不同利用方式下亞熱帶花崗巖流域元素收支平衡及其對土壤酸化的影響①

黃來明，邵明安，賈小旭*，楊金玲，張甘霖*

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不同利用方式下亞熱帶花崗巖流域元素收支平衡及其對土壤酸化的影響①

黃來明1, 2, 3，邵明安1, 3，賈小旭1, 3*，楊金玲2, 3，張甘霖2, 3*

(1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬院重點實驗室，北京 100101；2土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室（中國科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008；3 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

選取亞熱帶花崗巖區(qū)不同利用方式下的3個相鄰小流域 (F：100% 森林；FA1：82% 森林 + 18% 農(nóng)田；FA2：76% 森林 + 24% 農(nóng)田)，通過定期監(jiān)測與分析雨水和徑流水的元素組成，獲得了流域尺度元素的降水輸入與徑流輸出特征，在此基礎(chǔ)上分析了元素收支平衡及其對土壤酸化的影響。結(jié)果表明：雨水中離子輸入總量為181.74 kg/(hm2·a)，夏季輸入量約占全年輸入量的45%，Ca2+、Na+和NH4+約占陽離子輸入總量的80%，SO2– 4和NO– 3約占陰離子輸入總量的74%。F、FA1和FA2流域徑流水中離子輸出總量分別為236.81，153.17和243.36 kg/(hm2·a)，夏季輸出量約占全年輸出量的39% ~ 47%，Ca2+和Na+約占陽離子輸出總量的81% ~ 86%，SO2– 4和NO– 3約占陰離子輸出總量的65% ~70%。降水和徑流水的元素收支平衡表明，F(xiàn)、FA1和FA2流域中SO2– 4、NO– 3、Cl–、NH4+和H+均表現(xiàn)為凈輸入，其中SO2– 4的凈滯留量最高，分別為13.7、30.43和20.49 kg/(hm2·a)；而Ca2+、Mg2+和Na+均表現(xiàn)為凈輸出，其中Na+的凈輸出量最高，分別為28.99、14.96和31.76 kg/(hm2·a)。F、FA1和FA2流域內(nèi)酸雨直接輸入的H+為818 mol/(hm2·a)，而流域內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的H+分別為396、389和401 mol/(hm2·a)，占H+輸入總量的32% ~ 33%。F、FA1和FA2流域的土壤酸化速率分別為996、1 069和1 035 mol/(hm2·a)，表明即使不考慮農(nóng)業(yè)施肥的情況下農(nóng)林復(fù)合流域(FA1和FA2) 的土壤酸化速率仍高于森林流域(F)。

流域；酸沉降；收支平衡；季節(jié)變化；土壤酸化速率

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及對糧食和能源需求的持續(xù)增加，中國的氮、硫排放和沉降水平也在不斷增加，其中熱帶和亞熱帶地區(qū)表現(xiàn)尤為明顯[1-2]。這些日益加劇的氮、硫排放和沉降對生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展具有雙重效應(yīng)，一方面可為植物生長提供營養(yǎng)元素[3]，從而促進和提升生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能[4]；另一方面長期的氮、硫沉降將導(dǎo)致酸沉降的危害進一步加重和蔓延[5-6]，從而引起土壤養(yǎng)分流失和森林衰退[7-9]。已有的研究表明，氮、硫的持續(xù)沉降使得歐美等許多森林流域已到達氮飽和狀態(tài)[10-11]，土壤和水體的酸緩沖能力也隨之下降[12]；同時，由氮、硫引起的酸沉降長期作用會進一步引起土壤和水體酸化[13-15]，從而對陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生嚴重危害。

與歐美等溫帶地區(qū)森林流域相比，我國熱帶和亞熱帶地區(qū)土壤風(fēng)化強度較高，并且受到農(nóng)業(yè)活動的強烈影響，因此，這些地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)對氮、硫沉降的響應(yīng)與溫帶地區(qū)應(yīng)有很大差別，然而相關(guān)研究較少。同時，國內(nèi)已有的研究往往以田塊尺度為主要對象研究單一土地利用方式下元素的輸入輸出與平衡，并不能說明區(qū)域或者流域尺度下不同土地利用方式對元素收支和平衡的影響。本研究采用流域方法，通過監(jiān)測我國亞熱帶地區(qū)3個相鄰流域 (F：100% 森林；FA1：82% 森林 + 18% 農(nóng)田；FA2：76% 森林 + 24% 農(nóng)田) 雨水和徑流水的元素組成，分析不同利用方式下流域元素的輸入與輸出特征，在此基礎(chǔ)上探討元素的收支平衡及其對土壤酸化的影響，以期了解不同利用方式下元素的生物地球化學(xué)循環(huán)及其源或匯的特征，從而為流域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)利用與管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

