葛曉敏，盧曉強(qiáng)，陳水飛，周旭，徐輝，胡亞萍，丁暉*

1. 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所自然保護(hù)與生物多樣性研究中心/國家環(huán)境保護(hù)武夷山生態(tài)環(huán)境科學(xué)觀測研究站/武夷山生物多樣性綜合觀測站/國家環(huán)境保護(hù)生物安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210042；2. 福建省武夷山生物研究所，福建 武夷山 354300

大氣降水是森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)過程中的重要水源，降雨輸入的養(yǎng)分及其對植被的淋洗作用以及養(yǎng)分隨水分流動(dòng)的轉(zhuǎn)移等都是研究森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分生物地球化學(xué)循環(huán)過程中的重要節(jié)點(diǎn)（曹建華等，2007；Laclau et al.，2010；盧曉強(qiáng)等，2015；韓春等，2019）。通過降水輸入到森林生態(tài)系統(tǒng)的雨水，經(jīng)過林冠截留、吸收和淋溶后，隨穿透雨和樹干莖流進(jìn)入土壤，并以地表徑流和地下滲漏等形式輸出系統(tǒng)，期間降水的化學(xué)物質(zhì)含量發(fā)生了復(fù)雜的變化（曹建華等，2007；劉一霖等，2018）。與地表凋落物和土壤有機(jī)質(zhì)分解相比，隨降水輸入的養(yǎng)分流速更快，且許多是可溶性的，能被林木直接吸收利用（Chuyong et al.，2004）。因此，在森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)中，大氣降水具有極其重要的作用，研究森林生態(tài)系統(tǒng)降水再分配及其養(yǎng)分特征不僅對評價(jià)森林的環(huán)境效應(yīng)具有重要意義，也為研究森林生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)規(guī)律提供重要依據(jù)。

已有的研究表明，降水以H+為主，約占陽離子總量的70%，其余依次為NH4+、Ca2+、Na+、Mg2+和K+；陰離子則以SO42--S占優(yōu)勢，其次為NO3--N（黃建輝等，1995）。對于植物所需要的大量元素N、P、K、Ca、Mg而言，通過降水輸入到森林生態(tài)系統(tǒng)的量一般以N、K、Ca居多，P最少。在不同地區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)中也表現(xiàn)出相似的離子輸入特征（陳永瑞等，2004；蔣俊明等，2007；Chuyong et al.，2004；Aldrin et al.，2008；Maurício，2011；Mclaughlin et al.，2011）。降雨不僅直接將雨水中的養(yǎng)分輸入到森林生態(tài)系統(tǒng)中，還通過降雨過程對植物的淋溶和淋洗，加速養(yǎng)分歸還，提高養(yǎng)分循環(huán)速率。同時(shí)降雨還會(huì)促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)過程中其他環(huán)節(jié)進(jìn)程，例如降雨有利于促進(jìn)林下有機(jī)質(zhì)的分解，調(diào)節(jié)土壤 pH值，改善土壤肥力水平，增加植物根際養(yǎng)分濃度等。

