Forest dieback has become a key threat to Horton



Yüklə 138.1 Kb.
PDF просмотр
tarix21.08.2017
ölçüsü138.1 Kb.

 

 



 

Abstract

Forest dieback has become a key threat to Horton 

Plains  (an  upper  montane  forest)  in  Sri  Lanka.  Increasing 

vehicle emissions in the nearby cities and the polluted rain with 

Pb and Cd falling on forest soils has been the main focus of the 

study.  In  the  experiment,  twenty-four  permanent  plots  were 

established within an area of 61-80% dieback severity and three 

soil amendments  through  addition  of  (a)  compost,  (b)  montane 

mycorrhizae,  and  (c)  compost  and  montane  mycorrhizae, 

alongside the control made up the  four  treatments  used  in  this 

study.  Treatments  were  applied  to  five  randomly  selected 

Syzygium  rotundifolium  saplings  of  approximate  height  of  1m 

and 0.015m diameter breast height (DBH) residing in each plot.  

Soil  organic  matter  content  (SOM)  and  Pb  and  Cd  were 

compared  from  soil  samples  collected  at  0.2m  depth.  Foliar 

samples  were  collected  from  the  ‘treated’  saplings,  and  were 

analyzed  to  investigate  the  levels  of  Pb  and  Cd.  These 

comparisons were done for samples collected at three different 

stages and during the experimental period, the selected saplings 

were closely monitored and changes in health were accordingly 

recorded. The soil analysis shows clear indications of Pb and Cd 

contamination  which  impairs  plant  metabolism  leading  to 

dieback. Effect of standard compost and montane mycorrhizae 

on  protecting  saplings  from  Pb  and  Cd  was  significant  (p  

<0.001).  The  level  of  soil  Pb  above  ~60ppm  appears  to  be 

disastrous  for  the  Syzygium  rotundifolium  saplings.  Moreover, 

compost  and  mycorrhizae  appeared  to  be  effective  in  reducing 

the  effect  of  Pb  and  Cd  on  sapling’s  mortality.  Significant 

decline  of  Cd  (p  =  0.01)  and  Pb  (p  =  0.01)  with  the  increasing 

SOM  level  were  observed.  A  significant  inverse  relationship 

between  SOM  level  and  the  mortality  rate  of  Syzygium 

rotundifolium  saplings  was  also  observed  (p=  0.05)  and  the 

severity of the mortality sharply increases when the SOM level 

decreases below ~4%.     

 

Index Terms—Forest dieback, soil organic matter, lead, 



cadmium. 

 

I.

 



I

NTRODUCTION

 

In tropical mountains, it is common to encounter forests of 



different 

structure 

and 

physiognomy 



similar 

to 


temperate/pigmy forests depending on the altitude compared 

 

Manuscript received March 29, 2012; revised June 12, 2012.  



H.  K.  S.  G.  Gunadasa  is  with  Postgraduate  Institute  of  Agriculture, 

University of   Peradeniya, Sri Lanka (e-mail: sajanee2010@gmail.com).  

P.  I.  Yapa  is  with  the  Department  of  Export  Agriculture,  Faculty  of 

Agricultural Sciences, Sabaragamuwa University of   Sri  Lanka,  Sri  Lanka 

(e-mail: piyapa39@yahoo.co.uk). 

S.  P.  Nissanka  is  with  the  Department  of  Crop  Science,  Faculty  of 

Agriculture, 

University 

of 

Peradeniya, 



Sri 

Lanka 


(e-mail: 

nissankasp@yahoo.com). 

S. P. Perera is with the Department of Soils and Plant Nutrition, Rubber 

Research Institute, Agalawatta, Sri Lanka. 

to  lowland  forests.  One  of  the  best  examples  for  a  typical 

montane  cloud  forest  in  the  world  is  “Horton  Plains”,  Sri 

Lanka,  as  it  was  in  1947,  was  described  as  a  low,  dense, 

slow-growing forest with a healthy and vigorous appearance 

[1]. It is located on the highest plateau of Sri Lanka, which lies 

between  1,500  and  2,524m  average  sea  level  [2]  and  the 

geographical  location  is  in  the  Central  Highlands  of  the 

Central Province, 6’47 – 6’50’N, 80’ 46’- 80’50’E.  Annual 

rainfall in the region is about 2540 mm. Temperatures are low, 

with an annual mean of 13°C, and ground frost is common in 

February  [3].  The  landscape  characteristically  consists  of 

gently undulating highland plateau at the southern end of the 

central  mountain  massif  of  Sri  Lanka.  Soil  order  Ultisol  is 

characterized by a thick, black, organic layer at the surface. 

