森林生态系统对降雨化学性质的影响十分明显，降雨经过森林植被后，其养分种类和数量都发生很大变化。通过降雨输入的养分不仅对森林群落的生长和演替具有重要意义，而且是森林生态系统生物化学循环的重要组成部分，构成森林生态系统养分平衡的基础。国内外有关森林降雨化学的研究较多，涉及到不同的森林类型(Parker, 1983；Amezaga et al., 1997；Schmitta et al., 2005；Xu et al., 2005；刘菊秀等, 2003；巩合德等, 2005；武秀娟等, 2008)。自20世纪70年代以来，欧洲、北美及日本就森林降雨化学进行了长期监测(Staelens et al., 2008)，结果表明森林降雨化学表现出高度的时间和空间异质性(Cronan et al., 1983；Parker, 1983；Staelens et al., 2008)，难以得出普遍规律。为了深入认识森林植被降雨化学的形成机制，需要系统和长期的定位观测。我国有关森林降雨化学的研究多集中在温带和南亚热带地区的落叶松(Larix gmelinii)、油松(Pinus tabulaeformis)、云杉(Picea asperata)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和马尾松(Pinus massoniana)等单一群落，而对亚热带常绿阔叶林复杂群落的研究较少。本研究探讨安徽老山自然保护区亚热带常绿阔叶林的降雨化学动态，以期了解森林水文过程中养分元素的迁移规律和循环特点，为其生态功能评价和科学经营提供依据。

1 研究区概况

研究区位于安徽池州市老山自然保护区(117°45′E，30°23′N)。系皖南山区北缘，属于九华山脉，地貌以中低山为主，局部为丘陵、岗地，海拔一般400 m以上。属亚热带湿润季风气候，年均气温16.4 ℃，年均降雨量1 550 mm，多雾。该地区主要为天然常绿阔叶次生林，主要树种有甜槠(Castanopsis eyrei)、苦槠(Castanopsis sclerophylla)、绵槠(Lithocarpus harlandii)和青冈(Cyclobalanopsis glauca)。土壤为山地黄红壤，土层较薄，呈酸性。

2 研究方法

在踏查的基础上，在48年生常绿阔叶林代表性林分内设置1块20 m×30 m的样地，林分密度2 933株·hm^-2、平均胸径14.3 cm、平均树高12.5 m、胸高断面积65.2 m²·hm^-2，郁闭度0.9，林下植被盖度30%，优势树种为苦槠、甜槠和石栎(Lithocarpus glaber)。样地海拔250 m、坡度24°、土层厚度约60 cm，沙质壤土。

2008-12—2009-12，在样地内定期(通常每月1次；雨季7，8月为每月2~3次)收取雨水样品，用于化学分析。林外雨收集器是利用1个直径为30 cm的圆形漏斗下接一个容积为10 L的聚乙烯塑料桶，漏斗内放置过滤纱网以防止树叶和昆虫等进入，在漏斗和塑料桶连接处用塑料薄膜包裹防止雨水和昆虫进入，将其置于林外空地。林内穿透雨的收集按照同样的方法，共设置4个置于样地内。选择样地内5棵具有代表性的4种阔叶树种(甜槠2株，苦槠、青冈和石栎各1株)收集树干径流：在距地面1 m左右的树干上，选择树皮光滑处，如果树皮粗糙，用刀具修除粗糙的周皮后，用密度较大、厚度1 cm、宽10 cm的泡沫板及厚度2 mm的塑料皮扎成领带状，内插一根直径为2 cm的PVC管导水，固定后，涂抹固化密封胶，以防树干径流外泄，PVC导水管下端接一个5或10 L(依树干粗细而定)的聚乙烯塑料桶。

水样采集后带回实验室，立即利用HORIBA B-212型pH计测定其pH值，用HORIBA B-173型电导率计测定其电导率，然后将收集的雨样经0.45 μm玻璃纤维滤膜过滤，供化学分析。如不能及时完成分析，将滤后水样置于4 ℃低温贮藏柜中保存。NH₄⁺-N，NO₃^--N和PO₄³-P含量采用FIAStar 5000型自动流动注射分析仪测定；金属元素K, Ca和Mg含量采用国产的TAS-990AFG型原子吸收分光光度计测定。

3 结果与分析 3.1 降雨量与穿透雨量的季节变化

由图 1可知，老山自然保护区降雨集中在4—8月份，约占全年总降雨量的70%。这一时期为雨热同期，是植物的生长季节，充沛的雨水利于生物量的积累。7月降雨量最大达307 mm，降雨持续时间长、强度大且频繁。8月降雨量也保持在高水平上，9，10月干旱少雨，10月降雨量最低仅24.77 mm。从降雨的季节性变化看：春、夏季雨量明显大于秋、冬季。

