存环境，以水生苔藓植物为例，水生维管束植物与陆地维管束植物 的c ：n ：p 比基本保持一致( 1 4 5 ：1 4 5 ：1 ) ，然而水生藓类c ：n ：p 则与维管束植物 不同。水生藓类的c ：n 比是1 2 ：1 而非1 0 ：1 。水生藓类k 的含量也比维管束植 物低，前者一般含k l l g 妇。干重，而后者为2 0 - - - 5 0 9 k g 。干重 甜。 大量元素、主量元素和累积常量元素，如a i 、c a 、c 1 、c r 、c u 、f e 、k 、 m g 、n a 、p 、p b 、s 、z n 等已经在苔藓植物中进行了大量的研究1 7 t 6 l ，部分累 积微量元素和痕量元素在苔藓植物中做过少量的研究，如a s 、a g 、b 、b a 、c d 、 四川i 大学硕上学位论文 c o 、h g 、l a 、l i 、n i 、s b 、s n 、s r 、t 1 1 7 - 1 9 1 等，其余痕量元素的研究仅在少 数特殊的实验中进行【”1 。 表1 苔藓植物体内各种化学元素含量 元元素含量文献元 元素含量文献元元素含量 文献 耋堡：曼：!堂丝室丝：墨：! 堂竺室丝：墨：!堂竺 a g n d 0 2 4 9 ，1 3 a i8 7 pi 0 0 0 0 【8 9 】 a sn d 3 7 2 【9 ，1 7 bn d 1 5 9 b i00 0 1 2 - 08 c dn d 0 4 c rn d 一2 9 0 【8 ，1 6 1 b a 【9 】 b r i9 ，1 4 】 c e 【9 ，1 5 】 c s 26 - 7 2 0 37 83 6 0 1 2 - 1 08 00 1 9 - 3 l 【7 ，9 1 b e 【1 3 ，1 8 】 c a 【9 ，1 8 】 c o 9 l c u n d - 0 3 7 1 5 0 0 , - 1 6 2 5 0 n d 2 6 n d 6 5 0 【殳1 3 1 7 9 】 f 7 l 【7 1 0 】 d y 0 0 0 2 8 0 , 5 3 9 1 e r 0 0 0 0 4 5 0 2 9 【9 】 e u0 0 0 2 3 01 2 1 9 f e3 弘2 1 0 0 0 9 ，i l 】 g a0l 扯1 6 【9 】 g d0 0 0 3 6 08 9 【9 g e 0 2 4 _ 1 1 9 1 h fn d - 0 6 0 【9 ，1 3 1h g n d i 7 7 8 1 h on m 0 0 9 7 【9 k4 6 8 8 9 8 5 【7 ，1 2 1 l a 0 0 6 7 6 2 2 【9 1 8 l l i0 0 2 7 26 9 1 l u n d - - 0 0 2 2 【9 ，1 3 1m g 5 4 4 3 5 0 0 f 7 8 1 m n1 6 2 7 5 0 7 - 1 4 m on d i i 9 1 n a2 72 1 4 7 5 3 1 8 1 3 1 n bn d 08 0 9 j n d0 , 0 5 1 5 i 【9 】 n i 0 0 0 2 3 9 6 1 21 5 1 p 7 6 0 2 8 3 0 1 8 1 p b0 0 3 1 5 0 0 1 1 2 ，1 4 1 r b l2 - 7 4 9 1 p r0 , 0 1 3 15 9 1 s5 4 3 2 2 3 6 【1 5 1 6 l s b 0 0 0 8 3 5 5 6 1 f 9 ，1 7 1 s cn d “11 【8 1 8 】 s en d 2 9 8 ，9 1 s mn d 0 9 4 9 1 s nn d 1 0 8 f 9 ，1 7 1 s r 2 8 1 3 8 【7 9 1 t b 0 0 0 3 6 0 