地衣在大气元素沉降的生物监测研究中应用广泛,但地衣物种之间的元素组成差异会对元素的环境输入评估产生干扰.为摸清元素含量在2种叶状地衣(石生的中国石黄衣Xanthoria mandschurica,XM;树生的黄烛衣Candelaria fibrosa,CAF)之间的差异及其可能的生态学原因,用电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)测试了采自山西太行山区长治盆地及其周边共3个地点的地衣样品中的51种元素.结果显示,40种元素的含量在地衣间差异较大,其中36种元素(Al、Ba、Be、Bi、Ca、Ce、Cs、Dy、Er、Eu、Fe、Gd、Ge、Ho、La、Li、Lu、Mn、Na、Nb、Nd、Ni、Pb、Pr、Sc、Si、Sm、Sr、Tb、Th、Ti、Tm、U、V、Y和Yb)在XM中含量较高,可能归因于其受大气干沉降更大且更易受本地岩石地球化学的影响,而CAF受冠层截留作用的影响更大;其中4种元素(K、P、S和Zn)在CAF中含量较高,可能与冠层淋溶作用有关.另外11种元素(As、B、Cd、Co、Cu、Hg、Mg、Rb、Sb、Se、Tl)在2种地衣之间的含量差异较小.大气元素沉降的地衣监测法需考虑地衣物种、基物的地球化学特征和植被的影响.

明析马尾松(Pinus massoniana)和红锥(Castanopsis hystrix)纯林降水再分配及冠层淋溶效应的差异,可为南亚热带针叶人工林改造提供水文数据.依托广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站,通过野外测定和室内分析相结合的方法,利用林下布设的30个自记雨量简,测定了2016年1-12月的大气降水、穿透雨及树干径流,同时采集7-12月10次降水事件水样,监测其化学成分.结果表明:观测期间降雨总量为1070.2 mm,马尾松和红锥纯林穿透雨分别为823.0和693.2 mm,占降雨量的76.9％和64.8％;树干径流分别为3.2和9.9 mm,占降雨量的0.3％和0.9％;林冠截留量分别为244.0和367.1 mm,占降雨量的22.8％和34.3％,说明马尾松和红锥纯林对降水再分配的作用是不同的,红锥纯林具有更好的林冠截留能力.降水对红锥纯林冠层4种盐基离子(K+、Mg2+、Na+、Ca2+)的淋溶量为17.53 kg·hm-2,是马尾松纯林的0.7倍,但酸缓冲是马尾松纯林的1.6倍.与马尾松纯林相比,红锥纯林具有更好的避免冠层养分淋溶和应对酸沉降的能力.

森林群落在净化空气、截留沉降污染物、改善地表水质等方面具有重要作用.本研究以北亚热带地区3种典型森林群落(毛竹林、杉木林、青冈阔叶林)为研究对象,通过分析沉降污染物(NH4+-N、NO3-N、NO2-N、TP和SO42-)在大气降水、林内穿透雨、树干茎流、枯透水和地表径流中的浓度和通量变化特征,探讨不同森林群落对氮、磷、硫的截留净化作用和分配特征.结果 表明,该区域大气降水中NH4+-N、NO3-N、NO2-N、TP和SO42-年均浓度分别为1.06、0.61、0.04、0.07、1.84 mg/L,其年均pH为5.88;各森林群落林冠层能够调升降雨的pH且全年稳定,对TP和NH4+-N均有吸附作用,截留率分别为79.09％-84.68％和30.88 ％-69.36％;而枯落物层则是林下氮、磷、硫的主要释放源,对NH4+-N、NO3-N、TP和SO42-均具有淋溶作用;此外,由地表径流(输出)与大气降水(输入)的对比分析可知,各林地对沉降污染物中氮、磷、硫的截留率均超过98％;3种森林群落对沉降污染物中氮、磷、硫的截留能力依次为:青冈阔叶林＞毛竹林＞杉木林,阔叶林对沉降污染物的净化能力要高于毛竹林及针叶的杉木林.