Horton  Plains  is  considered  to  be  the  most  important 

catchment area of the country as it is the originating point of 

the  tributaries  of  three  major  rivers,  the  Mahaweli  river 

flowing to the north, the Keleni river to the west and Walawe 

to the south of Sri Lanka. Belihul Oya, a small stream feeding 

the  Walawe,  tumbles  over  a  cliff  as  a  large  and  spectacular 

waterfall  within  the  reserve  itself.  These  forests  remained 

largely  untouched  by  the  3000-year-old  history  of  human 

agricultural  activity  on  the  island  and  the  hydraulic 

civilizations that shaped the landscapes of the lowlands left a 

comprehensive record that attests to this fact. Horton Plains is 

rich in biodiversity and most of the fauna and flora within the 

park  are  endemic  while  some  of  them  are  confined  to 

highlands of the island.  

The  land  area  covered  by  this  montane  rain  forest  is 

approximately  3,160  ha.  There  are  54  woody  species,  of 

which 27 (50%) are endemic to Sri Lanka. The area covered 

grasslands  are  locally  known  as  “patana.  The  canopy  of 

commonly  found  cloud  forest  is  dominated  by  the  endemic 

keena (Calophyllum walkeri) in association with varieties of 

Myrtacea (Syzygium rotundifolium and S. sclerophyllum) and 

Lauraceae 

(Litsea, 

Cinnamomum 

and 


Actinodaphne 

speciosa).  Horton  Plain  is  also  home  to  a  number  of  wild 

relatives  of  domesticated  plants,  such  as  pepper,  guava, 

tobacco and cardamom.  

Belonging to different size and age classes of these forest, 

have  been  dying  due  to  a  yet  unknown  factor.  This 

phenomenon was first observed in the Horton Plains National 

Park and the earliest reports of a significant level of dieback in 

the  forest  were  by  [4].  Estimations  using  recent  satellite 

images  combined  with  ground  surveys  revealed  that  about 

654 ha, equivalent to 24.5% of the forest in the park has been 

subjected to dieback [5]. One of the worst affected trees was 

Syzygium 

rotundifolium 

followed 

by 

Cinnamomum 

Soil Pollution and Forest Dieback: Will the Compost and 

Mycorrhizal Treatments be Effective in Mitigating Forest 

Dieback? 

Gunadasa H. K. S. G., Yapa. P. I., Nissanka S. P., and Perera S. P.

 

International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 3, No. 3, June 2012

167


 

 

ovalifolium,  Neolitsea  fuscata,  Syzygium  revolutum  and 



Calophyllum walkeri.  Also, seedling establishment and forest 

regeneration in the area is slow [5]. Healthy forest in the park 

amounts to about 2012 ha. The extent of the damage to  the 

forest  from  dieback  appears  to  be  so  severe  that  the  stand 

structure  in  affected  areas  shows  dramatic  changes.  If  this 

dieback  continues  with  the  current  rate,  the  majority  of  the 

large  trees  will  disappear  from  the  forest  soon.  The  vital 

functions offered by this precious forest will then be subjected 

to  significant  changes  most  probably  towards  the  negative 

side. Work done by many researchers so far has ended up with 

no  significant  clues  about  the  causal  agents  and  remedial 

measures  for  the  dieback  though  work  done  by  [6]  has 

indicated the contamination of soils in the Horton plains by Pb 

and  Cd  and  possible  links  of  the  soil  pollution  to  forest 

dieback.  Therefore,  the  main  objective  of  the  study  was  to 

assess  the  influence  of  SOM  in  remediating  Pb  and  Cd 

pollution  in  the  affected  soils.  The  specific  objectives  will 

include how the different concentrations of Pb and Cd`in the 

soil  affect  on  the  mortality  of  Syzygium  rotundifolium 

saplings.    

 

Fig. 1. A map of sri lanka locating the horton plain. 



 

II.