1 1 9 1 rn d 0 0 8 9 19thn d i2 【8 1 8 】t i 1 0 3 1 0 9 1 9 1 t 10 0 0 2 2 14 【9 t mn d - - 0 0 3 9 【9 】 u 0 0 0 2 8 02 9 9 1 3 1 v n d 9 38 【9 ，1 5 1 wn d 1 5 9 1 y0 0 3 6 23 1 8 9 1 n d ：无法检测出 3 叫川大学硕士学位论文 11 2 苔藓植物所含元素来源 苔藓植物所含元素的来源一直是个争论性的问题。早期的研究表明，苔藓 植物所含元素主要来源于大气沉降( 降水、尘埃) 。2 0 世纪8 0 年代后期，随着 人们对苔藓植物与环境相互关系研究的深入，人们开始怀疑大气并不是苔藓植 物养分的唯一来源，认为土壤以及岩石表面风化物也是苔藓植物，特别是土生 和石生苔藓的重要来源。通常羽状苔藓更容易吸收大气沉降中的营养物质，而 其它苔藓则可能更多的从基质( s u b s t r a t e ) 中吸收。 1 2 2 1 大气沉降 苔藓植物没有根系和角质层，阳离子交换能力( c e c ) 强【4 。l ，大多是变水 植物，输导组织不发达，只能从大气沉降中获得营养物质，同时吸收大气降水 中携带的化学元素 1 7 , 2 1 - 2 5 】，因此普遍认为它们是从大气降水、降尘( 干沉降或 湿沉降) 中获得营养物质 2 “。土壤、岩石中释放出来的扬尘沉降在苔藓植物上 以后，虽然不清楚其作用的机理，但苔藓却能吸收其中的营养元素。b a r g a g l l t ”l 和s t e i n n e s l 2 8 1 发现，本地的尘土是影响苔藓化学组成与含量的主要因素。有证 据表明，在遥远的荒地，没有经过雨水洗刷的苔藓体内元素含量受到扬尘的影 响】。在一个对葡萄牙苔藓的研究中发现，尘土可能是苔藓中的f e 、c r 和m n 元素的主要来源，因为这些地区比较干燥，植物覆盖率很低，土壤侵蚀率又很 高，风和雨容易将尘土中的元素释放出来【3 0 】。g e r d o l 3 1 1 在意大利北部的研究中 发现，塔藓( h y l o c o m i u ms p l e n d e n s ) 中c d 和p b 的含量与当地的降水中的元素 含量有显著的相关性。a c e t o ”1 等测定了意大利p i e d m o n t 地区真藓( b r y u m a r g e n t e u m ) 中的k 、p 、a i 、c a 、f e 、m g 、m n 、n a 、t i 、z n 、a s 、b a 、c d 、 c o 、c r 、c u 、l i 、n i 、p b 和s r 等元素的含量后发现，元素含量与样地的大气 污染程度有明显的相关关系。而1 9 8 5 1 9 9 0 年，芬兰的大气重金属沉降随时间 的变化情况就是由苔藓监测获得的。h a r j a v a t a 冶炼厂附近、t o r r i o 炼钢厂附近 的污染排放使当地苔藓体内重金属元素c r 、c u 和n i 的含量增加，临近芬兰一 俄罗斯边缘靠近k o l a 半岛的l a p l a n d 东北部等地区的苔藓，其体内的这三个元 素含量在这两处最高，并且据推测c d 、p b 和v 是从欧洲中部和东部大气大范 围转移过来的【”。 四川大学硕i 二学位论文 苔藓植物除直接接受降雨携带的元素外，接受树冠淋溶也是其获得营养的 另一途径。k 和p 容易从树木的叶片上淋溶下来，因此柬自树冠淋溶的钾和磷 是林下苔藓植物主要的来源 2 。在北方针叶林中，通过对不同苔藓种类的研究， 发现树木的淋溶以及雨水中所含的大气尘粒是苔藓植物矿质养分的主要来源 3 4 】。 在沿海地区，海上气溶胶也会改变苔藓的化学信剧3 5 j 。