目前，酸雨对森林生态系统影响的报道主要集中在酸雨中离子分布特征，酸雨对林木生长及生产力的影响，酸雨对森林土壤的影响以及模拟酸雨试验等方面(周修萍等，1987；Draaijers et al., 1994; 冯宗炜，1999；Hamburg et al., 1998; Draaijers et al., 1995; 高绪平等，1987；Kohno，1995)。近年来，关于湖南地区酸雨降水化学组成、离子浓度和酸度的分布特征均有所研究(Hanson et al., 1991; Fan et al., 2001; 陈旦华等，1997)，但酸雨对森林冠层淋溶作用的研究并不多见。本文以2001年1月至2002年6月韶山降水监测数据为基础，研究了该区酸雨对森林冠层的淋溶作用。

1 研究区概况

韶山位于湖南省中部(27°87′ N，112°91′ E)，海拔292 m。属亚热带气候，年均降雨量1 200~1 700 mm，且集中在夏季。年均气温16.8 ℃。植被类型为亚热带针阔混交林，以针叶为主。林内树种丰富，高大乔木树种主要有杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)、香樟(Cinmamomum camphora)、油桐(Vernicia fordii)和毛竹(Phyllostachys pubescens)；低矮的灌木主要由山茶花(Camellia japonica)、油茶(Camellia oleifera)、夹竹桃(Nerium indicum)以及小叶冬青(Euonymus japonicus)等。这些树种在林地空间形成明显的多冠层垂直结构，乔木冠层在距地面10~30 m处，灌木冠层在距地面0.8~3.5 m处。土壤属于黄壤、黄棕壤等敏感性土壤。

2 研究方法

2001年1月至2002年6月在林分附近的空旷地带，在4个30 m×30 m的采样区内布设32个采样点，采用瑞典的自动降水采样器采集雨样，接水容器为专用的聚乙烯桶。选定标准木，在离地面1 m处固定一个直径为10 cm向上开口的聚乙烯容器，中间放置过滤薄片以防止树叶和昆虫进入容器，下方紧接一个专用聚乙烯接水容器，以测定穿透水量；用一个直径为15 cm的向上开口的聚乙烯容器置于土中，获得地表穿透水。大气降水、林冠穿透水和地表穿透水均是每周采集1次样品。

在降水后立即用PHS-3C型数字型酸度计测定水样pH值，水样在每周采样当天送实验室，用原子吸收分光光度计(SH-3800，Hitachi公司)分析K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺和Al³⁺的含量；SO₄^2-、NO₃^-、F^-、Cl^-和NH₄⁺含量则用离子色谱仪(DX-120型离子色谱仪，Dionex公司)测定。

3 结果与分析 3.1 降水pH值变化特征

从表 1可以看出，大气降水经过树冠及地表植被后，pH值明显升高，可能是树冠在受到酸性降水的淋溶后，树木组织内的盐基阳离子(Ca²⁺，Mg²⁺，K⁺、Mn²⁺等)与降水中H⁺发生交换反应，H⁺取代盐基离子，降雨中H⁺浓度减少，从而pH值上升；另一方面，通过比较各季节大气降水pH增量可知，大气降水pH上升幅度最大值出现在夏季(3—6月份)，2001年大气降水依次经过树冠、地表植被淋洗后pH值分别上升了2.24和2.27个pH值单位，上升率分别为51.5%和52.2%。这表明，在植被生长旺季(本文指夏季)，树叶中可交换反应的盐基离子活性更大，淋熔作用更加明显。

3.2 降雨过程的冠层淋溶 3.2.1 冠层对大气降水中离子的吸收作用

从图 1可看出，大气降水中的SO₄^2-、NO₃^-、Mg²⁺、NH₄⁺和Na⁺经冠层淋溶后明显出现负值。这表明亚热带针阔混交林对这些离子具有吸收作用，特别是NH₄⁺和Na⁺。2002年春季NH₄⁺和Na⁺的化学淋溶百分率分别为-65.60%和-108%，而同年夏季NH₄⁺和Na⁺的淋溶百分率分别为-65.04%和-37.05%，2001年春、夏两季的情况也有所相似。有研究认为，在生长季节由于树冠的吸附作用，大气沉降中的H⁺、NO₃^-和NH₄⁺可以减少50%~70%，而树冠的淋洗则可使Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺等营养离子浓度增加(Gallowag et al., 1976; Gay et al., 1985; Mahendrappa, 1991)。笔者通过对淋溶规律的研究也发现，生长季节(本文指春季和夏季)树冠对NH₄⁺、Na⁺、SO₄^2-和NO₃^-的吸收作用明显，尤其是NH₄⁺和Na⁺。

