分析森林水环境的化学变化，对探索地表水水质变化、森林生态系统净化水源的作用机制具有重要意义(欧阳学军等，2002；鲁绍伟等，2005；李文宇等，2004)。森林与水环境、森林与水质已经成为森林水文学研究的重点和热点，美国、前苏联、英国、加拿大、芬兰、日本和中国都相继建立森林生态系统定位研究站，对森林与水质关系进行长期监测和研究(Berner et al., 1998；Åström et al., 2001；王顺利等，2004；Aust et al., 2004)，在不同森林生态系统降水化学特征(王艳等，2006；陈书军等，2006)和营养元素的收支平衡及迁移特征(陈永瑞等，2003；王登芝等，2006；康文星等，2006；吴家兵等，2007；Silver，1998)方面取得了很多成果。西泉眼水库是哈尔滨市城市饮用水后备水源地，阿什河作为西泉眼水库的入库河流，水质的好坏直接影响水库水质。西泉眼水库流域水源涵养林对保护集水区的蓄水能力、改善水质以及对哈尔滨市未来饮用水供给均具有重要意义。本研究对阿什河源头地表水来源过程中各环节(包括大气降水、穿透水、干流、地表径流等)的水质进行研究，为水源地水源涵养林的规划提供参考依据。

试验区位于哈尔滨市林业局山河林场(127°29′—127°39′ E，45°23′—45°33′ N)，属长白山植物区系。该林场为西泉眼水库源河流阿什河源头水源涵养林。林场地处张广才岭西坡，地形以山区丘陵地貌为主，地势由东北向西南渐低，平均海拔520 m，坡度12~40°。属中温带大陆季风气候，冬长夏短，早春少雨易干旱，秋季降温迅速，常有冻害发生。年均气温3.5 ℃，年降水量550~660 mm，全年无霜期120 d。早霜出现在9月中旬，晚霜出现在5月中旬。该地水系为松花江支流水系，地带性土壤以暗棕壤为主，白浆土只有少量分布。本试验选择的落叶松(Larix spp.)人工林平均年龄35 a，平均树高18.87 m，平均胸径16.09 cm，郁闭度0.6。

在试验区域附近设立气象观测点，于空旷区域放置2个虹吸式自记雨量计，同时设置覆上纱窗的塑料集水槽盛接大气降水。试验区内设20 m×20 m的标准地1个，采用林内设置集水槽(规格为200 cm×20 cm×15 cm，集水槽距离地面约50 cm)的方法收集穿透水，根据林分郁闭度和密度在林下放置3个集水槽，水槽覆纱窗防止凋落物进入。根据林分调查结果，按样地内林木的径阶分布状况(以4 cm为一个径阶)选取5棵标准株，用剖开的聚乙烯塑料管(直径2.5 cm)在胸径高处蛇形环绕树干1.5~2周，将干流导入塑料桶内收集。在林分内用聚乙烯塑料板设置面积为5 m×20 m的径流小区，集水口用塑料网拦截枯枝落叶及泥沙，并用塑料水簸箕将地表水收集到塑料桶内。分别在王林沟汇集的溪流和流经生产区、生活区的河段设置固定采样点，进行水样采集。每次降雨后均用预处理过的聚乙烯瓶分别采集各类水样并尽快带回实验室进行分析。试验观测时间：2004年5—10月。

pH值、溶解氧(DO)、浊度(TURB)、电导率(COND)、总溶解固体(TDS)和氧化还原电位(ORP)由HORIBA W-23Xd型日本产多参数水质监测仪测定。钙、镁离子用原子吸收分光光度法(GB11905-89)测定，铜、锌离子用原子吸收分光光度法(GB7475-87)测定，钾、钠离子用火焰原子吸收分光光度法(GB11904-89)测定，锰、铁离子用火焰原子吸收分光光度法(GB11911-89)测定，所用仪器为TAS-986原子吸收分光光度计。总磷的测定用铝酸铵分光光度法(GB11893-89)，总氮用碱性过硫酸钾消解紫外分光亮度法(GB11894-89)测定，所用仪器为TU-1800PC/1800SPC紫外可见分光光度计。所有水样均分别测定。

表 1可以看出山河林场落叶松人工林水分传输过程中理化指标和有机污染综合指标的月变化动态为：穿透水的pH值只有8月高于大气降水且各月pH的平均值为地表径流>穿透水>干流，干流的酸化最为明显。地表径流的pH值只有6月低于大气降水，对林分水质酸化有很好的缓冲作用。大气降水经过落叶松人工林生态系统后COND值和TDS含量增加，这与大气降水淋洗林木后离子浓度和其他物质含量增加有关(王登芝等，2005)。地表径流的ORP值逐月降低且低于大气降水和树干径流。

表 1 水分传输过程中的水质状况 Tab.1 Survey of water quality in rainfall, throughfall, stemflow, runoff, brook and river

表 1 水分传输过程中的水质状况 Tab.1 Survey of water quality in rainfall, throughfall, stemflow, runoff, brook and river