皖南地區(qū)位于安徽省南部，長江以南，北接濱江平原，東、南、西三面分別與浙西和贛東北部的低山丘陵相連，地理位置為29°41′ ~ 31°20′ N，116°38′ ~ 119°37′ E，是北亞熱帶和中亞熱帶的過渡地區(qū)。該區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年均氣溫約為16°C，年均降雨量約為1 500 mm[16-18]。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造屬于揚子凹陷與江南臺隆的過渡地帶，地區(qū)內(nèi)以陸相碎屑沉積物為主。植被主要為常綠針葉林，以冷杉和云杉為主，局部也有一些竹林、馬尾松和灌叢，部分平坦的山地被開墾為旱地、茶園、桑園和水田[19]。區(qū)內(nèi)土壤主要由花崗巖發(fā)育而來，土壤類型主要有鋁質(zhì)濕潤雛形土和簡育水耕人為土等[17-18]。本研究選取位于安徽涇縣包合鄉(xiāng)厚岸村的3個相鄰小流域作為研究對象(圖1)，分別為鳳形莊流域(F)、上灘流域(FA1)和西龍流域(FA2)，流域概況見表1。

2 研究原理與方法

2.1 研究原理

本研究采用流域方法，其基本原理是將流域看作一個整體，根據(jù)元素的降雨輸入量和徑流輸出量計算流域元素的收支平衡[20]。由于本研究選取的3個小流域母巖都為花崗巖，基巖不透水，因此，地下水對元素輸入與輸出的影響可以忽略不計。此外，假定3個小流域均處于穩(wěn)定狀態(tài)，即植物從土壤中吸收元素的量等于其向土壤中歸還的量。通過定期監(jiān)測雨水和徑流水的元素組成，確定元素的降雨輸入和徑流輸出，在此基礎(chǔ)上計算元素收支平衡：

Q凈滯留量=Q雨水–Q徑流水(1)

Q雨水=0.01×c · q(2)

式中：c為雨水樣品中元素的濃度(mg/L)；q為雨水樣品的降雨量(mm)；Q雨水為雨水中元素的輸入量(kg/hm2)，0.01為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。采用相同的方法可以計算徑流水中元素的輸出量。

表1 流域的基本特征

注：①流域面積采用Arc/GIS數(shù)字高程模型 (DEM) 來計算；②土地利用方式根據(jù)衛(wèi)星遙感影像 (TM) 來劃分；③當?shù)剞r(nóng)作物(水稻)種植為一年一季，作物收獲后進行休田。

2.2 雨水和徑流水的采集與分析

從2007年3月到2009年2月對3個小流域的雨水和徑流水進行監(jiān)測和采樣，采樣周期為每周1次。在3個相鄰小流域的中間，建立了雨水監(jiān)測點，代表每個流域的雨水。用干濕沉降自動采樣儀(青島普仁PSC-Ⅲ型)收集雨水，用小型氣象站(美國Watch Dog小型便攜式自動氣象站900ET)監(jiān)測降雨量。在3個小流域的出口處分別修建了標準堰，并安裝了自動采樣儀(美國ISCO6712型自動采樣儀)。自動采樣儀連接水位監(jiān)測探頭，可以監(jiān)測水位的變化，當水位每30 min內(nèi)上升達到2 cm時，自動采樣儀就進行采樣，并可根據(jù)水位的變化持續(xù)采樣；同時，自動采樣儀可以根據(jù)水位監(jiān)測數(shù)據(jù)和標準堰的參數(shù)計算出徑流量。