武夷山是中國重要生態(tài)功能區(qū)和生物多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域，該地區(qū)保存了世界同緯度帶最完整、最典型、面積最大的中亞熱帶原生性森林生態(tài)系統(tǒng)，其水源涵養(yǎng)、土壤保持及維系生物多樣性等重要生態(tài)功能對保障華東地區(qū)乃至全國的生態(tài)安全具有舉足輕重的作用。目前，對武夷山地區(qū)中亞熱帶常綠闊葉林的研究主要集中在植被物種組成與群落結(jié)構(gòu)特征、土壤微生物特征、土壤有機(jī)質(zhì)礦化特征等方面（吳則焰等，2014；金裕華，2012；丁暉等，2015；施政，2007；周焱等，2008）。任引等（2008）與李凌浩等（1998）對武夷山地區(qū)甜儲(chǔ)林的水文學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了定位觀測與比較研究，研究表明穿透水量與大氣降水量之間存在明顯的線性關(guān)系，樹干莖流量隨著胸徑的增加而減小，而林冠截留量隨著降水量的增加而增加；隨著林齡的增長，林冠截流量、地表枯枝落葉持水能力、土壤水分穩(wěn)滲率、蓄水能力隨之增加，而地表徑流量和地下滲流量變化趨勢則相反。目前對該地區(qū)典型森林生態(tài)系統(tǒng)水文研究主要集中在降水量的再分配特征上，缺乏對水文循環(huán)過程中各類降水分量主要離子濃度變化的深入研究。本研究探討了該森林生態(tài)系統(tǒng)降水分配，以及主要離子濃度在降水分配中的動(dòng)態(tài)變化和養(yǎng)分輸入特征，為該森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)以及物質(zhì)能量流研究提供基礎(chǔ)資料，也為武夷山地區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善與修復(fù)，以及生物多樣性保護(hù)提供支撐與參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于武夷山國家自然保護(hù)區(qū)，研究地點(diǎn)處于武夷山市星村鎮(zhèn)四新村附近，地理位置為27°35′24.23″N，117°45′55.43″E。該區(qū)域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫17.0—18.4 ℃，平均相對濕度75%—84%，年降水量1800 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1910.2 h，無霜期227—246 d。紅壤為境內(nèi)分布最廣的一種地帶性土壤。常綠闊葉林是武夷山的地帶性森林植被，多分布在海拔 350—1400 m之間。

研究樣地海拔約450—580 m，呈長方形，投影面積 9.6 hm2（400 m×240 m），樣地坡度 10—50°，樣地林分平均郁閉度約為 0.8，平均樹高（胸徑≥1 cm）為 5.83 m。喬木層主要有米櫧（Castanopsiscarlesii）、 毛錐（Castanopsis fordii）、 甜櫧（Castanopsis eyrei）等常綠闊葉樹種；灌木層主要有赤楠（Syzygium buxifolium）、微毛柃（Eurya hebeclados）、杜莖山（Maesa japonica）等；草本層主要有中華里白（Hicriopteris chinensis）、狗脊（Woodwardia japonica）、芒萁（Dicranopteris dichotoma）和蕨狀薹草（Carex filicina）等（丁暉等，2015）。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與采樣

2014年11月，在9.6 hm2大樣地內(nèi)選擇一處南坡樣地，在樣地的上、中、下坡各設(shè)置一個(gè)較有代表性的小樣地（20 m×120 m），在林地的邊緣空曠地設(shè)置一個(gè)自制的漏斗型林外雨收集器，即將直徑25 cm的圓形塑料漏斗固定在容量約20 L塑料桶上，并在漏斗邊沿下方的3個(gè)方向分別用3根高度相同、嵌入地下的竹樁固定漏斗，使漏斗平面保持水平。根據(jù)樹冠分布特征，在每個(gè)小樣地內(nèi)選擇具有代表性的3個(gè)點(diǎn)設(shè)置林內(nèi)雨收集器，其規(guī)格與林外雨收集器一致。同時(shí)每個(gè)小樣地內(nèi)各選取不同胸徑的，且樹型具有代表性的3株優(yōu)勢樹種的林木作為標(biāo)準(zhǔn)木收集樹干流（表1），即將直徑3 cm的塑料軟管纏繞在樹干上，將3 mm厚的塑料薄膜粘在塑料軟管上，形成一個(gè)導(dǎo)流槽，將導(dǎo)流槽下部插入容量約20 L的塑料桶中，收集樹干流。每隔半月收集一次各類降水樣品，用去離子蒸餾水清洗的 100 mL聚乙烯塑料瓶儲(chǔ)存后將收集樣品帶回實(shí)驗(yàn)室4 ℃保存，并及時(shí)分析。水樣收集時(shí)間為 2014年11月—2015年11月，共收集24次。

表1 樹干流標(biāo)準(zhǔn)木基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of standard wood for stemflow in a Mid-subtropical Evergreen Broad-leaved Forest in Wuyi Mountains

2.2 水樣測定方法

林外雨、林內(nèi)雨和樹干流等水樣利用0.45 μm針型濾紙過濾后，各類水樣的pH值用pH計(jì)測定。NO3--N、SO42--S、Cl-和 Ca2+、Mg2+、K+、Na+等離子的濃度采用液相色譜儀進(jìn)行測定（Thermo Scientific Ion Chromatography System，DIONEX AS-AP，Japan）。

