华南典型林地水化学输出规律及其对降水酸度的响应

Rapid ecomonic and population in South China accerelated regional acid deposition. Forest pattern in South China changed with natural succession and human-induced forest management. Hydrochemistry output from forests may altered by human activities and natural processes, which in turn may threaten ecosystem health, further influence water resource security for human beings. Therefore, to understand mechanisms on hydrochemistry output in forest ecosystem is ultimate to improve current knowledge on how does forest function alter water quality. With the respect of the flaws in catchment water quality studies which unable to solve the puzzle between forest sturcture and hydrochemistry output, this project will combine catchement water quality observation and in situ soil experiment to study how does forest structre related factors influence hydrochemistry output. Mechamis of forest hydrochemistry output and corresponding response to acid depostion will also be analyzed in this project. Results from this project could provide information on forest management in light of improve water resouce quality, ameliorate water eutrophication, and buffer damages caused by acid rain in South China.

华南是我国社会经济发展的重要区域，人口与经济的快速增长使酸（氮、硫）沉降大幅上升，植被演替与速生丰产林建设使森林格局也发生了重大改变，由此带来的林地水化学输出可能威胁到生态系统的健康，也可能威胁到人类生产、生活用水的安全。而目前的报道与森林台站观测的内容都是以研究集水区水质变化的现象为主流，涉及林地水化学输出的机理比较少，这类研究没能让"认识"森林对水质的影响与"改善"森林对水质的影响形成准确链接。本项目将通过典型林地集水区水质分析，结合森林土壤原位控制实验，研究林地水化学输出与森林结构指标的相关性、凋落物组成对林地水化学输出调控作用以及林地水化学输出对降水酸度梯度的响应。通过该研究可以实现华南地区森林与水质（碳-水）的协调发展，为改善流域水质、控制水体富营养化和构建有效缓冲酸雨能力的公益林提供科学依据，对大规模速生丰产林建设的实施和管理具有指导意义。

降水酸度的变化将会引起森林土壤pH，养分平衡以及水化学物质输出的改变。由于气候条件、土壤性质以及植被类型的差异，再加上野外多变环境因素的干扰，使得酸沉降背景下森林水化学物质输出规律与响应机制的研究出现复杂性与不确定性。因此，借助控制实验将会提高研究结果的科学性与可预见性。本项目以华南典型林地为研究对象，基于野外台站、土柱位移与淋溶、开顶箱等试验平台，探究了酸沉降背景下华南典型林地水文水化学物质输出规律，并取得了如下重要结果：1）华南地区森林植被恢复与演替过程对产水量没有显著影响，即使在CO2浓度升高和N沉降增加导致NPP增加的背景下，由于水分利用效率的提高抵消了NPP增加带来的耗水，结果发表在期刊Agricultural and Forest Meteorology和Global Change Biology上；2）华南地区森林植被恢复与演替过程土壤pH值都降低，而植被恢复过程增加有机碳的积累也增加了无机碳的输出，但演替过程增加了有机碳积累但降低有机碳输出，结果发表在期刊Hydrological Processes和Water Resources Research上；3）降水酸度的增加显著加速了演替早期与中期森林土壤化学元素的淋溶输出，但未显著改变演替后期森林土壤化学元素的输出，这是由于演替后期的森林土壤具有较高的酸缓冲能力，结果发表在期刊Science of the Total Environment上；4）降水酸度和森林演替导致土壤pH值降低，土壤中各物质水化学输出差异较大，改变了土壤中元素化学计量关系，可能是导致马尾松在演替后期淘汰的原因之一，但土壤中元素化学计量关系的改变不影响CO2和N2O的排放，结果发表在期刊Scientific Reports和Global Change Biology上。