雨水和徑流水樣品采集后立即用pH計(PHS-3C型)與電導(dǎo)儀(DDS-307型) 測定pH和電導(dǎo)率，然后用中速定量濾紙過濾，加入百里酚防腐劑后裝入聚乙烯樣品瓶中置于冰箱4°C左右暗處保存。雨水和徑流水中主要的陰離子和陽離子(NO– 3、SO2– 4、Cl–、NH4+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+和可溶性Si) 測定方法參照《水與廢水監(jiān)測分析》第四版[21]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用數(shù)據(jù)分析和制圖軟件Origin8.5繪圖，統(tǒng)計軟件SPSS 13.0 for Windows進行相關(guān)分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 流域降雨量和徑流量

降雨量與徑流量的大小及其動態(tài)變化是影響元素輸入與輸出量的重要因素。監(jiān)測期間年平均降雨量為1 514 mm/a，夏季降雨量最大，占年降雨量的48% 左右，冬季降雨量最小，只占年降雨量的12% 左右(圖2)。3個小流域(F、FA1和FA2)的年平均徑流深分別為755，366和 611 mm/a，徑流系數(shù)分別為50%，24%和40%。3個小流域的徑流深均為夏季最大，冬季最小，徑流深與降雨量呈現(xiàn)相同的變化趨勢(圖2)。3個小流域(F、FA1和FA2)的徑流深均與降雨量顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.91 (=36，<0.01)，0.92 (=36，<0.01) 和0.95 (=36，<0.01)，表明降雨量是影響徑流量大小的主要因素。同一地區(qū)相同氣候條件下3個小流域的徑流系數(shù)不同，這主要是受下墊面條件、植被、地形和人為活動等因素的影響[22]。

3.2 流域雨水中離子輸入量

監(jiān)測期間雨水中離子輸入總量每季為28.11 ~ 80.91 kg/hm2(表2)，年均離子輸入量為181.74 kg/(hm2·a)，遠低于亞熱帶其他地區(qū)雨水中離子輸入量[23-24]。雨水中離子輸入總量夏季最高，冬季最低(表2)，這與監(jiān)測期間降雨量的變化趨勢一致(圖2)。雨水中陽離子輸入以Ca2+、Na+和NH4+為主，占陽離子輸入總量的80%以上；陰離子以SO2– 4和NO– 3為主，約占陰離子輸入總量的74% (表2)。流域所處的安徽涇縣是宣紙之鄉(xiāng)[25]，造紙廠排放的HCl在空氣中溶于雨水可能是導(dǎo)致雨水中Cl–輸入量較高的主要原因。雨水中除NH4+和H+外，其他離子的輸入量均為夏季最高，其中陽離子輸入量均為秋季最低，而陰離子輸入量均為冬季最低(表2)。雨水中SO2– 4和NO– 3輸入量的季節(jié)變化規(guī)律一致，而K+、Na+和Ca2+輸入量的季節(jié)變化規(guī)律一致。H+輸入量冬季最高，這主要是因為冬季酸雨嚴重，雨水中H+濃度較高引起的；而NH4+輸入量春季最高，這是由于春耕時大量施用氮肥，氨揮發(fā)使得雨水中NH4+濃度較高引起的。綜上所述，監(jiān)測期間不同季節(jié)雨水中離子輸入量不僅受降雨量的影響，同時也受雨水中離子濃度影響，這與前人在其他地區(qū)得到的結(jié)果一致[23-24]。

表2 監(jiān)測期間雨水中離子輸入量(kg/hm2)

