秦岭典型林分林冠层对大气降雨水质影响过程研究

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秦岭森林水资源丰富,是汉江、丹江等河流的发源地,是南水北调工程重要水源区,其森林水质状况对饮水、用水及调水水质有十分重要的影响。林冠层影响大气降雨水质,在净化水质方面起关键作用,但其影响过程尚不清楚,因此在秦岭林区开展林冠层对大气降雨水质影响过程方面研究很有必要,将有助于进一步了解大气降雨进入森林生态系统后水质发生变化的机理,这对正确理解森林对水质的影响有十分重要的科学意义。本研究以秦岭林区典型林分——油松林、华山松林、锐齿栎林为研究对象,通过野外采集大气降雨及林内穿透雨,室内进行水质指标测定,研究了天然降雨透过林冠层水化学物质浓度的变化过程。设计模拟降雨试验,研究了不同p H降雨透过林冠层水化学物质浓度变化过程。又对比分析大气降雨及不同林分林内穿透雨水化学物质浓度的季节性特征,研究了降雨透过林冠层水化学物质的季节变化过程。研究主要得出以下结论:(1)天然次降雨事件中,三种林分林冠层对降雨p H值有调升作用。各林分穿透雨中K+、Ca2+、Mg2+、Pb、Zn浓度均升高,油松林、华山松林穿透雨NH4+、NO3-浓度降低,锐齿栎林升高。三种林分穿透雨p H和K+、Cd浓度随降雨时间延长变化无明显规律,穿透雨中NH4+、NO3-、Ca2+、Pb、Zn浓度随降雨时间延长呈直线变化。穿透雨中水化学物质浓度随降雨时间延长变化幅度较小,说明降雨对林冠层以淋溶作用为主,且作用较稳定。(2)模拟降雨经过树冠,穿透雨中p H值升高,油松、华山松林冠较锐齿栎林冠对降雨p H值调节作用显著。模拟降雨10~20min时,三种林分林冠穿透雨中NH4+、NO3-、K+、Ca2+、Mg2+、Pb、Zn、Cd浓度达到峰值,降雨20min~30min后浓度降低并趋于稳定。三种林分穿透雨中多数化学物质浓度随降雨时间延长总体上呈先升高后降低并趋于稳定的规律。(3)酸雨有促进林冠中化学物质淋失的作用。三种林分穿透雨中NH4+、K+、Ca2+、Mg2+、Pb、Cd浓度与降雨p H值显著相关(p<0.05),但NO3-、Zn浓度与降雨p H值相关性不显著(p>0.05)。不同p H值降雨淋洗同一树种,穿透雨中NH4+、K+、Ca2+、Mg2+、Pb、Cd浓度值及浓度变化幅度大小表现为p H4.0>p H5.0>p H7.0。相同p H值降雨经过不同林分林冠层,油松、华山松林冠穿透雨中NH4+、NO3-、K+、Ca2+、Mg2+、Pb、Zn、Cd浓度大于锐齿栎林。(4)林冠对穿透雨水质影响过程分为降雨淋洗为主和降雨淋溶为主两个阶段。降雨开始至t时为降雨淋洗为主阶段,该阶段特点是降雨迅速淋洗林冠表面颗粒物,林冠穿透雨水化学物质浓度升高达到峰值。降雨t时以后为降雨淋溶为主阶段,该阶段特点是林冠穿透雨水化学物质浓度变化幅度小而稳定,t与降雨p H、林分类型、水化学物质成分有关。降雨淋洗为主阶段,林冠层对水化学物质浓度变化影响大。(5)天然降雨经过林冠层,三种林分穿透雨p H值随季节变化幅度小,林冠具有稳定降雨p H值的作用。各林分穿透雨中K+、Ca2+、Mg2+、Pb、Zn、Cd浓度均升高。夏季,林冠层对降雨水化学物质浓度的影响较大,在7、8月份,穿透雨中NO3-、Ca2+、Mg2+、Pb、Zn、Cd浓度较高。(6)降雨经过林冠层,除油松林和华山松林穿透雨中NH4+、NO3-输出量小于大气降雨输入量之外,各林分穿透雨中水化学物质的输出量均大于大气降雨输入量,说明穿透雨中水化学物质主要来自于大气降雨的输入,降雨对林冠层的淋洗淋溶量较小。油松林、华山松林穿透雨水化学物质来自降雨淋洗淋溶量部分较锐齿栎林高。
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