 

M

ATERIALS 



AND

 

M



ETHODS

 

The location of the experiment was in Horton  Plains,  the 



highest plateau of Sri Lanka between altitudes of 1,500 and 

2,524m. Twenty-four permanent experimental plots of 20 m 

 

20 m were demarcated using GPS (Global Positioning System) 



points with a 20 cm accuracy to represent an affected area in 

the Horton Plain National Park. Randomized Complete Block 

Design  (RCBD)  was  used  with  six  blocks  to  replicate  each 

and every treatment six times. Plot locations were selected to 

cover a 61 – 80 % dieback of trees and to maintain soil and 

topography  as  constant  as  possible.  Canopy  health  was 

assessed using a map published by [5]. Four soil amendments 

a) 


compost-2kg/sapling, 

b) 


compost 

and 


montane 

mycorrhizae-4kg/sapling. 

c) 

montane 


mycorrhizae-2kg/sapling  including  a  control  were  used  for 

the  study  while  taking  Syzygium  rotundifolium  as  the 

indicator plant. The most important reason for the selection of 

the tree species  Syzygium rotundifolium was due to the  fact 

that of all species that have been affected, this specie was the 

worst  affected.  The  second  reason  is  that  it  is  one  of  the 

dominant canopy tree types in the forest [5].  

An Investigation of harmful elements such as Pb and Cd in 

the soil samples were measured by wet ash method [7] and the 

extractants were analyzed for the above elements by Atomic 

Absorption  Spectrophotometry  [8].  In  addition,  the  soil 

organic matter content  was  determined  using  the  method  of 

total organic C by Walkley and Black described by [9]. The 

soil samples were collected from 0.20m depth and 0.3m-0.5m 

away  from  each  sapling  representing  three  different  time 

periods.  Furthermore,  Death  rates  of  the  saplings  were 

calculated  by  keeping  records  of  the  selected  saplings 

throughout the experimental period and counting the deaths at 

the end of the trial. Standard GENSTAT statistical software 

was  used  for  analysis  of  variance  (ANOVA),  t-test  and 

regression analysis of the results. 

 

III.



 

R

ESULTS 



AND

 

D



ISCUSSION

 

A  comprehensive  research  done  for  two  years  within  a 



61-80%  dieback  area  in  the  Horton  Plains  National  Park 

(HPNP), Sri Lanka was the base the following outcomes. Soil 

organic matter content and heavy metals such as Pb and Cd 

were compared first among the treatments under three stages 

of  sampling.  In  addition,  the  data  collected  were  compared 

with the death rate of the saplings as well. 



A.

 

Soil Organic Matter 

The  soil  organic  matter  content  in  a  soil  expresses  the 

relationship between the sources of organic materials and the 

decomposing factors (soil biota). Soil organic matter (SOM) 

level in the study area of Horton Plains has not reached upper 

levels in the range, up to 12%, as expected in tropical moist 

evergreen  forests  [10].  In  ordinary  tropical  moist  evergreen 

forests, SOM content varies around 6% [10]. Relatively low 

plant  nutrient  levels  in  montane  forests  are  not  unusual 

according to past studies (e.g., ([11].). For each 1000m rise in 

altitude, there is a 7

o

C drop in temperature [12]. This has a 



dramatic  effect  on  plant  and  animal  distribution  in  this 

ecosystem. With the elevation of about 2524m, Horton Plains 

is cold (mean annual temperature 15 

°

C) and contains a very 



specific  vegetation  which  is  much  more  sensitive  to  the 

changes in the environment than normal tropical forests [13]. 

Under the prevailing conditions in the montane environment 

–low sunlight, low temperature, shallow soil depth and so on, 

production of SOM is weaker in the Horton Plains than in an 

ordinary  tropical  forest  [14].  As  far  as  the  SOM  content  is 

concerned,  there  are  significant  differences  among  the 

treatments at soil sampling stage 1 (p = <.001), stage 2 (p = 



<.001),  and  stage  3  (<.001)  in  the  0.2m  depth  (Fig  2).  The 

soils  treated  with  compost  and  compost  +  mycorrhizae 

mixture  showed  the  higher  values  of  soil  organic  matter 

though  soils  treated  with  mycorrhizae  only  and  the  control 

showed  the  lowest  at  all  three  stages.  Fluctuation  of  SOM 

levels in the area may be linked with temperature, rainfall, soil 

depth  and  addition  of  organic  debris  from  the  aggressively 

growing  undercover  vegetation  such  as  Strobilanthus  spp.   

The function of SOM springs from its effects on soil structural 

stability (its action as a bonding agent between primary and 

secondary  mineral  particles  leads  to  enhanced  amount,  size 

and  stability  of  aggregates)  and  soil  water  retention  (as  a 



International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 3, No. 3, June 2012

168


 

 

water  adsorbing  agent,  it  enhances  water  acceptance  and 



availability) and, hence, on infiltration and percolation. At the 

same  time,  SOM  controls  soil  nutrients  that  affect  biomass. 