注：各季度雨水離子輸入量為3年相應(yīng)季度離子輸入量的平均值，括號中為標準差。

3.3 流域徑流水中離子輸出量

監(jiān)測期間3個流域(F、FA1和FA2) 徑流水中離子輸出總量每季分別為25.18 ~ 110.32，23.63 ~ 60.49和27.02 ~ 111.44 kg/hm2(表3)，年均離子輸出量分別為236.81，153.17和243.36 kg/(hm2·a)，與Hubbard Brook流域徑流水中年均離子輸出量相接近[20]。3個流域徑流水中離子輸出量均以夏季最高，約占全年離子輸出量的39% ~ 47%，這一方面是因為夏季徑流量最高(圖2)，另一方面與夏季高溫高濕加速土壤風(fēng)化有關(guān)[26]。3個流域徑流水中陽離子輸出均以Ca2+和Na+為主，其次為Mg2+，H+輸出量最低；陰離子輸出均以SO2– 4為主，其次為NO– 3和Cl–(表3)。3個流域徑流水中幾乎無H+輸出，表明當前流域?qū)λ岢两稻哂休^強的緩沖能力。3個流域徑流水中氮素輸出均以NO– 3為主，這是由于土壤中膠體帶負電荷，更容易吸附帶正電荷的NH4+ [27]。同時，與NO– 3相比，NH4+更容易被植物所吸收利用[28-29]。此外，NH4+進入土壤中會發(fā)生硝化作用[30-31]，也可能導(dǎo)致徑流水中氮素輸出以NO– 3為主。F流域和FA2流域徑流水中各離子輸出量均為夏季>春季>秋季>冬季，而FA1流域徑流水中K+、Na+、NH4+、Cl–、SO2– 4的輸出量為夏季>春季>冬季>秋季，Ca2+、Mg2+和NO– 3輸出量為夏季>冬季>春季>秋季。過去的研究表明，流域徑流水中離子輸出量的季節(jié)變化主要受氣候、水文條件、土壤風(fēng)化以及人為活動等因素的影響[20, 32-33]。

FA2流域徑流水中除SO2– 4和Cl–外，其他離子的輸出量均高于F流域，這主要是由于F流域是森林流域，不受人為活動的影響，而FA2流域是農(nóng)林混合流域，受到農(nóng)業(yè)活動的影響。已有的研究表明，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)活動會加劇氮素流失[34]，從而導(dǎo)致徑流水中氮素輸出量增加；同時，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)活動會加速土壤風(fēng)化[35]，從而使得FA2流域徑流水中鹽基離子輸出量明顯高于F流域。F流域徑流水中SO2– 4和Cl–輸出量卻高于FA2流域，這可能與F流域具有較高的徑流深和徑流系數(shù)有關(guān)(圖2)。與FA2不同，F(xiàn)A1流域內(nèi)也具有農(nóng)業(yè)活動，但其離子輸出量卻低于F流域，這主要是由于FA1流域溝道狹窄，流域內(nèi)農(nóng)田截水灌溉大大減小了FA1流域的徑流量(圖2)，從而使得FA1流域離子輸出量明顯低于相鄰的其他2個小流域(表3)。

3.4 基于降水和徑流的流域元素收支平衡

基于降水和徑流水的流域元素收支平衡表明，3個流域中SO2– 4、NO– 3、Cl–、H+和NH4+均表現(xiàn)為凈輸入，而鹽基離子Ca2+、Mg2+和Na+均表現(xiàn)為凈輸出(圖3)。與歐美等森林流域“氮飽和”相比[10-11]，我國亞熱帶地區(qū)以森林為主的流域仍然是氮匯(圖3)。流域生態(tài)系統(tǒng)的“氮匯”功能主要是因為氮被固定在生物或土壤中，然而，流域內(nèi)生物和土壤對“氮匯”的相對貢獻目前尚不明確[36-38]，有待于進一步研究。F流域和FA2流域中K+表現(xiàn)為凈輸出，而FA1流域中K+表現(xiàn)為凈輸入(圖3)。3個流域(F、FA1和FA2)中凈滯留量最高的均為SO2– 4，分別為13.7，30.43和20.49 kg/(hm2·a)，其次為NO– 3、Cl–和NH4+；凈輸出量最高的均為Na+，分別為28.99，14.96和31.76 kg/(hm2·a)，其次為Ca2+和Mg2+(圖3)。Cl–通常被認為是惰性示蹤劑，在流域內(nèi)的輸入與輸出基本保持平衡。然而，本研究中3個流域(F、FA1和FA2) 均表現(xiàn)為Cl–的匯。Svensson等[39]計算了32個森林流域Cl–的輸入與輸出平衡，結(jié)果表明，許多森林流域是Cl–的匯，并認為這可能是由于暴雨事件、監(jiān)測頻率以及地下水滲漏等引起的。3個流域(F、FA1和FA2)中H+的凈滯留量分別為0.81，0.82和0.81 kg/(hm2·a)，而雨水中H+的輸入量為0.83 kg/(hm2·a)，表明降水輸入的H+幾乎全部滯留在流域內(nèi)。