2.3 計(jì)算方法

2.3.1 林外雨量與林內(nèi)雨量計(jì)算

林外雨量與林內(nèi)雨量：

式中，PR為林外雨量（mm），TF為林內(nèi)雨量（mm），Vi為林外雨或各林內(nèi)雨收集器所收集的雨水量（mL），S為林外雨或林內(nèi)雨收集裝置中漏斗的口徑面積（cm2），10為單位間轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的系數(shù)（盧曉強(qiáng)等，2015）。

2.3.2 樹干流量計(jì)算

樹干流量：

式中，BF為樹干流量（mm），Vi為第i株樹收集的樹干流量（mL），St為樣地內(nèi)樹冠總面積（m2），Si為第i株樹木樹冠面積（m2），Sp為樣地面積（cm2），10為單位間轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的系數(shù)（盧曉強(qiáng)等，2015）。

2.3.3 冠層截留量的計(jì)算

冠層截留量：

式中，I為冠層截留量（mm）；

2.3.4 養(yǎng)分離子輸入量計(jì)算

養(yǎng)分離子的輸入量：結(jié)合每個(gè)小樣地中各人工測定的 24次林外雨量、林內(nèi)雨量和樹干流量，同步分析每次林外雨、林內(nèi)雨和樹干流水樣中的養(yǎng)分離子的濃度，進(jìn)而推算每次降水的養(yǎng)分離子輸入量（張捷等，2014）。養(yǎng)分離子輸入量計(jì)算公式如下（雷麗群等，2018）：

式中：Fj為j類降水中某離子輸入量（kg·hm-2），Cj為某離子濃度（mg·L-1），Pj為降雨量（mm），j為某一種類降水（林內(nèi)雨、林內(nèi)雨、樹干流），k為第k次取樣（k=1, 2……24）。

林分養(yǎng)分離子淋溶量：

式中，F(xiàn)L為養(yǎng)分離子淋溶量（kg·hm-2），F(xiàn)TF為林內(nèi)雨中的養(yǎng)分離子含量（kg·hm-2），F(xiàn)SF為樹干流中的養(yǎng)分離子含量（kg·hm-2），F(xiàn)PR為林外雨中的養(yǎng)分離子含量（kg·hm-2）；養(yǎng)分離子輸入總量：FI=FPR+FL；式中，F(xiàn)I為養(yǎng)分離子輸入總量（kg·hm-2）。

2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理及繪圖使用Microsoft Excel 2007軟件，采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。武夷山常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)中的林外雨、林內(nèi)雨、樹干流水樣的pH值和各類離子的年平均濃度根據(jù)容積加權(quán)平均法求得。采用Pearson相關(guān)性分析檢驗(yàn)各類降水量之間的相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 降水量再分配動(dòng)態(tài)

如圖1所示，2014年11月—2015年11月，武夷山常綠闊葉林的年林外雨量（大氣降水量）為2623.7 mm，約80%的大氣降水發(fā)生在3—8月間，最大的降水強(qiáng)度在6月，降水量為514.7 mm。林內(nèi)雨和樹干流與林外雨的降水量月動(dòng)態(tài)變化規(guī)律相似。其中樹干流量僅占林外雨量的4.5%，而9.8%的林外雨被常綠闊葉林的冠層截留，截留量為257.9 mm。

圖1 林外雨、林內(nèi)雨和樹干流量的動(dòng)態(tài)變化Fig. 1 Temporal fluctuations of precipitation amounts in bulk precipitation, throughfall and stemflow in an evergreen broad-leaved forest

3.2 林內(nèi)雨和樹干流量與林外雨量相關(guān)關(guān)系

通過對該地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)林內(nèi)雨量和樹干流量與林外雨量進(jìn)行的相關(guān)性分析，得出林內(nèi)雨量、樹干流量與林外雨量相關(guān)關(guān)系方程分別為y=0.904x-5.236，R2=0.985（P＜0.001）和y=0.039x+0.689，R2=0.79（P＜0.001）（圖 2）；表明該森林生態(tài)系統(tǒng)中的林內(nèi)雨量和樹干流量均與林外雨量呈線性極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為 0.99和0.89。整體趨勢表現(xiàn)為隨著林外雨量的增加，林內(nèi)雨和樹干流量隨之增大。