3.2.2 淋溶随降雨量的变化

从图 1可以看出，SO₄^2-、Ca²⁺ 和Mg²⁺的冠层淋溶百分率随降雨量的增加有明显减少的趋势。SO₄^2-出现这种现象可能是因为雨量大的降水多为酸性降水，其中SO₄^2-和NO₃^-含量较高，而森林冠层对SO₄^2-有一定的吸收作用。Ca²⁺和Mg²⁺的冠层淋溶百分率随降雨量的增加而明显减少，可能是由于研究地森林中Ca²⁺和Mg²⁺主要来自于地表尘埃，而沉积在树冠层的尘埃在降雨量较大时，大量雨水冲淡了林内穿透水中Ca²⁺和Mg²⁺浓度，使得冠层淋溶百分率下降，即比小雨量要低。K⁺离子的冠层淋溶百分率随降雨量的变化规律不明显，这可能是由于K⁺活性大，不论降雨量大小，它的淋溶百分率都较高，受降雨量影响较小。

3.3 pH值与淋溶的关系

从表 2可以看出，阳离子Ca²⁺、K⁺和阴离子Cl^-离子随着pH值增加其冠层淋溶百分率呈现增加的趋势，说明酸雨能明显延缓森林生态系统中Ca²⁺、K⁺和Cl^-离子的淋溶速率。根据表 2可以得出，韶山地区在常年酸沉降条件下，森林对酸性离子SO₄^2-、NO₃^-的吸收作用最强，SO₄^2-和NO₃^-的淋溶百分率分别为-22.93%和-83.89%，这样森林对当地土壤的酸化起到了非常大的缓冲作用。在pH值为4.5~5.0时，森林冠层对NH₄⁺和Na⁺的吸收作用最强，这可能与冠层生长吸收了这些营养元素有关。

3.4 冠层淋溶序列分析

表 3是各季节测得的大气降水以及林内穿透水中各离子的含量，以雨量为权重，计算出大气降水及林内穿冠水的18个月的平均沉降率。从表 3中可以看出，在监测的18个月中，只有Na⁺的淋溶百分率出现负值，这说明：从长期来看，森林冠层只对Na⁺具有较强的吸收作用，对其他元素的吸收作用不太明显。另外，从各离子的淋溶序列来看，其淋溶序列为K⁺＞Ca²⁺＞Cl^-＞Mg²⁺＞SO₄^2-＞NO₃^-＞NH₄⁺＞Na⁺。

4 结论

大气降水经过森林冠层后pH值明显升高，其最大升幅出现在降雨量520 mm处；森林穿透水经过地表植被后，pH值进一步上升不太明显，最大升幅仍出现在降雨量520 mm处；韶山亚热带针阔混交林对SO₄^2-、NO₃^-、Mg²⁺、NH₄⁺和N_a⁺具有吸收作用；SO₄^2-、Ca²⁺和Mg²⁺离子的冠层淋溶百分率随降雨量的增加明显减少；阳离子Ca²⁺、K⁺和阴离子Cl^-随着pH的增加，其冠层淋溶百分率呈增加趋势；韶山地区在常年酸沉降条件下，森林冠层对酸性离子SO₄^2-、NO₃^-的吸收作用最强；根据18个月离子浓度平均值来计算，韶山地区森林冠层离子的淋溶序列为：K⁺＞Ca²⁺＞Cl^-＞Mg²⁺＞SO₄^2-＞NO₃^-＞NH₄⁺＞Na⁺。

本研究只考虑了酸沉降中的湿沉降部分，未考虑干沉降，下一步研究应综合考虑干沉降和湿沉降，以全面反映酸沉降对森林生态系统的潜在影响，另外，大气降水经过森林冠层后对森林土壤酸化影响也应成为下一步研究的重点。