全 文 ：　 　 倡 国家科技支撑计划课题 （２００６BAC ０１A１５） 、中国科学院成都生物研究所交叉学科课题 （森林过滤器对污染水化学的作用 ）以及中国科学
院重大项目 （ KSCX１唱０７ ）和 重要 方 向项 目 （ KSCX２唱０１唱０９） 、“十 五 ”国 家攻 关 项目 （ ２００１BA６０６A唱０５ ） 、四 川省 青 年 科 技 基 金 项 目
（０３Z Q０２６唱０４３）和中国科学院“西部之光 ”人才培养项目资助
　 　 倡倡 通讯作者
收稿日期 ：２００５唱１１唱０１ 　 改回日期 ：２００６唱０２唱２０
森林植被截留对大气污染物湿沉降的影响 倡
陶豫萍 　吴 　宁 倡倡 罗 　鹏 　刘 　兵 　张桥英
（中国科学院成都生物研究所 　 成都 　 ６１００４１）
摘 　 要 　 试验研究了裸地 、马尾松林 、香樟林的大气降水 、穿透雨和树干径流以及地表径流的污染物离子浓度 。 结
果表明 ：大气降水的污染物质离子浓度大小依次为 SO２ －４ ＞ NO －３ ＞ Cl － ＞ F － ；马尾松 、香樟林群落的穿透雨 、树干径
流的污染物质含量显著高于大气降水 ，说明它们对降水中污染离子的富集作用很强 ，马尾松林的穿透雨和树干径
流的污染物离子的总量高于香樟林 。 各林型大气污染物降水的 SO２ －４ 离子含量都较高 ，两种林型的地表径流污染
物质含量显著高于大气降水 ，但污染物浓度比树干径流有显著降低 ，说明土壤表面和枯枝落叶对降水中污染物的
吸附能力很强 。
关键词 　 湿沉降 　 大气降水 　 穿透雨 　 树干径流 　 地表径流 　污染物
Effect of forest interception on wet pollutant deposition ．TAO Yu唱Ping ，WU Ning ，LUO Peng ，L IU Bing ，ZHANG Qiao唱
Ying（Chengdu Institu te of Biology ，Chinese Academy of Sciences ， Chengdu ６１００４１ ， China） ，CJEA ，２００７ ，１５（４） ：９ ～ １２
Abstract 　 This paper examines ionic concentration of pollu tan ts in air precipitation ，throughfall ， stem flow and surface
runoff of coniferous ， broad唱leaved fo rests and bare land ．Results indicate that ionic concentration of different pollutan ts in
air precipitation is in the following order ：SO２ －４ ＞ NO －３ ＞ Cl－ ＞ F － ；ionic concentration in throughfall and stem flow of
coniferous forest and broad唱leaved fo rest is significantly higher than that in air precipitation ． Similarly ， total ion in
throughfall and stem flow is higher for the coniferous fo rest than for the broad唱leaved forest ．In both types of fo rest ， SO２ －４
concent ration in the pollu tan ts is higher than the other ions ， suggesting a higher dissolution of SO２ and acid depositions ．
These observations further show that “ forests are filters of air pollu tants” though the ex ten t to which filtering occurs is a
function of forest type ．
Key words 　 Wet deposition ，Air precipitation ， Throughfall ， Stem flow ，Surface runoff ，Pollutant
（Received Nov ．１ ，２００５ ；revised Feb ．２０ ，２００６）
森林植被对大气污染物质的净化作用受到普遍关注 。 森林生态系统对污染物的截留 、吸附与净化一般
是通过污染物在森林生态系统中的乔木层与灌草层植物 、枯落物和土壤（微生物）等组分间的转化过程来实
现 ，阐明森林生态系统各组分 ，特别是地上部分对降水中污染物离子的影响过程是正确了解森林植被对污
染物净化效应的关键 。 森林植被能富集和吸附污染物 ，使污染物的种类和数量逐渐减少［１］ ，并将快速的地
表径流转化为流速缓慢的土壤径流 ，减少了固体污染物的输出 ，从而净化了水质 。 因而森林被认为是清洁
水源的保障体系 ，是污染物的高效“活过滤器”［２ ，１１］ 。 开展森林及水源净化关系的研究 ，对于正确评估森林
过滤器效应具有十分重要的意义 。
本试验通过对乐山沙湾牛顶山的裸地 、香樟林和马尾松林的大气降水 、穿透雨 、树干径流 、地表径流中
污染物变化特征的分析 ，研究了森林地上部分林冠层 、灌木草本层和地表枯枝落叶对降水中污染物的吸附 、
富集吸收作用 ，从而分析了不同森林植被类型对大气降水中污染物离子的影响 ，为靠近污染源排放地区和
重工业污染地区的不同森林经营管理和森林类型选择提供参考 ，并为进一步了解和评估森林生态系统对污
染物的过滤器机制提供依据 。
1 　 研究区域概况与研究方法
沙湾镇地处四川盆地西南边缘（１０３°３２′ ～ １０３°５４′E ，２９°２３′ ～ ２９°３９′N） ，东北部为川西平原 ，西南与大小
第 １５卷第 ４ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．４
２ ０ ０ ７ 年 ７ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture July ，　 ２００７
凉山接壤 ，属盆地与山区的过渡地带 ，大渡河由南向北穿过其间 ，海拔高度 ３８０ ～ ２０２７m ，年均降雨量
１９４９mm ，且 ６ ～ ８ 月份降水占全年降水量的 ５９ ％ ，冬季降水仅占全年降水的 ４ ％ ～ ５ ％ 。 当地常年主导风向
为北风 ，频率 １７ ．４ ％ ，年净风率 ３７畅５ ％ ，多年平均风速为 １畅３m／s ，最大风速 １６畅７m／s ，全年大风 １畅９d ，由于风
速小 ，不利于大气污染物扩散 。
表 1 　各样地基本概况
Tab ．１ 　 Information of the differen t forest plots in Shawan
森林类型
Forest t ype
海拔／m
Al titude
坡向 ／（°）
Slope
direct ion
坡度 ／（°）
Slope
gradient
郁闭度
Canopy densit y
香樟林 ４２０ NE５４ ３４ ０畅４５
马尾松林 ４６０ SE４２ ３２ ０畅４５
裸 　 地 ４００ SE３９ ３８ －
　 　 沙湾区是四川省乐山市的工业区之一 ，污染源众
多 。 沙湾区大气主要污染源来自当地的水泥厂 、炼钢
厂 、焦化厂 、造纸厂 ，这 ４ 家企业占评价区总污染负荷
的 ８０畅３ ％ 。 主要大气污染物为烟粉尘 、SO２ 、NO２ ，据
乐山气象台对沙湾区的污染气象观测 ，德胜钢厂偏南
处受德胜钢厂大气污染的程度最大 。 因而本次试验
地点选在沙湾区德胜钢厂偏南处的牛顶山 ，距离污
染源不到 １km ，海拔 ３００ ～ ４００m ，各样地基本概况见
表 １ 。
沙湾区牛顶山主要植被类型是以樟树林和马尾松林为主的人工林 ，造林时间为 ２０ 年 。 香樟林的土壤母
质为残坡积碎屑岩黄色风化物 ，土壤为黄壤 ，土层较深厚 ，凋落物 ０畅５ ～ １cm ，海拔 ４２０m ，坡度 ３４° ，坡向东偏
北 ５４° ，群落总郁闭度为 ０畅４５ ，该群落大致可分为乔灌草 ３ 层 ；马尾松林的土壤为黄壤 ，土层很深厚 ，凋落物
１ ～ ２cm ，海拔 ４６０m ，坡度为 ３２° ，坡向为东偏南 ４２° ，群落总郁闭度为 ０畅４５ ，群落层次明显 ，也分为乔灌草 ３
层 ；裸地土壤为紫色土 ，海拔 ４００m ，坡度 ３８° ，坡度为东偏南 ３９° 。
本试验所有样点均按照枟森林生态系统定位研究方法枠中的有关标准和要求布置［３］ 。 森林大气降水 、穿
透水 、树干径流均按照森林水文学过程研究方法的要求布置装置［４］ ，地表径流采用小集水区径流场法选择
和建立并收集地表径流［４］ ，并根据环境污染分析方法的要求采集水样［５］ ，收集的大气降水和林内降水样品
经过滤后 ，分别置入 ５０mL 聚乙烯塑料瓶内保存以供分析 。
每次降雨后 ，立即收集水样 ，并进行污染物含量的分析 。 其中用 S唱２５ 型 pH 计测定 pH 值 ，用离子色谱
法（瑞士万通离子色谱 ７６１）测定水样中的 F － 、NO －３ 、SO２ －４ 、PO３ －４ 、Cl － 含量 ；利用 Excel和 SPSS１１畅５ 统计软
件对获取数据进行分析 。
2 　 结果与分析
2畅1 　 大气降水的污染物质含量
马尾松林 、香樟林及裸地降水化学特征见表 ２ 。 由表 ２ 可知 ，沙湾地区大气降水的污染物也是以 SO２ 和
NO２ 为主 ，其中 P 的输入最少 ，而 S 的输入量最多 。 大气降水中污染物排序为 SO２ －４ ＞ NO －３ ＞ Cl－ ＞ F － ＞
PO３ －４ 。 其中 SO２ －４ 占污染物总量的 ６２ ％ ，NO －３ 占 ７ ％ ，表明当地大气污染物主要是大量的 S 和 N 沉降引起
的 。 S 的大量输入会使大气降水的 pH 值普遍较低 ，引发的酸雨会导致一系列的生态环境破坏问题 。
表 2 　 马尾松林 、香樟林及裸地降水化学特征 倡
Tab ．２ 　 Chemical proper ties of rainfall in coniferous ，broad唱leaved forests and bare fields
类 　 型
Type
污染物成分含量 ／mg· L － １ Pollu tan t concentra tion 总浓度／mg·L － １
To tal concentratio n
pH
F － Cl － NO －３ PO ３ －４ SO２ －４
裸 　 地 大气降水 ０畅７５（０畅８１） １畅４１（０畅２８） ３畅５６（４畅１７） ０（０） 　 　 ３０畅３６（１７畅０８） ４８畅７８（１２畅３６） ６畅１４（２畅５３）
地表径流 １畅２５（０畅０３） ５畅４４（０畅１２） ５畅２９（０畅４１） １畅１８（０畅０３） ６２畅６８（１９畅２１） ８７畅４７（１８畅４５） ６畅１３（０畅０８）
香樟林 穿 透 雨 １畅４３（０畅３２） ４畅８０（１畅９６） ５畅３０（４畅６７） ０畅７７（０畅６２） ８４畅１１（２０畅１２） １４９畅７８（２４畅８４） ６畅４６（０畅０７）
树干径流 ２畅５３（１畅０５） ８畅２２（４畅１５） 　４５畅６５（１４畅６２） １畅４８（１畅９５） １８９畅８０（９５畅７４）　 ２４７畅７８（９７畅７９） ６畅３３（０畅１８）
地表径流 １畅６０（０畅１０） １１畅７０（０畅３４） 　９畅４３（１３畅３１） ０畅７９（０畅１２） １７３畅９３（９畅６２） 　 ２４９畅８８（６１畅８７） ６畅３８（０畅０６）
马尾松林 穿 透 雨 ３畅７１（１畅４８） ７畅５３（２畅３８） １３畅１１（４畅５８）　 ０（０） 　 　 １７４畅１６（５８畅７６）　 ２３３畅９１（２６畅１２） ６畅３７（０畅０７）
树干径流 ３畅４２（０畅８４） １２畅８６（５畅５４） 　５４畅８６（１６畅３４） ０（０） 　 　 ３８５畅４９（２２２畅９２） ４５６畅６３（６５畅４２） ５畅８９（０畅０９）
地表径流 ０畅５４（０畅３９） ５畅６５（４畅６６） 　６６畅７９（５７畅３２） ０（０） 　 　 １３５畅１８（１１５畅３７） ２４５畅０２（５３畅４３） ５畅８０（０畅６１）
　 　 倡 表内所得数据为 ２００４ 年 ５ ～ ９ 月共 １５ 次取样所得数据的算术平均数 ，括号内为标准差 。
１０　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
2畅2 　 不同林型的林冠和树干对大气污染物降水的影响
由表 ２ 可知 ，马尾松 、香樟林林内穿透雨和树干径流的离子含量相对于大气降水均显著增加 （ P ＞
０畅０１） ，可见两种林型的林冠均对污染物离子进行了有效的吸附 。 NO －３ 、SO２ －４ 、Cl － 等离子被大量从林冠层
冲洗下来 。 穿透雨中离子浓度大小依次为 ：SO２ －４ ＞ NO －３ ＞ Cl － ＞ F － 。 树干径流对污染物的富集作用也很
大 。 马尾松林 、香樟林树干径流中 Cl － 、NO －３ 、SO２ －４ 离子含量均显著高于穿透雨中离子含量 ，尤其是马尾松
林树干径流中 SO２ －４ 离子浓度达到 ３８５畅４９mg／L ，是大气降水的 １０ 倍多 ，是马尾松林穿透雨的 ２ 倍 （ P ＜
０畅０１ ，差异极显著） 。 不管是香樟林和马尾松林 ，降水对 P 元素的输入量是所有元素中最低的 ，但在不同林
型穿透雨和树干径流中 ，P 素的输入量却有很大差异（ P ＜ ０畅０１ ，差异极显著） ，但在同一林型穿透雨和树干
径流的浓度变化并不显著（ P ＞ ０畅０５） 。 两种林冠均对污染物湿沉降进行了缓冲 。 在香樟林中 ，相对裸地的
大气降雨 ，香樟林的树干径流和穿透雨分别上升 ０畅１９ 和 ０畅３２ 个 pH单位 ，说明香樟林的树冠和树干对污染
物酸沉降有缓冲作用 ，中和了部分 H ＋ ，但林冠的缓冲作用更大 ；而马尾松林林冠也对污染物进行了缓冲 ，穿
透雨 pH 上升 ０畅２３ ，但树干径流 pH却下降 ０畅２５ ，酸化现象明显 。 由以上可知 ，香樟林和马尾松的穿透雨和
树干径流均对污染物 SO２ －４ 进行了有效富集 、吸附 ，对酸沉降起到缓冲作用 。
2畅3 　 不同林型的地表枯枝落叶和表层土壤对大气污染物降水的影响
由表 ２ 可知 ，马尾松林 、香樟林和裸地的地表水的多数离子浓度比起大气降水都有明显增加 ，特别是
SO２ －４ 的浓度 ，均达到大气降水的 ５ ～ ６ 倍 （ P ＜ ０畅０１） ，但污染物离子浓度比树干径流却有很大降低
（ P ＜ ０畅０１） ，可见两种林型的地表枯枝落叶均对污染物进行了吸附 。 相对裸地的地表径流 pH ，香樟林地表
径流上升 ０ ．２５pH 单位 ，而马尾松林则下降 ０ ．３３（ P ＞ ０ ．０５ ，差异不显著） ，有进一步酸化的趋势 。 由此可见
香樟的地表枯落物和表面土壤对大气酸沉降起到了缓冲作用 ，但马尾松林的地表径流却有酸化趋势 。
2畅4 　 不同林型对大气污染物降水的影响
由表 ２ 可知 ，马尾松林透冠水 、树干流污染物浓度的 SO２ －４ 均高于香樟林（ P ＜ ０ ．０１ ，差异极显著） ，且马
尾松林树干径流的污染物离子总量比香樟林高
２０８ ．８５mg／L 。 不同林型地表径流 SO２ －４ 的浓度比树
干径流却有明显降低（ P ＞ ０ ．０１） ，特别是马尾松林
地表径流中的 SO２ －４ 浓度为 １３５畅１８mg／L ，比树干径
流浓度低 ２５０mg／L ，但马尾松林地表径流中的 SO２ －４
却显著低于香樟林（ P ＜ ０畅０５） 。
由表 ３ 可知 ，经过树冠 、树干和地表枯枝落叶后
污染物的浓度差异极显著（ P ＜ ０畅０１） ，其中大气降
水经不同林型后 pH 值变化显著 ，且 F － 、Cl － 、NO －３ 、
PO３ －４ 、SO２ －４ 在不同林型之间的差异极显著 （ P ＞
０畅０１） 。
表 3 　 不同林型之间整体差异的 LSD 分析（ n ＝ 158）
Tab ．３ 　 LSD analysis of pollutant hydrological chemical
characteristics in two differen t forests（ n ＝ １５８）
污染物成分
Pollut ant component
自由度
Free degree
F
　
P
　
F － １０ １７畅４４２ P ＜ ０畅００１ 倡 倡
Cl － １０ １０畅０５０ P ＜ ０畅００１ 倡 倡
NO －３ １０ ６畅３７６ P ＜ ０畅００１ 倡 倡
P O３ －４ １０ ４畅３２０ P ＜ ０畅００１ 倡 倡
SO ２ －４ １０ １６ ．９３７ P ＜ ０ ．００１ 倡 倡
pH 　 １０ ２畅３９７ P ＝ ０畅０１２ ＜ ０畅０５ 倡
　 　 倡 P ＜ ０畅０５ ，差异显著 ；倡 倡 P ＜ ０畅００１ ，差异达极显著水平 。
3 　 小结与讨论
大气降水中的 SO２ －４ 直接反映当地的湿沉降情况 ，间接反映当地空气受污染的状况 。 沙湾地区大气监
测数据表明 ，大气的主要污染物质来自于钢厂排放的 SO２ 、NO２ 气体 ，大气降水中污染物浓度也显示 S 的输
入是最高的 ，且大气降水中污染物含量遵循 SO２ －４ ＞ NO －３ ＞ Cl － ＞ F － ＞ PO３ －４ 的规律 。
森林植被对降水水化学的影响相当明显 ，主要是雨水通过乔木层 、灌草层和枯落物层来实现的 ，但不同
层次对雨水的影响存在差异 。 穿透雨和树干径流反映了森林树冠和树干对污染物富集 、吸附能力和对酸沉
降缓冲能力 ，这表现在穿透水和树干径流中污染物浓度的升高和 pH值的变化 。
不同林型穿透雨中 SO２ －４ 、NO －３ 离子浓度都呈倍数增加 ，其中马尾松林穿透雨的 SO２ －４ 含量是大气降水
的 ５ 倍多 。 这主要因为马尾松林与污染物反应主要是干沉降的缘故［６］ ，说明在大气降雨经过林冠发生洗
脱 、淋洗 、吸收或吸附的过程中 ，洗脱 、淋洗作用大于吸收或吸附作用 ；但穿透雨没有明显酸化 ，香樟林和马
尾松林穿透雨的 pH值分别比降雨升高 ０畅３２ 、０畅２３ 。 这些结果与方炜等［６］以及刘菊秀等［７］的研究结果类似 ，
表明不同林型的林冠对污染物均有很强的吸附和富集能力 ，以及对酸沉降的缓冲能力 ，但香樟林林冠却对
污染物引起的酸沉降较之马尾松有更大的缓冲能力 。
第 ４期 陶豫萍等 ：森林植被截留对大气污染物湿沉降的影响 １１　
两种林型截留降水中污染物的一个显著特点是树干径流出现了污染物富集而酸度下降的现象 ，这是由
于树干径流会对污染物进一步的富集 、吸收和吸附 ，从而表现为污染物浓度的显著增大和 pH 值的强烈酸
化 ，且树干径流对污染物的吸附富集作用比林冠更强 。 树干径流对污染物离子富集吸附量高于穿透雨中的
离子富集量 ，这与程伯容等［８］ 、Zhang 等［１２］和 Masanori O ．等［１３］所得的干流水 SO２ －４ 浓度高于透冠水 ３ ～ ４
倍的结果相同 。
马尾松林和香樟林的地表水污染物的离子浓度比大气降水有很大程度的增加 ，同 Masanori O ．等在重庆