3.3 降水的pH值動(dòng)態(tài)

如圖3所示，在本研究中，林外雨的pH值在4.6—6.5之間，年均pH值為5.8；林內(nèi)雨的pH值范圍為4.9—6.0之間，年均pH值為5.5；樹干流的pH值波動(dòng)范圍為5.0—5.8之間，年均pH值為5.5，三類降水的年均 pH值表現(xiàn)為林外雨＞樹干流和林內(nèi)雨。林外雨最大pH值出現(xiàn)在7月，而林內(nèi)雨和樹干流的最大pH值則出現(xiàn)在6月，三類降水的最小pH值均出現(xiàn)在2月。

3.4 降水的離子濃度動(dòng)態(tài)

如圖4所示，林外雨中的陰離子以 SO42--S和NO3--N為主，其年加權(quán)平均濃度分別為66.63、53.35 μmol·L-1，分別占陰離子總濃度的50%和40%以上；SO42--S 濃度的變動(dòng)范圍為 35—1275 μmol·L-1，NO3--N 濃度的變動(dòng)范圍為 8—765 μmol·L-1；而 Cl－的濃度較低，其年加權(quán)平均濃度為8.46 μmol·L-1。林外雨中陽離子以 Ca2+為主，年加權(quán)平均濃度為27.76 μmol·L-1，占陽離子總濃度的 50%以上，濃度變化范圍在 0.4—253 μmol·L-1之間，其他陽離子濃度較低，Mg2+、K+和 Na+年加權(quán)平均濃度分別為5.28、11.96、9.24 μmol·L-1。林外雨中各離子年加權(quán)平均濃度表現(xiàn)為 SO42--S＞NO3--N＞Ca2+＞K+＞Na+＞Cl-＞Mg2+。除Na+外，在降水量較小的1—2月，各陰陽離子的濃度普遍較高，在降水量較大的 3—8月，陰陽離子濃度普遍較低。

圖3 林外雨、林內(nèi)雨和樹干流pH值的動(dòng)態(tài)變化Fig. 3 Temporal fluctuations of pH value in bulk precipitation, throughfall and stemflow in an evergreen broad-leaved forest

圖4 林外雨、林內(nèi)雨和樹干流中主要離子濃度的動(dòng)態(tài)變化Fig. 4 Temporal fluctuations of main nutrient ion concentrations in bulk precipitation, throughfall and stemflow in an evergreen broad-leaved forest

林內(nèi)雨中各陰陽離子濃度隨時(shí)間的變動(dòng)規(guī)律與林外雨相似。林內(nèi)雨中各離子年加權(quán)平均濃度表現(xiàn) 為 SO42--S＞K+＞NO3--N＞Ca2+＞Na+＞Cl-＞Mg2+。SO42--S和K+分別是林內(nèi)雨中主要的陰離子和陽離子，且林內(nèi)雨中的SO42－-S和K+年加權(quán)平均濃度分別是林外雨的1.02倍和3.58倍。林內(nèi)雨中Cl-、Na+和 Mg2+的年加權(quán)平均濃度分別為 10.83、13.12、10.76 μmol·L-1，分別是林外雨相應(yīng)離子濃度的1.28、1.42、2.04倍。而Ca2+和NO3－-N的年加權(quán)平均濃度比林外雨略低。

樹干流中各陰陽離子濃度動(dòng)態(tài)也與林外雨相似；樹干流中各離子年加權(quán)平均濃度表現(xiàn)為SO42--S＞Ca2+＞K+＞NO3--N＞Na+＞Cl-＞Mg2+。SO42--S是樹干流中的主要陰離子，其年加權(quán)平均濃度為83.62 μmol·L-1。Ca2+和 K+為樹干流中主要陽離子，二者年加權(quán)平均濃度分別為49.82 μmol·L-1和41.53 μmol·L-1，其他離子如 Cl-、NO3--N、Na+和 Mg2+的年加權(quán)平均濃度分別為14.84、35.70、21.52、11.55 μmol·L-1，明顯低于 SO42--S、Ca2+和 K+濃度。但樹干流中各離子的濃度均明顯高于林外雨，除NO3--N外，其他離子的濃度是林外雨的1.26—2.33倍；相較于林內(nèi)雨，樹干流中除了K+和NO3--N濃度略低于林內(nèi)雨外，其他離子的濃度是林內(nèi)雨的 1.07—2.16倍。