[15] emphasized that soil structural stability is influenced by 

the type of organic matter, as well as its amount. Therefore, in 

some  cases,  high  SOM  content  is  not  accompanied  by  high 

structural  stability.  [16]  pointed  out  that  some  fungi  exude 

oxalic  acid,  which  enhances  dispersion  and  breakdown  of 

aggregates.  Humic  substances  are  the  components  of  SOM 

which play the key role in detoxifying the soil from pollutants 

such  as  Pb  and  Cd  residues  of  Agro-chemicals  from 

surrounding areas [15].  Unsatisfactory levels of SOM exhibit 

the  poor  activity  of  humic  substances  and  resultant  soil 

pollution. It should also be noted that even a milder form of 

soil  contamination  in  the  Horton  Plains  cannot  be  afforded 

since the montane vegetation is highly sensitive to the changes 

in the environment.  

 

Fig. 2. Status of SOM% among the treatments. 



 

B.

 

Heavy Metals in Soil and Plants (Pb and Cd) 

The level of soil Pb and Cd has gone up to 106 and 7.29 

ppm respectively. The maximum allowable limit of Pb is 100 

ppm while it is 3ppm for Cd [17]. Even the smallest amount of 

both  Pb  and  Cd  may  impose  severe  damages  on  plant’s 

metabolism  leading  to  dieback  [18].    Results  from  soil 

analysis  clearly  indicated  contamination  of  soil  from  these 

two trace elements in Horton Plains. Treatments used for the 

study  have  significantly  influenced  the  soil  Pb  at  sampling 

stages 1 (p=0.01) and 2 (p=0.004) but there is no significant 

influence detected at stage-3 (p=0.79) (Fig 3) and the highest 

Pb content was observed in the control. Cadmium content in 

the soils of the study area is not significantly different with the 

treatments at stage-1 (p=0.18), -2 (p=0.35), and -3 (p=0.51) 

though  the  highest  is  observed  in  the  control  (Fig  4).  A 

fraction  of  those  elements  may  leach  out  from  the  top  soil 

while  another  fraction  may  be  absorbed  by  the  vegetation. 

Results from foliar analysis indicate the entry of Pb and Cd 

into the plant bodies (see table 1). 

Kandy,  a  major  city,  has  been  identified  as  the  worst 

polluted  city  in  Sri  Lanka  with  heavy  motor  traffic  and 

resultant vehicle emissions [19].  Burning diesel, gasoline and 

lubricants releases Pb and Cd to the atmosphere. Additionally, 

the friction by brake pads, clutch liners and tires releases these 

elements to the atmosphere. Strong monsoon winds seem to 

be the most possible transportation source of Pb and Cd from 

the polluted south western part of the country and following 

pioneer  studies,  Pb  and  Cd  are  subjected  to  long-range 

atmospheric transportation to a greater  extent  [20]  and  [21]  

where,  Pb  can  be  transported  for  a  distance  greater  than 

120km [22]  . Past studies reported that forest soils exceeding 

1800m elevation were contaminated with higher levels of Pb 

and  the  atmospheric  origin  of  the  excess  soil  Pb  was 

confirmed by high Pb levels in precipitation [23] and [24]   . 

Moreover,  with  increasing  visitors  to  the  Horton  Plains, 

motor  traffic  within  the  Horton  Plains  itself  has  increased. 

Therefore,  contamination  of  atmosphere  may  have  been 

increased to an alarming level so that it is very unlikely the 

rain falling onto the area is free from Pb and Cd.   

Mycorrhizae  significantly  increase  the  absorption  of 

various elements from the soil including heavy metals such as 

Pb  and  Cd  [18].  Therefore,  it  could  be  assumed  that 

mycorrhizae are responsible for the reduction of Pb and Cd in 

the soil treated with mycorrhizae. Soil microorganisms play a 

vital role in maintaining overall soil quality. They have been 

proved to be effective in detoxifying pollutants in the soil that 

include heavy metals such as Pb and Cd. Soil microbes (e.g, 

mycorrhizae)  on  the  other  hand,  maintain  extremely  useful 

symbiotic  associations  with  the  forest  vegetations  which 

provide additional advantage for the plants to mine nutrients 

and water [25]. 

However,  high  levels  of  heavy  metals  in  soils  have  been 

shown to decrease populations of soil microorganisms [26] . 