與森林流域(F)相比，F(xiàn)A1和FA2流域Mg2+、Ca2+和Na+的凈輸出量均低于F流域(圖3)；相反，F(xiàn)A1和FA2流域內(nèi)SO2– 4和Cl–的凈滯留量卻高于F流域(圖3)。這主要是由于FA1和FA2流域的徑流深和徑流系數(shù)遠低于F流域(圖2)，具有農(nóng)業(yè)活動的農(nóng)林復(fù)合流域(FA1和FA2)內(nèi)農(nóng)田截水灌溉會導(dǎo)致其徑流量和離子輸出量下降。3個流域(F，F(xiàn)A1和FA2)氮素凈滯留量分別為N 11.05，12.19和 9.57 kg/(hm2·a)。

3.5 流域元素輸入輸出平衡對土壤酸化的影響

引起土壤酸化的質(zhì)子(H+)不僅來源于酸雨直接輸入的H+，同時生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化也會產(chǎn)生大量的H+[31, 40-41]。因此，監(jiān)測期間流域內(nèi)酸沉降直接輸入的H+和氮素轉(zhuǎn)化間接產(chǎn)生的H+是土壤中致酸H+的兩個重要來源。Van Bremeen等[31]與De Vries和Breeuwsma[40]根據(jù)氮素在流域內(nèi)的遷移和轉(zhuǎn)化過程，提出了利用流域氮素收支平衡計算由氮素轉(zhuǎn)化產(chǎn)生H+的計算方法(表4)。Yang等[42]指出進入土壤中的H+一部分參與土壤礦物風(fēng)化，另一部分參與陽離子交換反應(yīng)，前者消耗H+不會引起土壤酸化，而后者促進鹽基離子的徑流輸出是導(dǎo)致土壤酸化的主要原因。因此，土壤酸化速率為流域內(nèi)H+產(chǎn)生速率與礦物風(fēng)化消耗H+速率之差(表4)。從表4可以看出，3個流域(F、FA1和FA2)內(nèi)酸雨直接輸入的H+818 mol/(hm2·a)，而流域內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的H+分別為396，389和401 mol/(hm2·a)，占H+輸入總量的32% ~ 33%。過去的研究表明，無論是酸雨直接輸入的H+，還是流域內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的H+，進入土壤后會置換土壤膠體所吸附的交換性鹽基陽離子，這一方面會加速鹽基離子的淋失[43]，另一方面會導(dǎo)致土壤緩沖能力下降和養(yǎng)分流失[44]，這些過程反之又會加速土壤的酸化進程[45-46]。3個流域(F、FA1和FA2)的土壤酸化速率分別為996，1 069和1 035 mol/(hm2·a)，表明即使不考慮農(nóng)業(yè)施肥的情況下農(nóng)林復(fù)合流域(FA1和FA2)的土壤酸化速率仍高于森林流域(F)。

表3 監(jiān)測期間3個小流域徑流水中離子輸出量(kg/hm2)

注：各季度徑流水中離子輸出量為3年相應(yīng)季度離子輸出量的平均值，括號中為標準差。

表4 監(jiān)測期間3個小流域的土壤酸化速率(mol/(hm2·a))

注: 計算土壤酸化速率時假定流域處于穩(wěn)定狀態(tài)，不考慮生物的影響，并且農(nóng)業(yè)流域未考慮元素人為輸入的影響；系數(shù)0.5的依據(jù)為流域內(nèi)花崗巖主要礦物風(fēng)化方程式，每消耗1 mol H+產(chǎn)生2 mol 可溶性Si[41]:NaAlSi3O8+ H++ 9/2H2O → Na++ 2H4SiO4+ 1/2 Al2Si2O5(OH)4。