穿透雨量的变化趋势与林外雨类似：大气降雨量高的月份里，穿透雨量也高。穿透雨量占大气降雨量的60.4%，冬季穿透雨量占总降雨量的比例要高于其他季节，一方面与大气降雨量的季节性分配相关，另一方面，由于冬季林内郁闭度有所降低，穿透雨率提高。穿透雨量的月较差小于大气降雨量，表明树冠对降雨具有一定的调节作用。

3.2 pH值的动态变化

观测期间，老山保护区的大气降雨pH值平均为6.81，其中最大值达7.12，最小值为6.57；pH值为5.6~7.0的雨样数占全部雨样数的83%，pH值在7.0以上的雨样数占全部雨样数的17%，表明降雨偏中性。穿透雨的pH均值为6.46，最大值为7.06，最小值为5.56；树干径流的pH均值为5.29，最大值为5.80，最小值为4.53，相对于大气降雨和穿透雨，树干径流表现为酸性，受到冠层和树干的双重影响。

3.3 电导率的动态变化

电导率可反映雨水中离子成分的总浓度，一般电导率越高，溶液总离子浓度越高，总盐量与电导率密切相关。观测期间，大气降雨电导率平均为42.6 μS·cm^-1，穿透雨电导率平均为74.9 μS·cm^-1，树干径流电导率平均为106.9 μS·cm^-1。电导率表现为大气降雨 < 穿透雨 < 树干径流(图 2)。

大气降雨电导率的波动较大，受到大气状况、降雨量的影响。雨季大气降雨电导率相对较低。穿透雨和树干径流电导率的变化趋势与大气降雨类似，季节波动较大，受到大气状况、降雨量以及冠层和树干淋溶作用等的影响。

3.4 K⁺的动态变化

K是易于转移的大量元素，在雨水作用下易于被淋溶出来。观测期内，大气降雨K⁺浓度均值为1.40 mg·L^-1；在雨季(7，8月份)出现低值，峰值出现在春末夏初和秋冬季(图 3)。穿透雨中K⁺浓度均值为3.88 mg·L^-1，其变化趋势与大气降雨类似。树干径流K⁺浓度均值为5.78 mg·L^-1，夏季树干径流K⁺的含量急剧下降，其高峰值出现在降雨量低的秋冬季，其波动幅度较大。K⁺含量表现为树干径流>穿透雨>大气降雨。

3.5 Ca²⁺的动态变化

大气降雨Ca²⁺浓度均值为3.08 mg·L^-1，波动较大(图 4)。在雨季Ca²⁺浓度大幅下降，随着降雨减少和降雨间隔时间增长，Ca²⁺浓度升高。穿透雨中Ca²⁺浓度明显高于大气降雨，穿透雨Ca²⁺浓度均值为4.69 mg·L^-1。树干径流Ca²⁺浓度均值为8.02 mg·L^-1，波动幅度最大。夏季树干径流Ca²⁺含量急剧下降，个别月份树干径流中Ca²⁺含量低于穿透雨，其他季节树干径流对Ca²⁺的富集作用较大，表现出强烈的洗脱淋溶作用。Ca²⁺含量表现为树干径流>穿透雨>大气降雨。

3.6 Mg²⁺的动态变化

由图 5知，大气降雨中Mg²⁺的浓度均值为0.056 mg·L^-1。春夏季里，有时检测不到Mg²⁺。在秋冬季出现明显的2个峰值(10，12月)，11月份雨量偏多造成Mg²⁺含量下降，其季节动态变化为秋、冬季高于春、夏季。穿透雨中Mg²⁺浓度均值为0.27 mg·L^-1，是大气降雨的4.82倍，降雨对树冠叶片的淋溶造成穿透雨中Mg²⁺含量大大增加。树干径流Mg²⁺浓度均值0.45 mg·L^-1。Mg²⁺含量表现为树干径流>穿透雨>大气降雨。

3.7 PO₄^3-的动态变化

大气降雨中的PO₄^3-含量一般很少，主要来自尘埃物质的溶解。研究区大气降雨中PO₄^3-浓度很低，均值为6.86 μg·L^-1，季节变化较平稳，秋季(干旱少雨)出现明显的峰值。穿透雨和树干径流PO₄^3-浓度均值分别为10.73和19.98 μg·L^-1，秋季出现峰值。PO₄^3-含量表现为树干径流>穿透雨>大气降雨，与降雨量关系密切。

3.8 氮素的动态变化

由图 6可知，老山自然保护区大气降雨中NO₃^-含量略大于NH₄⁺。大气降雨NH₄⁺浓度均值为0.42 mg·L^-1，高峰值出现在春末夏初和秋季。穿透雨NH₄⁺浓度均值为0.44 mg·L^-1。3—6月，穿透雨NH₄⁺浓度高于大气降雨，表现为洗脱淋溶作用。其他月份，NH₄⁺波动较大，经冠层后有降低趋势。表明林冠层对降雨中NH₄⁺有吸附作用。树干径流中NH₄⁺浓度均值为0.94 mg·L^-1。7月份，树干径流NH₄⁺含量低于穿透雨；秋冬季，树干径流表现出对NH₄⁺有明显的富集作用。