Contribution of the microbes in humification process during 

organic material decomposition should also be noted because 

humic  substances  formed  during  the  process  play  a  very 

special role in controlling the effects of organic and inorganic 

pollutants  in  the  soil  [27].  So,  the  deterioration  of  the 

activities  of  soil  microorganisms  as  a  result  of  the  acidity 

conditions in the soils of Horton Plains may have placed the 

forest  vegetation  in  a  vulnerable  state  for  soil  contaminants 

like  Pb  and  Cd.  Acidic  pH  conditions  also  increase  the 

availability of micronutrients in the soil unnecessarily and this 

situation results in the development of toxic conditions from 

micronutrients on plants [28].  

 

Fig. 3. Status of Cd among the treatments at three different stages of 



sampling. 

 

Fig. 4. Status of Pb among treatments at three different stages of sampling. 



International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 3, No. 3, June 2012

169


 

 

TABLE



 

I:

 



V

ARIATION OF 

PB

 

A



ND 

CD

 IN 



T

HE 


L

EAVES 


F

ROM 


D

IFFERENT 

T

REATMENTS



 

 

 



Treatments 

 

Control 



 

Compost 


 

Comp+


Myco 

 

Mycorrhizae 



 

Pb 


(mg/kg) 

 

Mean 



 

4.133 


 

2.1 


 

4.217 


 

4.217 


 

 

(0.04) 



(0.0) 

(0.05) 


(0.02) 

Cd 


(mg/kg) 

Mean 


6.467 

3.267 


3.6 

6.183 


 

 

(0.12) 



(0.08) 

(0.09) 


(0.06) 

 

Standard error for the respective mean is given within brackets 

C.

 

Death Rate of Syzygium Rotundifolium Saplings 

It was clearly evident that the addition of standard compost 

and  mycorrhizae  has  significantly  controlled  the  death  of 

Syzygium rotundifolium saplings (Fig 6). Treatment effect on 

the  death  of  saplings  is  significant  (p=<  0.001)  whilst  the 

control  clearly  shows  the  highest  death  rate  (Fig  5).  The 

standard compost consists of humic and fulvic acids that are 

formed  during  the  microbial  decomposition  of  organic 

materials.  These  specific  molecules,  known  as  humic 

substances, possess extraordinary capability of immobilizing 

soil contaminants such as Pb and Cd. Additionally, dozens of 

fractions  in  compost  help  the  plants  to  withstand  stressful 

conditions such as drought, nutrient imbalances, acidity and 

so on [29].  In addition, standard compost is a good reservoir 

of all forms of essential plant nutrients and growth factors of 

plants  [29].  Mycorrhizae,  on  the  other  hand,  act  as  a 

remarkable  symbiotic  mechanism  for  the  plants  to  survive 

under  stressful  conditions  such  as  droughts,  nutrient 

deficiency, soil contaminants such as Pb and Cd [18]. Thus, it 

could  be  argued  that  treating  the  Syzygium  rotundifolium 

samplings with standard compost and mycorrhizae until they 

become grownup trees might help to fill the gaps caused by 

the dieback in the forest.   

 

Fig. 5. Death rate of  the saplings after 2 years with  four different treatments. 



 

D.

 

Lead in the Soil and Dieback of Plants

 

The  relationship  between  Pb  concentration  and  the  death 

rate of Syzygium rotundifolium saplings was significant (p = 

<0.001)  while  the  correlation  showed  the  death  rate  of  the 

saplings has been largely affected by the Pb concentration in 

the soil (Fig 7). Findings clearly exhibits that the death rate of 

saplings  used  for  the  experiment      increases  with  the 

increasing  availability  of  Pb  in  the  soil.  Results  further 

revealed that the critical level of Pb in relation to the survival 

of Syzygium rotundifolium saplings was around 60ppm in the 

Horton Plains soil and above this level, an abrupt increment of 

death  rate  of  the  saplings  could  be  observed.  It  means  that 

even a slightest increase of available Pb in the soil above the 

threshold  of  60ppm  appears  to  impose  severe  damages  on 

plant’s metabolism leading to dieback [18].  



 

Fig. 6.  A dying sapling of syzygium rotundifolium. 

 

Fig. 7.  Pb concentrations in the soil Vs Death rate of saplings. 



E.

 

Cadmium in the Soil and Dieback of Plants 

Death rate of the  saplings  (Syzygium  rotundifolium)  used 

for the experiment appears to be increased with  increasing Cd 

availability  in  the  soil.  Some  linear  relationship  between 

increasing  death  rate  of  the  saplings  and  the  increment  of 

available soil Cd was observed though the correlation was not 

significant under the 

 level 0.05 (p=0.08) (Fig 8). It has been 



proven that the heavy metal Cd has disturbing effects on some 

crucial  metabolic  functions  of  plants  leading  to  death[30]. 