从巴伦支海海岸线 到内陆南部地区，苔藓中n a 元素含量逐渐减少，而挪威和俄罗斯的海岸线附 近的苔藓则有较高的m g 含量，这就反映了苔藓通过海浪吸收元素的情况口“。 由此，可以推断苔藓在被动地吸收大气沉降的同时，将其作为营养物质。 1 2 2 2 生长基质 苔藓用于生物监测是基于体内所有元素都来源于大气这一假设，目前关于 苔藓植物对生长基质的吸收和同化作用经常被忽略 2 7 1 。尽管常规的观点认为苔 藓能反映大气元素的输入，但发现苔藓生长的表面基质( 表土和基岩) 对苔藓 大多元素的组成有极其重要的影响。许多生物监测基于背景因子分析，研究解 释了元素吸入的来源，但只有少部分人对苔藓内含物和实际样地的特征参数如 岩性、土壤学、植物郁闭度和气候特征建立了关系1 3 0 】，进行了比较。对于一般 的苔藓而不是羽状苔藓，除了从大气中获得矿质元素外，还从基质中吸收。 对于苔藓植物受土壤影响的研究文献很少，但有迹象表明，其生长土壤对 苔藓植物体内的化学元素的组成和含量有一定的贡献。在意大利c a l a b r i a 和 t u s c a n y 地区的研究发现，在相对没有污染的地方采集的s c l e r o p o d i u m p “r “m 中， 化学元素的含量受土壤影响很大。o k l a n d 等【3 7 l 手旨出塔藓组织中的k 、c a 、 m g 和c d 元素的含量是受土壤营养状况严重影响的。 虽然，还没有结沧表明岩石对苔藓植物化学组成的影响是必然的，但苔藓 生长地的岩石必定与其发生关系。1 9 9 9 年，在意大利中部的c o l l i n em e t a l l i f e r e 地区，研究发现灰藓( h y p n u mc u p r e s s 折o r m e ) 中元素a i 、c r 、f e 、m n 、n i 和 t i 的含量与当地的岩石中的含量有显著的相关性。1 9 9 5 1 9 9 7 年在对加利西 亚的s c l e r o p o d i u mp u r u m 和灰藓的研究发现，在以片岩为主的地区，两种苔藓 中大多数元素的含量都比较高：苔藓中元素含量比较低的是在以花岗岩为主的 叫川大学硕士学位论文 地区。在以花岗岩和板岩为主的两个地区，sp u r u m 中的元素含量没有显著性 差异，而这两个地区与以片岩为主的地区在a i 、c o 、c r 、f e 、n i ( p 0 0 0 1 ) 和m n ( j p k p m g f e m n z n 。各元素含量与林木、 下木和草本层相比，均较高，特别是c a 和f e 含量较高，c a 的含量比干皮高 1 6 9 倍，而f e 的含量仅次于草本地下部分含量【4 7 1 。南极菲尔德斯半岛地区苔藓 体内元素含量大小排序为：c a a i f e m g n a p s k t i z n m n c u n c r 一“。在草地生态系统中，生长在灌木下的苔藓植物所含的阳离子，特别是k ， 时j i i 大学硕士学位论文 较开阔生境下苔藓植物体内的含量明显地高2 1 。 荣 a lc ac uf e m g m nn ap bz n参考 艘 文献 挪威1 9 9 0 5 0 03 1 0 07l6 4 01 3 0 03 5 01 5 01 24 2 3 9 1 加窜大1 9 9 85 0 2 95 5 6 9 5 7 7 71 2 0 31 5 1 77 7 【5 1 】 加利西亚1 9 9 5 5 6 72624 7 62 3 6 ，4565 9 2 【5 2 1 意大利1 9 9 9 1 5 4 96 0 91 2 3 51 2 62 5 8 【1 6 】 捷克斯洛伐克 84 7 4 71 64 4 【2 1 】 1 9 9 2 斯洛伐克1 9 9 1 1 861 5 5 04 08 1 6 2 【2 1 北极潮1 9 9 5 7 12 1 22 9 8 3 2 【1 5 】 1 2 3 种类差异性及其特点 许多研究者强调实施种间校准的必要性，因为发现相同的样地中不同苔藓 种类之间元素含量有较大的差异i 。