大气降雨中NO₃^-浓度均值为0.51 mg·L^-1，穿透雨NO₃^-浓度均值为0.94 mg·L^-1，降雨对冠层NO₃^-有较强的淋溶作用。树干径流NO₃^-浓度均值为1.03 mg·L^-1，与穿透雨相比，树干径流对NO₃^-富集作用更强。在树木生长的旺盛期(2009年6—8月)，树干径流中NO₃^-含量低于大气降雨，负淋溶现象非常明显。林外雨、穿透雨和树干径流中NO₃^-含量的季节动态变化较一致：夏低冬高。NO₃^-含量表现为树干径流>穿透雨>大气降雨。

4 结论与讨论

研究区雨水中养分含量表现为Ca>K>N(NH₄⁺-N+NO₃^--N)>Mg>P。穿透雨和树干径流的养分平均含量均高于大气降雨，且对各养分元素的富集能力表现为：Mg²⁺ >K⁺ >PO₄^3->Ca²⁺ >N(NH₄⁺-N+NO₃^--N)。穿透雨和树干径流中Mg²⁺含量分别是林外雨的4.8和8.0倍，雨水易于将其从冠层中淋溶出来。穿透雨和树干径流中K⁺含量分别是林外雨的2.8和4.1倍，K⁺在植物体内转移的快，也易于被雨水淋溶。穿透雨和树干径流中PO₄^3-含量分别是林外雨的1.6和2.9倍。穿透雨和树干径流中Ca²⁺含量分别是林外雨的1.5倍，2.6倍。穿透雨和树干径流中N含量分别是林外雨的1.5和2.1倍。树干径流富集养分的能力明显强于穿透雨。

降雨中N素含量随雨量变化的规律明显：雨季含量低，出现极低值，雨量少的月份，含量偏高。这与樊后保等(2000)对福建南平地区杉木林的研究结论一致。不同年份的同一时期(2008-12和2009-12)由于降雨量差异较大，N素的含量差异明显。雨水中P的含量很低，被淋溶的量也不多，穿透雨对P的富集能力较弱。

雨水中的养分含量与大气环境(大气尘埃、降雨状况)密切相关。雨季，降雨量大，降雨频率高，历时长，雨水稀释了溶解于其中的尘埃物质，养分浓度偏低；旱季，少雨，雨水中的养分浓度升高，其他气候带的相关研究亦表明了这一特点(张娜等, 2011；武秀娟等, 2008)。穿透雨养分含量还与树木的生理特性有关，同一时期，有些养分的含量升高，被富集，有些养分的含量下降，被吸附吸收。

同处于亚热带地区，由于地理位置及林分类型差异，降雨化学仍存在诸多区别。相关学者对南亚热带鼎湖山的研究(黄忠良等, 2000；莫江明等, 2002)显示pH值表现为大气降雨 < 穿透雨 < 树干径流，表明冠层对酸性降雨具有调节作用。而老山自然保护区的大气降雨pH呈偏中性，经冠层后pH值降低，与一些学者在亚热带非酸雨区的研究一致(田大伦, 2002；鲍文等, 2004)。雨水通过乔木冠层时，所含各种元素浓度均发生变化，含量变化不一，但多数元素含量增加且总量呈增加的趋势(中野秀章, 1983)。

林外雨、穿透雨和树干径流的各养分元素含量均表现为：夏季低，秋、冬季高，春季养分含量变化较为平稳，春末夏初(6月份)含量上升，随着雨水渐多，夏季含量处于低值，秋季含量又有明显增加，11月份雨量较多，养分含量降低，冬季含量回升。

在树木生长旺盛期(夏季)，穿透雨养分含量易出现极低值，甚至低于大气降雨，表现出明显的负淋溶现象。此时期，树体需要大量养分来维持自身的生长，吸收吸附了雨水中的养分。很多学者在长期的研究中也发现了负淋溶现象(蔡玉林等, 2003；陈书军等, 2007)。

由于不同地区的大气环境差异，降雨养分含量具有时空异质性，本研究区雨水中Ca²⁺含量较高，还可能与本研究区的地质条件(土层较薄，矿物风化)有关。Parker将世界各地降水化学资料结果加权平均，得到全球范围内降水中化学元素含量表现为S>Na>Cl>N>Ca>K>P (Parker, 1983)，本研究区结果与其稍有差异。本研究穿透雨养分含量与其他地区存在差异，主要与森林类型有关：针叶林穿透雨对K和N的淋溶强(刘菊秀等, 2003；巩合德等, 2005；武秀娟等, 2008)；阔叶林穿透雨对Mg和K的淋溶强(黄忠良等, 2000；陈书军等, 2007；张娜等, 2011)，与本研究结果一致。