热带山地森林氯循环二十年动态：厄瓜多尔森林生态系统氯储量与通量研究

《Plant and Soil》：Chlorine in plants and soils of a tropical lower montane forest in Ecuador: Development during two decades

为解决热带山地森林氯(Cl)生物地球化学循环数据匮乏问题，研究人员在厄瓜多尔开展了一项长达二十年的观测研究。他们开发了燃烧-电化学检测新方法(C-EC)，系统评估了植物-土壤系统中Cl的浓度、储量与通量。研究发现该生态系统Cl储量主要存在于植被中，叶片Cl淋溶潜力低于年沉降量的10%，且未发现Cl随时间累积的现象。该研究为理解远离海洋的热带森林Cl循环提供了重要基准数据。

　　

在热带森林生态系统中，氯(Cl)作为一种必需的植物微量元素，其生物地球化学循环长期以来缺乏系统研究。传统观点认为氯离子(Cl^-)在森林生态系统中几乎不被保留，也很少被植被吸收。然而，近年来的研究表明，植被吸收和土壤有机质的氯固定对氯循环具有重要影响。尤其对于远离海洋的热带山地森林，氯的供应可能相对有限，这可能会影响植物的生长发育和生态系统的养分循环。厄瓜多尔的热带低山地森林位于亚马逊盆地边缘，距离下风向的大西洋超过2500公里，是研究低氯输入环境下氯循环的天然实验室。

为了解决这一知识空白，由Wolfgang Wilcke教授领导的研究团队在《Plant and Soil》期刊上发表了一项长达二十年的研究成果。研究人员开发了一种新颖的燃烧-电化学检测方法(C-EC)，系统评估了1998年至2019年间该生态系统各组分中氯的浓度、储量和通量变化。

研究采用的关键技术方法包括：建立燃烧-电化学检测(C-EC)方法测定固体样品中的总氯浓度；长期监测凋落物收集网中的氯通量；系统采集植物组织（叶片、树皮、树枝、根系）、凋落物、有机层和矿质土壤样品；结合历史生物量数据计算生态系统氯储量；使用季节性Mann-Kendall检验分析时间趋势。

氯浓度分布特征

研究人员发现，17种树木叶片中的氯浓度范围为0.04-1.6 g kg^-1，平均值为0.74 g kg^-1。其中三种树种（A. verticillata, Miconia sp., P. opaca）的氯浓度低于植物最小需求范围（0.2-0.4 g kg^-1），表明这些物种可能面临氯供应不足的问题。在所有植物组织中，树枝的氯浓度最高（2.1±1.5 g kg^-1），而叶片的氯浓度最低。

从凋落物（0.52±0.14 g kg^-1）到有机层（0.12±0.06 g kg^-1），再到矿质土壤（0.02-0.03 g kg^-1），氯浓度呈现明显的下降趋势。这种分布模式反映了氯的淋失损失和土壤有机质对氯的固定作用。母岩（变质砂岩至粘土岩互层）含有0.44±0.20 g kg^-1的氯，高于矿质土壤，表明岩石风化可能提供部分生物有效氯。

生态系统氯储量

植被储存的氯（28±17 g m^-2）超过了有机层（2.9±3.1 g m^-2）和1米深矿质土壤（22±8.6 g m^-2）的总和。当仅考虑主要根系分布区（有机层和0-0.3米矿质土壤）时，植被储存的氯是土壤的3.3倍。根系储存了树木生物量总氯储量的7.6%。岩石中的氯储量相当可观，1米岩层中含有高达168 g m^-2的氯。

氯通量与循环过程

凋落物年氯通量为0.55±0.17 g m^-2yr^-1，相当于叶片站立氯储量（0.64±0.50 g m^-2）的86±72%。木材生产固定的氯为0.36±0.24 g m^-2yr^-1，植物总吸收量（凋落物通量加木材固定）为0.91±0.30 g m^-2yr^-1，占报告的年氯沉降量（1.2 g m^-2yr^-1）的76%。

通过比较叶片和凋落物中的氯钙(Cl/Ca)浓度比，研究人员评估了氯的植物内部再转运和淋溶潜力。钙标准化氯浓度比在新鲜叶片和凋落物之间为3.2-4.2，表明可能有69-76%的氯在叶片衰老过程中被再转运或淋失。综合考虑各种估算方法，叶片氯淋溶潜力平均约为年沉降量的10%，支持了氯从冠层淋溶较少的假设。

时间动态变化

季节性Mann-Kendall检验显示，从1998年到2019年，叶片、凋落物、有机层和矿质土壤中的氯浓度和储量均无显著时间趋势。这表明在研究期间，该生态系统没有出现氯的净积累，可能处于稳态平衡状态。

研究结论与讨论部分强调了该方法学创新的重要意义。新开发的燃烧-电化学检测(C-EC)方法为固体样品中氯的测定提供了准确、高效的分析工具，与现有的燃烧-离子色谱法(C-IC)具有良好的一致性。关于氯生物有效性的研究发现挑战了远离海洋的热带森林必然氯贫乏的假设，表明季节性海盐输入可能提供了足够的氯满足大多数植物的需求。

对氯淋溶潜力的评估支持了氯从叶片淋溶较少的假设，这对于使用氯作为惰性示踪剂的冠层相互作用模型具有重要意义。未观察到氯随时间积累的现象表明，该生态系统的氯输入和输出可能处于平衡状态，或者氯在深层土壤中积累。

这项研究为理解热带山地森林的氯循环提供了全面的基准数据，揭示了植被在氯储存中的主导作用，以及即使在低氯输入环境下，氯循环也可能处于稳态平衡的重要生态学现象。长期观测数据的缺乏使得这类研究尤为珍贵，为预测环境变化对热带森林养分循环的影响提供了科学依据。