r o s s 5 4 1 发现，所研究的9 个元素在塔藓体 内的含量普遍比赤茎藓中高( 高达2 8 ) ，这可能是由于塔藓的表面积大，使得 它更主动地吸收尘土污染物【8 】。在挪威采集的塔藓中c r 、f e 、c o 、n i 、c u 、g a 、 n b 、m o 、s b 、e u 、g d 、t b 、d y 、e r 、t m 、l u 、w 、t 1 、p b 和t h 的含量相对 高一些，而v 、m n 、r b 和c d 的含量在赤茎藓中较高一些，这两种苔藓的元素 含量显示了系统性的差异，其回归方程变异系数至少达到5 0 ( r 2 o 5 ) 4 0 1 。 另外的一个实验中，这两种苔藓体内的大多数元素( 3 6 个中有2 0 个) 的含量 也有较大的差异胪”。有研究表明，尼日利亚南部的b r y i d a em n i u m 在积累重金 属的能力上优于t e t r a p h i d a et e t r q p h i s ，原因可能与b r y i d a em n i u m 的结构和孢蒴 种类有关”。在加拿大离g e o r g ep r i n c e 大约8 0 k m 的省级公园c r o o k e d 的河边 婴型查堂堡! 兰竺笙兰 的研究中发现，赤茎藓中m g 、a 1 和f e 元素的含量( m 9 21 2 0 3 m g 豫，a 1 2 5 0 2 9 m g k g ，f e = 5 7 7 7 m g 堙。) 明显高于在毛梳藓( p t i l i u mc r i s t a - c a s t r e n s i s ) 中 的含量( m g = 8 2 0 m g 姆，a 1 = 2 6 2 4 m g k g 一，f e = 2 5 4 8 m g 姆。) 1 5 1 1 o 在西班 牙西北部的整个加利西亚进行苔藓研究时，发现灰藓除1 9 9 5 年的c r ，以及1 9 9 7 年的c u 和z n 的含量比s c l e r o p o d i u m p u r u m 低以外，其他元素如a l 、a s 、c o 、 f e 、h 卧n i 和p b 的含量都比后者大。这可能是因为前者的叶片表面积更大； 前者的离子交换能力更强；同时，前者的生长率更快，这些原因使得灰藓更容 易吸收营养f 1 2 1 。苔藓植物不同种类在各元素的积累能力上的差异，为特定地区 筛选最佳指示藓种来监测环境变化提供了理论基础。 1 2 4 时间差异性及其特点 某些苔藓体内的元素含量也受季节影响。对英国威尔士栎林中生长的苔藓 元素含量的分析表明，k 、c a 、m g 、n a 中，c a 的含量具明显的季节变动。m a r k e r ”】 等发现拟金发藓( p o l y t r i c h u m f o r m o s u m ) 的元素含量随着季节变换也有很大差 异，其原因可能是由于该种苔藓的细胞结构保护了叶表面，其水分和营养物质 是从土壤中获得的。在对维也纳南部大约3 0 k m 处的山羽藓( a b i e t i n e l l a a b i e t i n a ) 的研究中，发现其元素a 1 、c o 、c r 、c u 、f e 、h g 、m o 、n i 、p b 、v 和z n 在 2 0 0 1 年8 月3 日采集的浓度最高，2 0 0 1 年7 月3 日采集的苔藓元素浓度居中， 最低的是2 0 0 1 年1 0 月3 日采集的【5 7 】。 