3.5 降水通量主要離子的輸入特征

表2為林外雨、林內(nèi)雨、樹干流中主要離子的年輸入量。如表所示，林內(nèi)雨是養(yǎng)分輸入的主要形式，各養(yǎng)分離子年輸入量占總輸入量的比例均在90%以上。通過林內(nèi)雨和樹干流輸入的 SO42--S和K+分別是輸入量最大的陰、陽離子，年輸入量分別達(dá)到 26.08 kg·hm-2·a-1和 39.42 kg·hm-2·a-1，NO3--N的輸入量也較大，達(dá)到了 12.44 kg·hm-2·a-1。K+、Mg2+、Na+和 Cl-的淋溶量均為正值，其中 K+的淋溶量最大，達(dá)到了 27.18 kg·hm-2·a-1，其次為 Na+（1.78 kg·hm-2·a-1）、Mg2+（1.41 kg·hm-2·a-1）和 Cl-（1.37 kg·hm-2·a-1），分別占輸入總量的 68.95%、24.25%、45.92%和14.82%。

4 討論

4.1 降水分配特征

大氣降水過程是森林生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，大氣降水不僅是森林生態(tài)系統(tǒng)主要的水源，也是森林生態(tài)系統(tǒng)主要養(yǎng)分元素的輸入途徑之一。大氣降水進(jìn)入森林系統(tǒng)后經(jīng)過林冠截留、吸收和淋溶后，隨穿透雨和樹干莖流進(jìn)入土壤，并以地表徑流和地下滲漏等形式輸出系統(tǒng)，期間降水的化學(xué)物質(zhì)含量發(fā)生了一系列復(fù)雜的變化（曹建華等，2007）。

林外雨進(jìn)入林冠后，會(huì)被林冠截留部分降水，可以削弱雨滴對地表的沖擊力，減少降水對地表的侵蝕；同時(shí)也減少了地表徑流量，起到削減洪峰流量和涵養(yǎng)水源的生態(tài)功效，并能有效減少養(yǎng)分隨徑流的流失（李勇等，2015）。本研究發(fā)現(xiàn)，在武夷山地區(qū)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)中林冠截留量為 257.9 mm，截留率約為9.8%，這一結(jié)果符合中國主要森林生態(tài)系統(tǒng)林冠平均截留量變動(dòng)在 134.0—843.4 mm，截留率平均值變動(dòng)在 1.4%—36.5%之間的研究結(jié)果（溫遠(yuǎn)光等，1995），略低于常綠闊葉林對降雨的截留率為 10%—20%的研究結(jié)果（Cheng et al.，2002）；低于全球范圍內(nèi)常綠闊葉生態(tài)系統(tǒng)的平均林冠截留率為13%的研究結(jié)果（Miralles et al.，2010），但高于江西大崗山常綠闊葉林林冠截留率為5.1%的研究結(jié)果（高瑤瑤等，2018）。不同研究區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的林冠截留率出現(xiàn)差異或一定范圍內(nèi)的波動(dòng)，主要與不同區(qū)域的降水量、降水強(qiáng)度、森林覆蓋率、冠層結(jié)構(gòu)等影響冠層截留量的因素有關(guān)，但整體上林冠截留量一般隨著林外雨量的增加而增大，而林冠截留率隨林外雨量的增加而減?。S采藝，2013）。