However,  the  nature  of  the  Cd  toxicity  on  Syzygium 

rotundifolium is different from the nature of Pb toxicity on the 

same plant. A threshold level of soil Cd in relation to the death 

rate of Syzygium rotundifolium saplings cannot be observed 

within the range of soil Cd found in the study area.      



 

Fig. 8.  Cd concentrations in the soil Vs Death rate of saplings. 

Y= 24.14 - 0.001/ (1-0.02X) 

P = < 0.001 

R

2



 = 55% 

International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 3, No. 3, June 2012

170


 

 

F.



 

Soil Organic Matter Vs Pb in the Soil 

An inversely proportional relationship between soil Pb and 

the SOM content was observed (Fig 9) and the relation was 

also statistically significant (p = <0.001). The findings clearly 

indicate that the availability of Pb in the soil for the vegetation 

in the study area could be reduced by increasing SOM level. 

The nature of the decline of soil Pb with the increasing SOM 

level  seems  to  be  a  linear-by-linear  type.  It  means  that  the 

concentration of soil Pb decreases with the increasing SOM 

level  but  the  rate  of  decline  of  Pb  gradually  decreases. 

Immobilization  of  soluble  Pb  in  the  soil  by  the  humic  and 

fulvic acid molecules present in SOM has been documented 

by several researchers (e.g., [18] and [30]).  

 

Fig. 9. Soil organic matter Vs Pb in soil. 



 

Fig. 10.  Soil organic matter Vs Cd in soil.

 

G.

 

Soil Organic Matter Vs Cd in the Soil 

The relationship between the availability of Cd in the soil 

and SOM content was significant ( p = 0.01). The nature of 

the  relationship  was  a  linear-by-linear  as  shown  in  fig.  10. 

According  to  the  graph,  soil  Cd  levels  gradually  decreased 

with the increasing SOM level. The results clearly show that 

the effect of available soil Cd on montane vegetation could be 

reduced by improving SOM level. Humic and fulvic acids are 

also proven to be effective in immobilizing  Cd as well [18]. 

The results in general indicate that the maintenance of SOM 

will help to mitigate the Cd toxicity on forest vegetation.   

H.

 

Soil Organic Matter Content in the Soil and Dieback of 

Plants 

Results clearly show that the increase of SOM level helps 

to  reduce  the  death  of  saplings.  The  relationship  between 

SOM  level  and  the  death  rate  of  the  saplings  (Syzygium 



rotundifolium) was significant (p = 0.05). The nature of the 

relationship  seems  to  be  linear-by-linear  and  it  further 

indicates  that  by  maintaining  SOM  level  somewhere  above 

4%,  the  death  rate  of  the  saplings  could  significantly  be 

reduced  (see  fig  11).  Humic  and  fulvic  acid  molecules  in 

SOM effectively immobilize toxic metals such as Pb and Cd 

in the soil [16].  

 

Fig. 11. Soil organic matter content in the soil vs death rate of saplings. 



 

IV.


 

C

ONCLUSION



 

Soil  pollution  in  the  montane  forest  with  Pb  and  Cd  as 

affected  by  increasing  vehicle  emissions  and  consequential   

polluted rain appears to be one of the key causes for the forest 

dieback  and  resultant  disappearance  of  the  most  precious 

natural forests in Sri Lanka. Extra sensitivity of the montane 

forest vegetation to the changes in the soil may have triggered 

the impact of soil pollution.  Enrichment of the polluted forest 

soils  with  standard  compost  and  montane  mycorrhizae 

appears  to  be  effective  in  saving  the  saplings  of  Syzygium 



rotundifolium (one of the worst affected trees) from untimely 

death  but,  the  compost  treatment  may  be  applicable  under 

emergence situations and could therefore be considered as a 

short-term remedy.  

As a long-term solution, reestablishment of the deteriorated 

areas  of  forest  with  native  flora  with  a  creation  of  identical 

multilayered tropical moist evergreen forest architecture and 

a  climax  of  biodiversity  will  be  suggested.  The  suggested 

design will enrich the  soil  with  good  quality  organic  matter 

which  is  recognized  as  the  basis  of  the  success  of  tropical 

moist evergreen forests.    

Maintenance of good quality SOM at satisfactory levels in 

the soil appears to be effective in reducing the toxicity levels 

of both Pb and Cd in the soil. Therefore, enriching the status 

of SOM will maintain the continuity of natural vegetation of 

the  forest  flora  by  minimizing  the  death  rates  of  the  plant 

species. Threshold levels of Pb should be taken into a specific 

consideration  during  forest  management.  Every  possible 

measures should be taken to not to allow the soil Pb level to 

exceed  the  threshold  level  of  60ppm.  It  would  also  be 

important to maintain the SOM level in the forest soil above 

4%  so  that  severity  of  the  effect  of  soil  pollution  on  forest 

flora could be avoided.   

