福山永久樣區土壤溶液元素之組成與收支量估算

Abstract

水是森林生態系中的重要溶劑，為元素提供了移動的途徑。對複雜的森林生態系統而言，土壤溶液的化學組成提供了植物有效養分隨時間與空間分佈的資訊，故前人藉此描述森林土壤的養分狀態，以增進對研究地區基礎生態特性的了解。工業革命後，土壤溶液的研究更被應用於評估森林土壤面對人為酸沉降逆境的反應。本研究目的為建立福山永久樣區穿落水、地表逕流與土壤溶液之化學組成資料庫，並推估土壤養分元素的輸入與輸出量。本研究始於2007年12月選定永久樣區弱育土與極育土分佈之兩研究區，各設置三重覆樣區。於現地土壤剖面中A層底部與B化育層底部埋設滲漏水收集裝置以收取土壤溶液，並在剖面旁同時進行穿落水與地表逕流水的收集。研究期間每月收取水樣一次，攜回實驗室後分析其溶液組成。化學分析的項目包含溶液pH、電導度、可溶性有機碳、土壤溶液中鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、鋁、錳、矽、氯、硫酸鹽、硝酸鹽及磷酸鹽的濃度。研究結果顯示，福山永久樣區降下之穿落水pH值平均為4.7，此溶液pH值已屬於酸雨的範圍。穿落水入滲進入土壤中後，土壤溶液的pH值平均為6.4，顯示福山天然闊葉林土壤具有緩衝酸雨的能力。溶液化學組成的監測結果顯示，鈣離子是土壤溶液中主要的鹽基陽離子，其年平均濃度達341 μeq/L，大幅高於穿落水的20.9 μeq/L及地表逕流水的42.4 μeq/L，鈣離子濃度在土壤溶液中大幅高於穿落水與地表逕流，可能是研究區土壤緩衝外來酸性物質沉降的機制。在森林生態系統中土壤元素收支量的估計結果顯示，矽酸、鈣、鐵與硝酸根離子，呈現淨釋放狀態；鋁與錳的輸入與輸出量接近平衡；鉀、鈉、鎂、氯與硫酸根離子可能多經吸持或吸收作用，留存於此土壤生態系統中。本研究將B化育層底端所收集之土壤溶液視為自土壤流失的養分，有可能造成元素輸出量的高估。