林外雨經(jīng)過冠層截留后，一部分降水穿透林冠形成林內(nèi)雨，另一部分降水沿樹干流動(dòng)，形成樹干流。林內(nèi)雨量的大小不僅直接與林分的郁閉度、葉面積指數(shù)的大小有關(guān)，還受前期降雨和林內(nèi)濕度的影響。本次研究結(jié)果表明武夷山地區(qū)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)中的林內(nèi)雨量與林外雨降水量呈線性極顯著正相關(guān)關(guān)系，整體趨勢表現(xiàn)為隨著林外降水量的增加，林內(nèi)雨量隨之增大。這與高瑤瑤等（2018）在江西大崗山常綠闊葉林和趙文君等（2017）在典型喀斯特原始森林中的研究結(jié)果一致。一般樹干流量占降雨總量的比例較小，在0—5%之間（鮑文等，2004）。本次研究的武夷山地區(qū)常綠闊葉林年樹干流量為118.9 mm，占年林外雨量的4.5%，這一結(jié)果遠(yuǎn)高于Tian et al.（2013）在貴州喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)中調(diào)查的樹干流比例（0.5%），與李凌浩等（1997）在武夷山甜櫧林得出的樹干流比例（3.74%）和高瑤瑤等（2018）在江西大崗山常綠闊葉林中調(diào)查得出的樹干流比例（5.3%）相近，但遠(yuǎn)低于任引等（2008）在武夷山甜櫧常綠闊葉林調(diào)查處的樹干流比例（13.9%）。不同森林生態(tài)系統(tǒng)樹干流量間存在一定的差異，主要因?yàn)椴煌稚鷳B(tài)系統(tǒng)的林分密度，以及樹皮吸水性能、分枝角度、樹干胸徑、樹皮粗糙度、干型等林分特征有所不同（鮑文等，2004）；此外，大氣降水量和降水強(qiáng)度對樹干流量也有顯著影響。一般而言，樹干莖流量隨降水量的增大而增加；降水量較小時(shí)一般不會(huì)產(chǎn)生樹干莖流，因?yàn)榻邓赡鼙还趯尤拷亓簦ɡ钣碌龋?015；高瑤瑤等，2018）。本文的研究結(jié)果也顯示該森林生態(tài)系統(tǒng)樹干流量與林外雨降水量呈線性極顯著正相關(guān)關(guān)系，整體趨勢表現(xiàn)為隨著林外降水量的增加，樹干流量隨之增大。

表2 降水通量中主要離子年輸入量Table 2 Annual input of main ions in water flow in an evergreen broad-leaved forest

4.2 降水化學(xué)成分特征

大氣降雨的化學(xué)成分受大氣中CO2和其它污染氣體以及大氣中懸浮穎粒易溶成份含的直接影響，大氣降雨pH值反映大氣中酸性物質(zhì)的濃度（王靜，2008）。在觀測期間，武夷山地區(qū)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)林外雨的年均pH值為5.8，而林內(nèi)雨和樹干流的年均pH值約為5.5，明顯低于林外雨的pH值。林內(nèi)雨的pH值低于林外雨，這一結(jié)果與周光益等（1995）在海南島尖峰嶺熱帶山地雨林和盧曉強(qiáng)等（2015）在茂蘭喀斯特地區(qū)亞熱帶常綠落葉闊葉混交林中林內(nèi)雨pH值的研究結(jié)果有所不同，表明武夷山地區(qū)常綠落葉林對酸雨的緩沖能力低于熱帶雨林和喀斯特亞熱帶常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)。林少茜（2018）和蘇彬彬等（2015）對武夷山地區(qū)的空氣質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果表明，PM2.5、PM10是武夷山地區(qū)的主要污染物質(zhì)?？赡苁且?yàn)楦街诹止诒砻娴念w粒污染物中的酸性物質(zhì)較多，經(jīng)過冠層淋溶后致使林內(nèi)雨的pH值有所下降，而樹干流除了淋溶酸性沉積物，與樹皮表面陽離子交換，也會(huì)溶入樹干分泌的一些有機(jī)酸或無機(jī)酸等，進(jìn)而降低降水中的 pH值（黃采藝，2013；張娜等，2011；Hamdan et al.，2012）。武夷山地區(qū)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)林外雨、林內(nèi)雨和樹干流的pH值都較低，且SO42--S濃度較高，進(jìn)入土壤后易導(dǎo)致土壤酸化。