A

CKNOWLEDGEMENT



 

This  study  was  conducted  with  the  financial  support  of 

Sabaragamuwa University of Sri Lanka and the Department 

of  Wildlife  Conservation.  We  are  also  grateful  to  the  Park 

Warden  and  the  rest  of  the  staff  at  Horton  Plains  National 

Park for their support given  throughout  the  study.  Our  very 



International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 3, No. 3, June 2012

171


 

 

special  appreciation  should  go  to  the  Rubber  Research 



Institute  of  Sri  Lanka  for  helping  us  to  complete  all  the 

sophisticated laboratory analysis related to the research.   

R

EFERENCES



 

[1]


 

T. W.  Hoffmann, “The Horton Plains, Good and Bad news,” Loris, vol. 

18, no. 1, pp. 4-5, 1988. 

[2]


 

T. C. Whitmore, Tropical Rain Forests of the Far East, Claredon Press, 

Oxford, 1984. 

[3]


 

R. A. Wijewansa, “Horton Plains: a plea for preservation,” Loris, vol. 

16, pp. 188-191, 1983. 

[4]


 

W.  L.  Werner,  “The  Upper  Montane  forests  of  Sri  Lanka,”  The  Sri 



Lanka Forester, vol. 15, pp. 119-135, 1982. 

[5]


 

N.  K.  B.  Adikaram,  K.  B.  Ranawana,  and  A.  Weerasuriya,  “Forest 

dieback in the Horton Plains National Park,  Sri Lanka Protected Areas 

Management and Wildlife Conservation Project, Department of Wild 

Life Conservation,” Ministry of Environment and Natural Resourses

Colombo, 2006. 

[6]

 

H.  K.  S.  G.  Gunadasa,  P.  I.  Yapa,  S.  P.  Nissanka,  and  S.  P.  Perera, 



“Forest  dieback  as  affected  by  soil  pollution  with  Pb  and  Cd:  an 

example from Sri Lanka,” International conference on environmental 



science and development, Hong Kong, January 5-7, 2012.  

[7]


 

USEPA, Method 3050B, acid digestion of sediments, sludges and soils, 

1996. 

[8]


 

E.  Dale  and  H.  Norman,  “Atomic  absorption  and  flame  emission 

spectrometry,” in Methods of Soil Analysis, 2

nd

 ed. vol. 9, A.L. Page, R. 



H. Miller, D.  R.  Keeney,  Eds.  USA:  American  Society  of  Agronomy 

Inc,1982, pp. 13-27. 

[9]


 

D. W. Nelson and L. E. Sommers, “Total carbon, organic carbon and 

organic  matter,”  in  method  of  soil  analysis,  2

nd

  ed,  USA,  American 

Society of Agronomy, vol. 9, 1982. 

[10]


 

P.  L.  Weaver,  E.  Medina,  D.  Pool,  K.  Dugger,  J.  Gonzales,  and  E. 

Cuevas,  “Ecological  observations  in  the      dwarf  cloud  forest  of  the 

Luquillo Mountains in Puerto Rico,”  Biotropica, vol. 10, pp. 278-291, 

1986. 

[11]


 

D. M. Dombois, P. M. Vitousek, and K. W.  Bridges, “Canopy dieback 

and  ecosystem  processes  in  Pacific  forests:  a  progress  report  and 

research proposal,” Hawaii Bot Sci, vol. 44, pp. 100, 1984. 

[12]

 

A.  Kaplan,  M.  A.  Cane,  Y.  Kushnir,  A.  C.    Clement,  and  M.  B. 



Blumenthal,  and  B.  Rajagopalan,  “Analyses  of  global  sea  surface 

temperature,” J Geophys Res-Oceans, vol. 103-C9, pp. 18567-18589, 

1998. 

[13]


 

L. L. Loope and T. W. Giambelluca, “Vulnerability of Island Tropical 

Montane Cloud Forests to Climate Change, with Special Reference to 

East Maui, Hawaii,” Climatic Change, vol. 39, pp. 503-517, 1998. 

[14]

 

P.  J.  Edwards  and  P.  J.  Grubb,  “Studies  of  mineral  cycling  in  a 



montanerain  forest  in  New  Guinea.  I.  The  distribution  of  organic 

matter in the vegetationand soil,” J Ecol, vol.  65, pp. 943-969, 1977.  