金属离子含量的月变化动态为：各月的穿透水、干流和地表径流的K和Mg元素含量都高于大气降水，大量营养元素从林冠层淋溶下来，这与刘菊秀等(2003)在鼎湖山的研究结果一致。7—9月穿透水Na元素含量都低于大气降水，为负淋溶，可能是落叶松人工林的枝叶对Na元素有一定的吸附和吸收。穿透水Ca元素只在6、8月高于大气降水，说明落叶松人工林的枝叶会从大气降水中吸附一定的Ca元素。各月的干流和地表径流Ca元素含量都高于大气降水，可能是树干的生理活动分泌了较多的Ca元素，也可能是树干平时从大气中吸附了很多含有Ca元素的物质在降雨时被淋洗下来，具体原因有待进一步研究。6、9月穿透水和干流中都没有检测出Cu元素，9月未检测出地表径流中的Cu元素。穿透水、干流和地表径流Zn元素都是6—9月逐渐降低，10月穿透水和干流中Zn元素含量又有所升高。8、9月没有检出穿透水中的Mn元素，7、9月没有检出Fe含量。各月的干流和地表径流的Mn和Fe元素平均值都高于大气降水和穿透水。

由表 1可以看出：各月河水的pH值、COND、TDS、总磷和总氮含量都高于溪水，这主要是由于河水经过生产生活区，受到人为活动影响，河水水质有所下降。溪水直接由林地汇集而成，各月的TURB都很小，并且变化不大。河水的TURB变化较大，7月最高，为9.00 NTU, 10月最低，为1.00 NTU。溪水和河水各月的ORP变化很大，可能是由水体中离子浓度的变化较大引起的。溪水和河水的溶解氧含量都很高，状况较好。

溪水和河水中Mg和Zn元素含量的时间变化趋势相似：Mg元素含量6月最高，9月最低。Zn元素含量都是6月最高、7月较低，8月回升，9、10月未检出。各月河水中的Na、Mg和Ca元素含量都高于溪水。河水中K元素含量的月变化没有溪水明显。溪水中Cu元素只有在10月被检测出，含量为0.010 mg·L^-1，而河水中Cu元素只有在8月被检测出，含量为0.100 mg·L^-1。7、10月溪水中Mn元素含量分别为0.020和0.010 mg·L^-1。河水中Mn元素含量在8月份最低，为0.025 mg·L^-1。6、7、9月溪水中Fe元素含量未检出，10月为0.080 mg·L^-1。各月的河水Fe元素含量变化不大，7月最低为0.255 mg·L^-1，9月最高为0.350 mg·L^-1。

依据GB3838-2002《地表水环境质量标准基本项目标准限值》及2004年实测数据的总平均值，采用单因子评价法对山河林场的溪水与河水进行水质评价。总磷和总氮单项指标评价结果表明溪水属于Ⅱ类，其余指标都属于Ⅰ类，综合评价结果属于Ⅱ类水体，主要污染物为总磷和总氮。总磷和Cu单项指标评价结果表明河水属于Ⅱ类，总氮属于Ⅳ类，其余指标属于Ⅰ类。河水的综合评价结果属于Ⅳ类水体，主要污染物为总磷、总氮和Cu。

大气降水在通过林冠的过程中，由于雨水对植物体淋洗，枝叶对雨水中离子的吸入，以及雨水对枝叶表面粉尘、微粒、尘埃等固体沉降物的冲洗等，致使穿透林冠层进入林内的雨水中化学成分含量发生了改变(Potter et al., 1991；周国逸等，2003；陈步峰等，1998)。在雨季之前，林分的树干和枝叶上积淀了大量新陈代谢产物和大气中的尘埃，所以6月份测定的穿透水和干流中的K、Na元素含量高，就是大气降水淋洗了这些产物和尘埃所至。东北地区冬季寒冷而漫长，林区主要以煤和木材取暖，燃烧所产生的烟尘里含有大量的Zn、Fe和Mn等元素，这些烟尘附着在林木的枝干后，随着大气降水也被淋洗下来，所以6月这些金属元素在穿透水和干流中的含量也较高。随着雨季的到来，大气降水频繁，对林冠层和树干淋洗次数渐多，这些元素的含量逐渐减少。9、10月份天气渐冷，烧火取暖产生的烟尘逐渐增多，所以Zn、Fe和Mn等元素含量也逐渐增多。

在落叶松人工林生态系统水分传输过程中，干流的pH值为4.8~5.7，表现出明显的酸化现象，这与闫文德等(2003)、王登芝等(2005)和樊后保等(2000)的研究结果一致。而地表径流的pH值有明显改善，说明落叶松人工林生态系统对水质酸化有很好的缓冲作用。地表径流经过林地土壤层的深层交换和净化后汇集成溪水，浊度和总溶解固体含量明显降低，溶解氧含量提高，水质变好。可见落叶松人工林在净化水质方面具有很好的作用。由于在试验地进行地下水层水质监测存在一定的困难，所以本项研究没有测定不同林分深层土壤对地下水层水质的影响。

溪水综合评价结果属于Ⅱ类水体，水质较好，适于作为集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等。可在王林沟汇流段截水，进行林蛙养殖，经济效果也不错。溪水经过生产区和生活区后，由于生产和生活污染导致该河段的水质状况下降，各月河水中总氮、总磷、COND、TDS、Na、Mg和Ca元素含量都高于溪水，属于Ⅳ类水体，只可用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水。作为入库河流，应控制该河段的生产生活废水倾倒，减少总氮、总磷的排放量，改善水质，优化水源。