4 結(jié)論

監(jiān)測流域的雨水離子輸入總量為181.74 kg/(hm2·a)，夏季輸入量約占全年輸入量的45%，Ca2+、Na+和NH4+約占陽離子輸入總量的80%，SO2– 4和NO– 3約占陰離子輸入總量的74%。3個流域(F，F(xiàn)A1和FA2)徑流水中離子輸出總量分別為236.81，153.17和243.36 kg/ (hm2·a)，夏季輸出量約占全年輸出量的39% ~ 47%，Ca2+和Na+約占陽離子輸出總量的81% ~ 86%，SO2– 4和NO– 3約占陰離子輸出總量的65% ~ 70%。基于降水和徑流水的元素收支平衡表明，3個流域(F，F(xiàn)A1和FA2)中SO2– 4、NO– 3、Cl–、H+和NH4+均表現(xiàn)為凈輸入，其中SO2– 4的凈滯留量最高，分別為13.7，30.43和20.49 kg/(hm2·a)；而Ca2+、Mg2+和Na+均表現(xiàn)為凈輸出，其中Na+的凈輸出量最高，分別為28.99，14.96和31.76 kg/(hm2·a)。3個流域(F、FA1和FA2)內(nèi)酸雨直接輸入的H+818 mol/(hm2·a)，而流域內(nèi)氮素轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的H+分別為396，389和401 mol/ (hm2·a)，占H+輸入總量的32% ~ 33%。3個流域(F、FA1和FA2)的土壤酸化速率分別為996，1 069和1 035 mol/(hm2·a)，表明即使不考慮農(nóng)業(yè)施肥的情況下農(nóng)林復(fù)合流域(FA1和FA2)的土壤酸化速率仍高于森林流域(F)。

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Element Budgets and Their Impacts on Soil Acidification in Granitic Watersheds Under Different Land Uses in Subtropical China

HUANG Laiming1, 2, 3, SHAO Ming’an1, 3, JIA Xiaoxu1, 3*, YANG Jinling2,3, ZHANG Ganlin2, 3 *

(1 Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The regional element budgets are primarily important to understand the function of ecosystems and to establish the corresponding management practices. This study takes three adjacent small watersheds (F: 100% forest, FA1: 82% forest + 18% farmland and FA2: 76% forest + 24% farmland) with different land uses as the monitoring areas, which are located in the granitic region of subtropical China. Element inputs in rain water and outputs in stream water were detected and quantified from March of 2007 to February of 2010. The characteristics of element budgets at watershed scale and their effects on soil acidification were discussed. The results showed that the total ion input in the rain water was 181.74 kg/(hm2·a), with the summer input accounting for 45%. Ca2+, Na+and NH4+contributed 80% to the total cation input, while SO2– 4and NO– 3contributed 74% to the total anion input, respectively. The total ion outputs in stream water of the three watersheds (F, FA1 and FA2) were respectively 236.81, 153.17 and 243.36 kg/(hm2·a), with summer output accounting for 39%-47%. Ca2+and Na+contributed 81%-86%, to the total cation output, while SO2– 4and NO– 3contributed 65%-70% to the total anion output. The element budgets of the three watersheds (F, FA1 and FA2) based on precipitation input and stream output demonstrated that there was a net sink of SO2– 4, NO– 3, Cl–, H+and NH4+, while a net source of Ca2+, Mg2+and Na+. SO2– 4showed the highest net retention, while Na+showed the highest net export. The net retention of SO2– 4in the three watersheds (F, FA1 and FA2) were 13.7, 30.43 and 20.49kg/(hm2·a), respectively, while the net exports of Na+in the three watersheds (F, FA1 and FA2) were 28.99, 14.96 and 31.76 kg/(hm2·a), respectively. H+input directly from acid rain was 818 mol/(hm2·a), while H+production from nitrogen transformation in the three watersheds were 396, 389 and 401 mol/(hm2·a), accounting for 32%-33% of the total H+input, respectively. Soil acidification rates in the three watersheds (F, FA1 and FA2) were 996, 1 069 and 1 035 mol/(hm2·a), respectively, showing that the rates of soil acidification in watersheds (FA1 and FA2) with agricultural activities were higher than that of forest watershed (F), even though the element inputs from agricultural fertilization was not taken into account.

Watershed; Acid deposition; Input-output budget; Seasonal variation; Soil acidification rate

10.13758/j.cnki.tr.2017.03.024

P595; X142

A

國家自然科學(xué)基金國際合作與交流項目 (41571130051) 和中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室開放基金項目(Y20160003)資助。

(jiaxx@igsnrr.ac.cn；glzhang@issas.ac.cn)

黃來明(1984—)，男，浙江安吉人，博士，主要從事土壤發(fā)生與地球化學(xué)研究。Email: huanglm@igsnrr.ac.cn