除NO3--N和Ca2+外，林內(nèi)雨其他離子的年加權(quán)平均濃度是林外雨的1.02—3.58倍；樹干流中大部分離子的濃度也明顯高于林外雨或林內(nèi)雨。主要是因?yàn)榻涤杲?jīng)過冠層截留可以淋溶葉面和枝條上的塵埃、鹽分、有機(jī)物等沉降物，同時(shí)可以溶解葉細(xì)胞的浸出物，故林內(nèi)雨的養(yǎng)分量較林外雨中的養(yǎng)分量高（馬雪華，1988；Zeng et al.，2005）。馮宗煒等（1985）也認(rèn)為，林內(nèi)雨?duì)I養(yǎng)元素含量的增加，主要是來自細(xì)胞壁的蒸騰液，細(xì)胞原生質(zhì)選擇性地從液流中吸取了當(dāng)時(shí)所需要的營養(yǎng)元素，其余的營養(yǎng)物質(zhì)聚集在細(xì)胞壁和角質(zhì)層內(nèi)，當(dāng)降水時(shí)這些營養(yǎng)物質(zhì)就被H+交換出來，進(jìn)而提高林內(nèi)雨的相關(guān)離子的濃度。Cornan et al.（1983）的研究也發(fā)現(xiàn)酸性降水促進(jìn)中性鹽離子在林內(nèi)降水中的析出富集，使植物葉片中營養(yǎng)離子的流失。此外，林冠截留使得一部分大氣降水直接從冠層蒸發(fā)，減少了林內(nèi)雨體積，也相對增加了林內(nèi)雨的離子濃度（張娜等，2011）。相較于林內(nèi)雨，樹干流中部分離子濃度更高，主要是因?yàn)榻邓?jīng)過冠層截留后一部分沿樹干流動(dòng)，進(jìn)一步?jīng)_刷了樹干上的沉降物，且一般樹皮粗糙開裂，比表面積大、樹皮儲(chǔ)水量大，從而增加了干沉降和離子交換的面積并減慢樹干流流速，延長降雨對樹干表面干沉降物質(zhì)的沖刷和淋溶時(shí)間，導(dǎo)致樹干流中離子濃度明顯高于林外雨和林內(nèi)雨（張娜等，2011；Zeng et al.，2005）。林內(nèi)雨和樹干流中的NO3--N濃度較大氣降水有所降低，可能因?yàn)槭芗撅L(fēng)影響，污染物擴(kuò)散，以及沙塵氣溶膠在遠(yuǎn)距離輸送過程中，富集了較多的 NO3--N（王靜，2008；蘇彬彬等，2015），使得林外雨中NO3--N濃度較高；而NO3--N是無機(jī)氮的主要組成之一，降水經(jīng)過樹冠層后一部分無機(jī)氮被林冠葉面吸收和吸附，使得林內(nèi)雨和樹干流中的NO3--N濃度的濃度降低（馬雪華，1988，王靜，2008）。林內(nèi)雨和樹干流中的K+濃度均為林外雨的3倍以上，主要因?yàn)橹参镏泻写罅康拟浽兀瑯涔诮粨Q出來的 K+量和對樹干中的K+洗脫較多，導(dǎo)致K+濃度大幅度升高。武夷山地區(qū)常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)中不同降水分量間的主要離子濃度差別可能與該森林生態(tài)系統(tǒng)中的植物種類差異以及植物主動(dòng)或被動(dòng)交換有關(guān)，也與大氣中氣體的顆粒物成分在葉面以及枝干表面受重力沉降的數(shù)量有關(guān)（姜文華，2003）。

4.3 降水養(yǎng)分離子輸入量特征

與凋落物分解、土壤有機(jī)質(zhì)礦化等相比，通過降水輸入到森林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分大多是水溶性的，易被植物直接吸收（劉一霖等，2018），因此，大氣降水及其淋溶作用對森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)過程具有重要作用。本研究表明林內(nèi)雨的養(yǎng)分輸入量占降水過程總養(yǎng)分輸入量的90%以上，是養(yǎng)分輸入的主要形式；雖然樹干流中的養(yǎng)分輸入量占總養(yǎng)分輸入量的比例較小，僅為 6%左右，但樹干流的養(yǎng)分濃度較高，能夠直接到達(dá)根基周圍，對林木生長和根際周圍的土壤理化性質(zhì)的作用更為重要（張娜等，2011；王磊等，2016）；此外，樹干流對林下植物、土壤腐殖質(zhì)及其菌根以及樹干上的植物及其動(dòng)物群落等也有重要影響（Chang et al.，2000；Mitchell et al.，2005）。