但是一些研究 1 9 , 4 0 j 也表明，塔藓和赤茎藓体内的元素含量没有季节的差异。 在西班牙西北部的加利西亚的苔藓研究中，发现苔藓中元素c d 、h 2 、k 、n i 和p b 没有显著的季节差异：而元素a s 、c u 和z n 的含量则只有一些差异1 3 8 1 。 苔藓植物虽然总体上对元素的积累能力很强，但它们本身的营养吸收和分 解规律是不容忽视的，对其体内元素的积累量产生重要影响，它们积累的金属 比它们生理预期所需要大得多( l e b l a n ce ta l ，1 9 7 4 ) ，因此苔藓很适合作为大气污 染的长期积累种口】以及各种情况下的指示生物。通过对塔藓逐年生长量的分析， b r o w n 垆副等发现，由于生长年龄不同，元素含量有极大的差异，并在老龄生长 部分发现元素含量有显著的增加。波瓣合叶苔( s c a p a n i au n d u l a t a ) 植株基部也 9 四川大学颇i 学位论文 比顶端部分累积的重金属元素含量高【5 9 】。 1 3 采伐对森林生态系统环境的影响 森林采伐是森林体现经济价值的主要实践，也是获得直接经济效益的主要 手段。然而森林是一个具有多种效益的复合体，它不仅具有木材生产的经济效 益，而且还具有多种生态效益和社会效益。因此木材效益只是森林总效益中的 一小部分，这就意味着森林采伐必然会造成森林效益的损失。不合理地利用森 林资源、乱砍滥伐而产生的各种损失都是导致水土流失严重、土壤退化、自然 灾害频繁、生态环境不断恶化等系统功能衰退的主要原因【6 0 1 。 1 3 1 采伐对森林降水的影响 大气降水是陆地生态系统化学物质主要来源之一，同时它不仅是森林生态 系统化学元素输入的主要方式，而且也是森林生态系统养分输入的个重要途 径，并且还是森林生态系统养分循环及平衡的基础 6 “。由于植物大气相互作 用，降水通过森林林冠后，其化学成分会发生显著的改变【6 2 1 。在森林集水区， 降水降落到林层的过程中，林冠层对降水中元素的影响主要包括了截留与淋溶 两个作用过程1 6 3 1 ，影响截留降水化学的两种主要机制是：林木表面干沉降的 洗脱( w a s h o u t ) ；林冠交换作用( c a n o p ye x c h a n g e ) ，即植物养分的淋溶和 降水中的离子被冠层所吸收【6 z l 。降水对树叶、花、果和枝条表面尘埃等物质的 淋洗以及树叶、花、果和枝条等对降水中的化学元素的吸收、吸附等化学调节 作用，使降水中的化学元素含量发生了变化；林内降水中还有一部分降水是沿 着树干茎流的形式降落的，这部分降水除了与林冠层进行了化学元素的交换外， 又与树干表面进行了化学元素的交换，使得流入林地土壤表面的水化学性质又 一次发生了变化州j 。m a d g w i c k 等对温带森林区营养元素降水淋溶量所进行的研 究是该研究领域的经典之作，其所得出的结果也被后来的研究人员广泛引用。 对华盛顿冷杉林，新西兰桉树林，法国橡树林，美国红松林，和英国硬阔叶林 0 四川人学硕上学位论文 林内外雨水养分浓度和淋溶量的研究表明，林内雨水中各种元素的含量明显高 于林外雨水，淋溶量均为正的增量【6 5 j 。我国国内多年研究结果也表明：雨水透 过树木冠层后，通过林冠层交换，雨水对植物体表面渗出物的淋洗和枝叶对雨 水中离子的吸收，以及对枝叶表面粉沉、微粒、尘埃等固体沉降物的冲洗，其 化学成分含量被强烈地改变，使穿透雨和茎流雨水中营养元素的含量显著增加 ( n 0 3 一n 为1 - 2 7 倍，k 为1 1 - 2 倍) 6 4 , 6 6 10 穿透雨水中养分离子的含量要远远高于 降雨中养分离子的含量，在穿透雨水中，每年每公顷各种营养物质的总重量高 达几百千克或更高【6 “。