森林群落截留消纳沉降重金属的能力影响着森林集水区溪水输出重金属的情况,决定着小流域的水质安全.为评价北亚热带地区典型森林生态系统对大气降水中主要重金属离子的截留能力和分配特征,以浙江庙山坞林场3种典型森林群落(毛竹林、杉木林、青冈阔叶林)和森林集水区-小溪为研究对象,于2018年7月-2019年6月监测了12次降水事件,分析、比较和讨论了大气降水、林内穿透雨、树干茎流、枯透水、地表径流和集水区溪水中7种重金属(铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铜(Cu)、砷(As)、镍(Ni)和锰(Mn))的质量浓度和通量的动态变化.结果 表明,大气降水中7种重金属,Pb、Cd、As、Cu、Zn、Mn和Ni的年均浓度分别为0.974、0.124、0.512、3.42、36.7、8.48和1.94 μg/L,3种森林群落林冠层截留的干沉降重金属中Zn和Mn的比例最高,林冠层降水对重金属Mn和Zn的淋溶量极高,超过大气降水沉降量的2.78倍和54.2倍,同时截留了降水中的As和Ni;枯落物层对Mn、Cd和Zn表现出截留作用,对Cu和Ni有淋溶或释放的作用;3种森林群落的地表径流中Pb、Mn、Cd和Zn浓度明显降低,As和Ni的浓度略高于枯透水,但由于地表径流量非常小,土壤表层对降水中重金属均表现出极强的截留作用.3种森林群落对大气降水中的重金属均表现出极高的截留率,森林群落之间没有显著差异,其中青冈阔叶林的截留能力最强,杉木林较弱.而地表径流及土壤渗透水等汇集到森林集水区后,溪水中重金属Mn、Ni、Cd和Zn的浓度和通量均有大幅的增加,仅对重金属As和Cu呈现截留的作用,这可能与森林土壤重金属本底值偏高以及森林长期接收的重金属沉降在降水淋溶下从酸性土壤中大量溶出有关.

植物冠层降水再分配对化学物质迁移过程具有重要影响.以广州市3种典型绿化树王棕(Roystonea regia)、榕树(Ficus microcarpa)和大花紫薇(Lagerstroemia speciosa)为研究对象,通过实验观测、样品收集和分析测试,研究2018年10月—2019年9月3种绿化树冠层降水再分配过程及其对重金属元素(Zn、Fe、Cu、Ni、Pb、As、Cd、Hg)沉降的影响.结果表明:王棕、榕树和大花紫薇的穿透水分别占降水量比例62.68％、58.79％和67.95％;树干茎流率分别为6.34％、2.08％和1.02％,说明3种树木降水再分配组分存在一定差异.在对重金属元素沉降影响方面,除榕树树干茎流Cd淋溶系数小于1外,3种绿化树的穿透水和树干茎流重金属元素淋溶系数均大于1,表现出正淋溶,且王棕、榕树和大花紫薇的重金属输入总量分别是大气降水的1.11、1.80和1.99倍,说明降水淋洗了植物冠层干沉降重金属物质,使得重金属含量增加.3种绿化树树干茎流重金属富集率变化范围为2.06～118.22,说明绿化树树干茎流重金属元素具有明显的富集效应,研究结果对于城市绿化树树种遴选和区域污染防治具有重要科学意义.

大气元素沉降的地衣移植法监测常将地衣样品移植于乔木冠层下,但冠层有无与移植时长对地衣元素组成的影响研究不多.本研究将河北省偏远地区的中国树花(Ramalina sinensis)移植于污染区,基于元素含量增高倍数EC(exposed to control ratio)评估了 55种元素的生物积累程度,检验了冠层(2水平:有冠层或无冠层)和移植时长(3水平:7、8或9个月)对地衣元素含量的影响.结果显示,中国树花的元素背景含量低于已有研究中地衣元素含量的背景值/基线值,有效反映了背景区较低的大气污染程度.中国树花适用于除Co和Hg(二者含量的背景噪声过高)之外的53种元素的大气沉降监测.移植后绝大多数元素含量显著高于背景区,其中交通相关元素Pb和Sb为"极重度积累",与农业活动和植物生理活性有关的元素(As、K、P、S和Se)以及Ag和Ge为"无积累"或"轻度积累",其他44种元素(Al、B、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Ce、Cr、Cs、Cu、Dy、Er、Eu、Fe、Gd、Ho、La、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Nd、Ni、Pr、Rb、Tb、Sc、Si、Sm、Sn、Sr、Th、Ti、Tl、Tm、U、V、Y、Yb和Zn)为"中度积累",表明移植区大气污染程度较高,交通排放贡献大.冠层和移植时长对中国树花元素含量的影响具有元素特异性:26种元素的含量或因冠层淋溶作用而在冠层下高于无冠层,Pb含量或因冠层截留作用而呈相反格局;移植时长超过7个月后,绝大多数元素(41种)含量不再增加,11种元素含量呈增高趋势,Ni含量呈下降趋势.表明利用地衣移植法进行大气元素沉降监测时,冠层有无需保持一致,且移植时间不可过长.