大气降水是森林生态系统养分输入的主要途径之一,对养分的生物地球化学循环有着重要的意义.对13年生杨树人工林林外雨、树干流、林内雨和地表径流等水文过程中的养分特征进行了调查分析,旨在了解该生态系统的养分输入与输出规律,为杨树人工林可持续经营提供依据.结果表明,从2013年11月至2014年10月,杨树人工林生态系统林外雨量为1154.1 mm,树干流量仅占大气降水量的2.3％,15.4％的大气降水被杨树人工林的冠层截留;林内雨、树干流与大气降水量(林外雨)的动态变化规律相似.各类降水年加权平均pH值表现为林内雨＞林外雨＞树干流;各类降水的离子浓度动态变化规律基本一致,即在降水量较小的11月至次年1月份,各阴阳离子的浓度普遍较高,在降水量较大的2-9月份,阴阳离子浓度普遍较低.SO2--S和Ca2+分别是各类降水中的主要阴离子和阳离子;整体上,树干流的离子浓度＞林内雨＞大气降水;林内雨是养分输入的主要形式,通过林内雨输入林地较多的养分离子是Ca2+和K+,分别为70.83 kg hm-2 a-1和63.31 kg hm-2 a-1;地表径流和土壤渗漏是养分输出的主要形式,输出林地较多的离子是Cl和Ca2+,分别为196.47 kg hm-2 a-1和123.09 kg hm-2 a-1,其次为SO42--S、Mg2+、Na+、K+;NH4+-N和NO3--N的输出量不足输出离子总量的1％.所以,从水文过程看,杨树人工林生态系统无机氮(NH4+-N和NO3--N)和K+表现为净积累,净积累量分别为10.9 kg hm-2 a-1和56.4 kg hm-2 a-1,其他离子表现为净损失,其中Cl-的净损失量达179.8 kg hm-2 a-1左右,其他离子损失量＜ 50 kg hm-2 a-1.

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.

该研究以广西桂林岩溶石山区的两种典型植被(香椿林和云实灌丛)为例,利用野外长期定位监测降雨、穿透雨、树干径流、钻孔和表层岩溶水中总有机碳(TOC)的变化特征,探讨不同植被林冠层TOC浓度和通量的年变化特征.结果表明:在降雨通过大气-植被-土壤/岩石的过程,TOC浓度变化趋势为树干径流＞穿透雨＞钻孔水＞泉水＞大气降雨;穿透雨和树干径流中TOC浓度呈现为雨季大旱季小的趋势,钻孔水和泉水的TOC浓度月变化则相对稳定;TOC浓度的增幅不同,穿透雨和树干径流TOC浓度的平均增量和变化幅度比钻孔水和泉水的大;香椿林树干径流TOC浓度与树干径流量呈负相关关系;TOC月平均通量为云实穿透雨＞香椿穿透雨＞降雨＞泉水＞香椿树干径流＞云实树干径流;云实灌丛林下降雨(204.86 kg·hm-2)的TOC通量是香椿林(153.48 kg·hm-2)的1.3倍;观测期间,大气降雨输入的TOC通量为63.06 kg·hm-2,表层岩溶泉水输出为48.29 kg·hm-2,TOC输入输出之差为14.77 kg·hm-2,系统TOC为正平衡;降雨进入植被内部后时,植被林冠层作为"TOC活库"具有增加TOC通量的"源"作用,而表层岩溶带的土壤/岩石系统作为"TOC死库"具有吸收、过滤和固定TOC的"汇"作用.

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.

青藏高原黄河上游河岸带是典型的生态脆弱区,然而近年来气候变暖加剧了该地极端旱涝事件的频繁发生,高原河岸带生态脆弱区植被是否能够应对极端旱涝事件的干扰成为流域生态环境管理工作所关注的重点问题.为了研究黄河上游河岸林中主要树种对极端旱涝的响应,该研究选取青海省同德县和兴海县3处河岸林中的47株甘蒙柽柳(Tamarix austromongo-lica),分别从树干面向邻近山体一侧及与之垂直的一侧分别获取1根树轮样本,分析其历史生长.通过对比两个方向上的生长速率判断甘蒙柽柳是否受到地质灾害影响从而将其划分为受伤组和对照组,分析两组甘蒙柽柳在过去63年中径流极值年的抵抗力状况及两个方向的生长差异.研究发现,甘蒙柽柳对干旱和洪涝均有着很强的抵抗力,河岸带多样化的水分来源有助于甘蒙柽柳在极端干旱环境中较好地生长;但洪涝伴随泥石流等地质灾害的频发使甘蒙柽柳面向山体侧面受到严重的生长抑制,表现出显著的方向性差异,从而影响甘蒙柽柳的形态.较长的创伤恢复期带来的遗留效应可能造成甘蒙柽柳对外界干扰的较高敏感性.研究黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应,将有助于评估生态脆弱区生态弹性过程,同时为高原河岸带生态建设和恢复提供科学依据.