[15]

 

P.  Dutartre,  F.  Bartoli,  F.  Andreux,  J.  M.  Portal,  and  A.  Ange, 



“Influence of content and nature of organic matter on the structure of 

some sandy soils from West Africa,” Geoderma, vol. 56, pp. 459-478, 

1993.  

[16]


 

R.  P.  Voroney,  J.  A.  V.  Veen,  and  E.  A.  Paul,  “Organic  carbon 

dynamics in grassland soils. II. Model validation and simulation of the 

long-term effects of cultivation and rainfall erosion,” Can J Soil Sci

vol.  61, pp. 211-224, 1981. 

[17]


 

A. Kloke, “Orientierungsdaten für tolerierbare gesamtgehalte  einiger 

elemente in kulturboden mitt,” VDLUFA, vol.  H.1-3, pp. 9-11, 1980. 

 

[18]



 

A. B.  Pahlsson, “Toxicity of heavy metals (Zn, Cu, Cd, Pb) to Vascular 

Plants,” Water Air Soil Poll, vol. 47, pp. 287-319, 1989.  

[19]


 

O. AIlleperuma, “Kandy air most polluted,” Da i ly News,  Tu esd a y,  

2 0 1 0 .  

[20]


 

E.  Steinnes,  J.  P.  Rambaek,  and  J.  E.  Hanssen,  “Large  scale 

multi-element  survey  of  atmospheric  deposition  using  naturally 

growing  moss  as  biomonitor,”  Chemosphere,  vol.  35,  pp.735-752, 

1992. 

[21]


 

T. Berg, O. Røyset, E.  Steinnes,  and  M.  Vadset,  “Atmospheric  trace 

element  deposition:  Principal  component  analysis  of  ICP-MS  data 

from moss samples,” Environment Pollution, vol. 88, pp. 67-77, 1995. 

[22]

 

M. F. Billett, E. A. Fitzpatrick, and M. S. Cresser, “Long term changes 



in the Cu, Pb and Zn content of forest soil organic horizons from North 

– East Scotland,” Water, Air and  Soil Pollution, vol. 59, pp. 179-191. 

1991.  

[23]


 

T.  G.    Siccama  and  W.  H.  Smith,  “Lead  accumulation  in  a  northern 

hard wood forest,” Environmental science and Technology, vol. 14, pp 

54-56, 1978. 

[24]

 

T. G. Siccama, W. H. Smith, and D. L. Mader, “Changes in lead, zinc 



and copper, dry weight and organic matter content of the forest floor of 

white  pine  stands  in  central  Massachusetts  over  16  years,” 



Environmental Science and Technology, vol. 14, pp.  54-56, 1980. 

[25]


 

M.  J.  Harrison,  “The  arbuscular  mycorrhizal  symbiosis:  An 

underground association,” Trends in Plant Sci, vol. 2, pp. 54-59, 1997. 

[26]


 

[26] A.J. Friedland, R. Gregory, K. Kilrenlampi, and A.  H.  Johnson, 

“Zinc,  Cu,  Ni  and  Cd  in  the  forest  floor  in  the  northeastern  United 

States,” WaterAir and  Soil Pollution, vol.  29, pp. 233-243, 1986. 

[27]

 

W. R. Jackson, “Humic, Fulvic, and Microbial Balance: Organic Soil 



Conditioning,” Evergreen. CO:  Jackson Research Center, 1993. 

[28]


 

F. G. V. Jr, “Micronutrient Availability, Chemistry and Availability of 

Micronutrients in Soils,” Journal of Agricultural and Food Chemistry

vol.10-3, pp. 174-178, 1962. 

[29]

 

I. Weissenhorn, C. Leyval, and J. Berthelin, “Bioavailability of heavy 



metals and abundance of arbuscular mycorrhizal in a soil polluted by 

atmospheric deposition from a smelter,” Biol  Fert  Soils, vol. 19, pp. 

22-28, 1995. 

[30]


 

W.  W.  Wenzel,  D.  C.  Adriano,  D.  E.  Salt  and  R.  Smith, 

“Phytoremediation: a plant-micro based system,” in:  Remediation of 

contaminated soils, D.C. Adriano, J.M. Bollag, W.T. Frankenberger Jr, 

R. C. Sims, Eds. SSSA Spec Monogr 37,1999,  pp. 457-510. 

 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 3, No. 3, June 2012

172


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azkurs.org 2016
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə