钱塘江源头不同林分类型的水质效应研究

毛玉明，吴初平，袁位高，张 骏，沈爱华，朱锦茹

（1. 浙江省开化县林场，浙江 开化 324300；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

钱塘江源头不同林分类型的水质效应研究

毛玉明1，吴初平2*，袁位高2，张 骏2，沈爱华2，朱锦茹2

（1. 浙江省开化县林场，浙江 开化 324300；2. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

对钱塘江源头湿地松林、杉木林、落叶阔叶林、松阔混交林、毛竹林5种森林类型的降水、穿透水、树干径流、地表径流、枯透水和土壤渗透水中的pH值、溶解氧、COD、氨氮和Cl-等水质指标进行了检测。结果表明：大气降水透过林冠层后，pH值略微下降，溶解氧含量减小，氨氮、COD和Cl-含量增加；树冠径流其pH值、溶解氧比穿透水更低，氨氮、COD和Cl-1含量增加；穿透水和树干径流转化为枯透水后，水中的溶解氧浓度进一步降低，COD和Cl-含量升高，氨氮浓度降低，说明枯落物层对营养元素具有吸附作用；土壤渗透水的各项水质指标均明显优于大气降水，说明土壤层是森林生态系统净化水质的关键层；各林分内水中溶解氧含量和 COD含量较为接近，落叶阔叶林和混交林内水分的pH值略高，吸附氨氮和Cl-的能力更高，说明落叶阔叶林和混交林净水能力更强。

钱塘江；森林生态系统；层次；水质

随着社会经济的发展，环境污染日益严重，水越来越成为人类的紧缺资源。森林具有涵养水源、保持水土、净化水质的功能，对于改善生态环境具有重要的作用[1~3]。因此，近二十年来森林与水质关系的研究倍受重视已成为热点[4]。森林生态系统具有丰富的层次构成，如林冠层、树干茎、枯枝落叶层及森林土壤等，探讨某一或某几个层次对水质的影响及其机理的研究较多[5~11]，对各层次的水质效应进行较为系统的研究却相对较少[12]。

钱塘江是浙江省第一大河，干流从西向东贯穿皖南和浙北汇入东海，以北源新安江起算，止于海盐澉浦-余姚西山闸连线，河长588.73 km（其中安徽境内241.09 km，浙江境内347.64 km）；以南源衢江上游马金溪起算，止于海盐澉浦—余姚西山闸连线，河长522.22 km（其中安徽境内24.77 km，浙江境内497.45 km）；流域面积（省内部分）44 014.50 km2[13]。随着浙江省社会经济的快速发展，工业化和城市化进程的迅速提高，浙江省钱塘江流域内的水资源供需矛盾日益突出，该流域水源涵养林的建设与水资源环境的改善对于浙江省社会、经济的发展具有重要的意义。本文通过测定和比较钱塘江源头5种不同林分类型各层次的水质效应，旨在了解水质在森林生态系统内部的变化情况及其影响水质的关键层次，从而为该流域水源涵养林的建设提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于浙江省开化县，地处钱塘江的源头，是浙江的“西大门”、重要的生态功能保护区。开化县属温暖湿润的亚热带季风性气候，年平均气温16.3℃，极端最高气温41.3℃，极端最低气温-14.2℃，无霜期260 d，年平均降水量1 762.1 mm，年蒸发量1 366.2 mm，年平均相对湿度81%，年日照时数1 785.2 h。

开化县属浙西中山丘陵区，山林总面积约19万hm2，森林覆盖率达80.4%，位居全国前列，被国家环保总局划定为“华东地区重要的生态屏障”。开化县野生生物资源极为丰富，高等植物有244科897属1 991种，其中有国家一级重点保护植物南方红豆杉（Taxus chinensis var. mairei）1种，国家二级重点保护植物凹叶厚朴（Magnolia officinalis subsp. biloba）、长序榆（Ulmus elongata）、长柄双花木（Disanthus cercidifolius var. longipes）等14种。区内还有一些罕见的珍稀濒危植物群落，如南方红豆杉、紫茎（Stewartia sinensis）、野含笑（Michelia skinneriana）、长柄双花木、香果树（Emmenopterys henryi）等。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置 在开化县林场选择湿地松林、杉木林、落叶阔叶林、松阔混交林、毛竹林5种林分类型，各建立1个20 m×20 m（水平距离）的调查样地并进行常规调查，记录其坡度、坡向、冠层郁闭度等常规指标，各样地基本情况见表1。

表1 不同林分类型基本情况Table 1 Basic information of tested forest types

1.2.2 水样采集 森林降水变化主要监测大气降水、穿透水、树干径流、枯透水、地表径流和土壤层渗透水。在各样地内沿水平方向设置自制的采集装置（100 cm×40 cm×40 cm）采集林冠穿透水；各选取5株标准木，收集树干茎流；设置5 m×20 m的径流场收集地表径流；在枯落物层和土壤深度为20 cm处设置渗透水采集器采集枯透水和土壤层渗透水。水样采集在雨后进行，共6次，每种水样约500 mL，现场测定各种水质指标。采用美国得克萨斯州Hydro1ab公司的Datasonde-5多参数水质监测仪，一次测定pH值、溶解氧、氨氮和Cl-等参数，采集水样的有效监测时间为2 h，用上海欧陆科仪公司生产COD检测仪器测量化学需氧量。

2 结果与分析

2.1 pH值、溶解氧和化学需氧量（COD）

由图1可知，大气降水（无林地的穿透水）经过林冠层后水化学特征发生了明显改变。不同林分内各种水体的pH值趋势较为接近，主要表现为地表径流 > 枯透水 > 土壤渗透水 > 穿透水 > 树干径流；落叶阔叶林内树干径流和整体的 pH值相对较高。降水通过林冠层后化学特性发生改变的主要原因为：降雨对枝叶、枝条表面尘埃等物质的淋洗过程；降雨对枝叶中元素的淋溶过程；枝叶对降雨中的元素吸收、吸附过程[14~15]。一般降水经过林冠后，pH值减小，酸性增强[16~19]。树干茎流除了与林冠层进行了化学元素的交换外，又与树干表面进行了化学元素交换，其 pH 值比穿透雨更低[20~22]，其中松、杉等针叶树种的酸化能力较强[15,23~25]。本研究同样显示树干径流的pH值最低，而针叶树种稀少的落叶阔叶林内树干径流和整体的pH值都相对较高。

另外，溶解氧含量不断下降，表现为穿透水 > 树干径流 > 枯透水 > 土壤渗透水 > 地表径流；COD含量则表现出明显的升高趋势，其中枯透水和树干径流的含量较高，土壤渗透水的含量最低，该结果与其他研究一致[26]。COD含量表示水体中的还原性物质、有机物、微生物含量的多少，说明树体与凋落物对降水COD的增加较为明显，经过土壤后COD含量明显下降，说明土壤的净水能力较好。各林分类型比较接近，只有毛竹林的变化相对较低。

图1 不同林分中森林降水的pH值、溶氧量及COD变化Figure 1 pH, dissolved oxygen and COD of rainfall under different types of forest

2.2 氨氮（NH4+-N）

由图2可知，降水经过林地后，不同林分类型的穿透水和树干径流中NH4+-N含量都表现出明显的升高趋势，到达地面形成地表径流、枯透水和土壤渗透水后呈下降趋势，整体表现为树干径流 > 穿透水 > 降水 > 地表径流 > 枯透水 > 土壤渗透水。降雨通过林冠层后，穿透水和树干径流中 NH4+-N含量增加，说明降雨对林木枝叶中的NH4+-N有淋溶作用。穿透水和树干径流落到地面形成地表径流和枯透水后，NH4+-N含量大幅下降，是因为林地枯枝落叶层起到了过滤吸附作用。土壤渗透水中 NH4+-N含量最小，说明森林土壤有着较大的吸附储存作用。

比较不同林分类型，发现落叶阔叶林和混交林内各层次的水特别是地表径流、枯透水和土壤渗透水的NH4+-N含量更小。研究表明枯枝落叶经微生物分解后，NH4+-N逐渐被枯枝落叶所吸收，地表径流速度越慢，NH4+-N的吸收效果越明显[27]。相对针叶树，阔叶树的枯枝落叶更易分解，其林分的枯落物层也更厚，因此落叶阔叶林和混交林对NH4+-N的吸附效果更好，净水能力也更高。

2.3 氯离子（Cl-）

图2 不同林分中森林降水的NH4+-N变化Figure 2 NH4+-N value of rainfall under different types of forest

图3 不同林分中森林降水的Cl-变化Figure 3 Cl-value of rainfall under different types of forest

由图3可知，降水经过林地后，不同林分类型各个层次的水中Cl-1含量都表现出明显的升高趋势，说明降水经过林冠后对树干叶面起了淋洗作用。穿透水到达地面，树干径流和地表径流的Cl-1含量依次升高，枯透水浓度达到最高，可能是枯枝落叶经过微生物分解，其中Cl-1再次被水分淋洗出来的缘故。土壤渗透水中Cl-1含量明显下降，说明森林土壤对Cl-1有较大的吸附作用，从而净化水质。从林分类型看，阔叶林和混交林土壤吸附Cl-1的能力更高。

3 结论

通过对钱塘江源头典型森林类型降水在转换过程中的水质变化规律，以及森林生态系统不同层次对水质的影响分析，结果表明：

（1）大气降水透过林冠层后，pH值略微下降，水中的养分含量显著增高，表现为溶解氧含量减小，氨氮、COD和Cl-含量增加。林冠层作为水质影响效应的重要层次之一，其枝叶表面的吸附物是影响水质的关键所在。

（2）穿透水以及树干径流经地表径流转化为枯透水，水中的溶解氧浓度进一步降低，COD和Cl-含量升高，氨氮浓度降低，说明枯落物层对营养元素具有吸附作用。

（3）土壤渗透水的各项水质指标均明显优于大气降水，说明土壤层是森林生态系统净化水质的关键层。

（4）各林分内各层次的水中溶解氧含量和COD含量较为接近，其中落叶阔叶林和混交林内水分的pH值略高，吸附氨氮和Cl-的能力更高，说明落叶阔叶林和混交林净水能力更强。

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Study on Effect of Different Forest Type on Water Quality at The Source of Qiantang River

MAO Yu-ming1，WU Chu-ping2*，YUAN Wei-gao2，ZHANG Jun2，SHEN Ai-hua2，ZHU Jin-ru2
（1. Kaihua Forest Farm of Zhejiang, Kaihua 324300, China; 2. Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

The rainfall, through fall, stem flow, runoff, litter through and soil infiltration water was sampled in forest of slash pine, Chinese fir, deciduous broad-leaf forest, pine-broad-leaf forest and bamboo stand at the source of Qiantang River(Kaihua county of Zhejiang province), and the water quality indicators such as pH, dissolved oxygen, COD, ammonia nitrogen and Cl-were detected. The results showed that by the order of the rainfall, through fall, stem flow, runoff, litter through and oil infiltration water, the pH value decreased slightly and the content of dissolved oxygen reduced, with an increasing of ammonia nitrogen, COD and Cl-. Soil infiltration water had significantly better quality than others. The dissolved oxygen content and COD content was similar under different forest. Deciduous broad-leaved forest and mixed forest had higher water pH value, indicating that the deciduous broad-leaved forest and mixed forest had better water purification capacity.

Qiantang River; forest ecosystem; layers; water quality

S718.51

A

1001-3776（2013）05-0031-04

2013-05-20；

2013-08-17

毛玉明（1965-），男，浙江衢州人，高级工程师，从事森林培育工作。