在对祁连山青海云杉林的研究中发现，k 是最易溶脱的 元素，在穿透雨中浓度是大气降水中的3 4 倍 其次是p 、c a 、m g 、z n 、m n 、 f e n 是较难溶脱元素，并且叶面对n 能直接吸收与吸附，使得透过雨中n 的浓 度有所降低；c u 本身是微量元素，透过雨中c u 的浓度减少与其本身难溶脱、冠 层吸收与吸附、分析误差等有关【6 ”。 森林采伐以后，地表植物失去了乔木的遮盖，大气降水除了被草丛和稀少 的灌丛截留少部分外，其余直接流向地表植物。由于乔木的淋溶作用不复存在， 只剩下降水对草丛和灌丛表面的洗脱以及同它们进行元素交换，同时雨水还对 其表面渗出物进行淋洗，对粉沉、微粒、尘埃等固体沉降物进行冲洗，但这些 是很少的一部分，比起采伐前林内穿透雨所增加的元素含量，这些微乎其微。 总的来说，采伐以后落入地表的雨水同大气降水的化学成分没有太大的改 变，地表植物失去了这个获得化学元素的有效途径。 1 3 2 采伐对森林土壤的影响 森林采伐后，光照、温度、湿度等环境条件发生了变化，促进了凋落物层 的分解，从而使土壤的养分发生变化，尤其土壤表层更为明显【6 8 】。又由于土壤 环境发生了明显的变化，有机质含量，全氮和速效氮，全磷和速效磷含量也一 致提高，而全钾含量降低，p h 值下降，土壤酸化加剧 6 9 1 。有研究表明，原始采 伐后的2 3 a 内，采伐迹地及集材道的土壤有机质均表现为增加。其中迹地o 2 0 c m 土层有机质增= ! j 1 3 1 倍，2 0 4 0 c m z h 层变化不显著。采伐迹地粗腐殖质的 婴型盔兰堡主堂堡堡皇一 加速分解，以及土壤矿质元素的增加，使迹地土壤的酸度有降低趋势。森林采 伐后土地酸性的降低，有利于土壤肥力的改善，有利于一些养分元素活性范围 的扩大，对采伐迹地更新及苗本生长均起到有益的作用【6 8 l 。随着植被的恢复， 伐后第二年开始，除钾离子( 盐基离子) 外，有机质、氮、磷的全量和速效成分 含量以及p h 值等土壤养分指标开始向原来的状态恢复，只有钾离子的淋失仍在 加剧 6 9 】。随着迹地更新植物不断生长，土地酸度逐渐回升，以至恢复到采伐前 状态【6 8 1 。 在森林林分组成和演替发育阶段方面，混交成熟林地土壤结构性最好，其 水分效应最明显；单一林分或过熟林、次生林地次之；采伐迹地则最差。土壤 结构性与水分效应具有较好的一致性【7 0 】。因此，采伐对土壤环境是有明显影响 的。采伐后，采伐迹地失去了森林对降雨的截留、吸收、贮存，削弱了降低洪 峰和增加水资源利用的功能，因此比有林区多流失的营养物质纯n0 0 8 7 ，h m ，p0 0 4 7 t h m ，ko 1 0 1 t h m 2 旧】。关于采伐对生态系统之内的养分 循环的扰动和保持的影响，直到7 0 年代初都很少有实验数据。l i k e n s 等人比较 了从美国新罕布什尔的哈巴德布鲁克( h u b b a r db r o o k ) 集水区中，一未受扰动 的流域与一森林被皆伐的流域的养分损失，并查明流出水的组成有巨大差别。 未受扰动的生态系统，明显地能保持养分。h u b b a r db r o o k 的未受扰动的森林， 其淋洗损失只有4 k g n 加- 口和2 4 k k h a a 。c a 的输出稍大，为1 3 9 k h a a 。 森林砍伐通过它对氮循环影响的调解，引起损失的大大增加。砍伐后出现在河 水中的溶解硝酸盐的巨大增加，并且在年之内引起充分的富养化，除了保持 水中n 0 3 一含量超过饮水健康标准以外，并迫使藻类繁茂生长，损失是从4 增加 到1 4 2k g n h a 口。这有可能是因为在没有荫蔽下增大夏季土壤