本研究表明林外雨的Ca2+，NO3--N和SO42--S年輸入量均明顯高于林內(nèi)雨和樹干流，這可能是因?yàn)橛^測期間武夷山地區(qū)氣態(tài)和顆粒態(tài)的污染物中富集了較多的Ca2+，NO3--N和SO42--S（蘇彬彬等，2015）。而其他養(yǎng)分離子則表現(xiàn)出相反的輸入規(guī)律，表明這3種離子的輸入主要以林外雨為主，而其他養(yǎng)分離子的輸入主要以林內(nèi)雨和樹干流為主。這一研究結(jié)果與甘健民等（1995）在云南哀牢山地區(qū)研究的降水輸入特征以及Meiresonne et al.（2007）在意大利楊樹人工林中的研究結(jié)果一致。研究期間降水輸入的養(yǎng)分離子以SO42--S和K+為主，二者分別占離子輸入總量的24%和36%。

N是森林生態(tài)系統(tǒng)的主要營養(yǎng)元素，適當(dāng)?shù)腘輸入可以增加森林生態(tài)系統(tǒng)生物量和促進(jìn)碳積累。本次研究中，由于測定問題，未能準(zhǔn)確獲取NH4+-N測定值，但該地區(qū)僅NO3--N的年輸入量已達(dá)到了12.44 kg·hm-2·a-1，占到養(yǎng)分離子總輸入量的 11%以上，這一結(jié)果已明顯高于Hamdan et al.（2012）在加拿大研究的大葉槭（Acer macrophyllum）（4.0 kg·hm-2·a-1）和道格拉斯杉（Pseudotsuga menziesii）（3.1 kg·hm-2·a-1）林分，以及喀斯特地區(qū)森林（5.58.1 kg·hm-2·a-1和 8.1 kg·hm-2·a-1）的無機(jī)氮年輸入量（盧曉強(qiáng)等，2015；Tian et al.，2013），但低于馬雪華（1988）在杉木林（38.3 kg·hm-2·a-1）和馬尾松林（42.8 kg·hm-2·a-1）中無機(jī)氮年輸入量。然而長期的高N輸入量可能導(dǎo)致該地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的N飽和（Fang et al.，2009），對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。

林外雨經(jīng)過冠層截留和樹干流的再分配后，還會(huì)經(jīng)過林下層植被的截留、凋落物層的截留以及土壤的截留作用進(jìn)行降水的再分配。降水經(jīng)過一系列的截留效應(yīng)后一部分被土壤吸存、植物根系吸收和蒸發(fā)消耗，另一部分則以地表徑流和土壤滲漏的方式輸出系統(tǒng)。由于條件限制，本次研究周期內(nèi)未同步完成地表徑流和土壤滲漏等水分流出量的收集與分析工作，在今后的研究中將進(jìn)一步開展地表徑流量、地下滲流量的大小及其養(yǎng)分離子濃度變化特征的研究。

5 結(jié)論

（1）從2014年11月—2015年11月年，武夷山常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)大氣降水量（林外雨）為2623.7 mm，樹干流量僅占大氣降水量的 4.5%，9.8%的大氣降水被冠層截留。

（2）林外雨年均pH值為5.8，林內(nèi)雨和樹干流年均pH值為5.5，年均pH值表現(xiàn)為林外雨＞樹干流和林內(nèi)雨。

（3）林內(nèi)雨和樹干流中的各陰陽離子濃度隨時(shí)間的變動(dòng)規(guī)律與林外雨相似，SO42--S、Ca2+或 K+分別是各類降水中主要的陰離子和陽離子。整體上離子濃度表現(xiàn)為樹干流＞林內(nèi)雨＞林外雨。

（4）林內(nèi)雨是養(yǎng)分輸入的主要形式，其養(yǎng)分離子年輸入量占總輸入量的比例均在90%以上。通過林內(nèi)雨和樹干流輸入的SO42--S和K+分別是輸入量最大的陰、陽離子，年輸入量分別達(dá)到 26.08 kg·hm-2·a-1和 39.42 kg·hm-2·a-1，其中 NO3--N 的輸入量達(dá)到了 12.44 kg·hm-2·a-1。