真山所得结果基本一致［１３］ 。 两种林型地表径流 SO２ －４ 的浓度均比树干径流有明显降低（ P ＞ ０畅０１） ，特别是
马尾松林中地表径流 SO２ －４ 的浓度为 １３５畅１８mg／L ，比树干径流浓度低 ２５０mg／L 。 这主要是由于香樟林和马
尾松林的枯枝落叶对 SO２ －４ 离子的吸附作用 ，以及土壤表层（腐殖质层）的反应 ，而枯枝落叶层对污染物的吸
附和对污染酸沉降的降解能力与枯枝落叶层的种类 、厚度以及分解程度等有关 。 谭芳林等［９］研究发现 ，杉
木林枯落物几乎全部截留林冠淋溶的 Zn和 Cd ；在锐齿栋林中 ，穿透雨水经过其林下枯落物层时 ，Zn 、Cu 、Cd
的质量浓度和携带量均小于穿透雨 。 田大伦等［１０］在杉木林生态系统也发现 ，地被物层对 Pb 、Cd 等污染物
质有较强的截留过滤作用 。
综上分析 ，如果仅用污染物离子含量作为两种林型对污染物影响过程的评估 ，马尾松林生态系统的地
上部分对污染物的影响作用比香樟林的强 ，但国内已有相当多的文献是用污染物的重量指标作为生态系统
对水质影响和评价的标准 ，如田大伦等提出大气降水在穿过森林林冠时 ，有 ２５畅８ ％ 的水分被截留 ，因而穿透
水浓度被浓缩 ，浓度变化已不能反映真实量变［１３］ 。 但人们可以从分析浓度变化的过程中了解污染物在森林
生态系统的变化过程及森林植被各个层次的影响大小 ，为进一步了解和评估森林生态系统对污染物的过滤
器机制提供依据 。
参 　 考 　 文 　 献
１ 　 毛友发 ，仇荣亮 ，温志良 ．陆地生态系统酸沉降缓冲能力影响因素 ．土壤与环境 ，１９９９ ，８（２） ：１４１ ～ １４３
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３ 　 林业部科技司 ．森林生态系统定位研究方法 ．北京 ：中国科学技术出版社 ，１９９４ ．１４３ ～ １６８
４ 　 田大伦 ．杉木林生态系统定位研究方法 ．北京 ：中国科学技术出版社 ，１９９４ ．３２０ ～ ３３２
５ 　 尚久方 ．环境污染分析法 ．北京 ：中国科学技术出版社 ，１９８９
６ 　 方 　 炜 ，丁明懋 ，吕冬梅 ．低亚热带橡胶园的水分和养分的流动 ．生态学报 ，１９９５ ，１５（增刊 ） ：１１５ ～ １２３
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１０ 刘煊章 ，田大伦 ，周志华 ．杉木林生态系统净化水质功能的研究 ．林业科学 ，１９９５ ，３１（３） ：１９３ ～ １９９
１１ Marie唱M adeleine Co逼 teaux ， Markus Raubuch ， Ma tt y Berg ． Response of pro tozoan and microbial communi ties in various conif erous fo rest
soils af te r t ransfer to fo rests w ith diff erent levels of atmospheric pollu tio n ．Biol ． Fert il ． Soils ，１９９８ ，２７（２） ：１７９ ～ １８８
１２ Zhang F ． Z ．，Zhang J ． Y ．，Zhang H ． R ．，et al ．Chemical composit ion of precipit atio n in a fo rest area o f Chongqing ，Southw est C hina ．Wa唱
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１２　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