基于人工模擬降水的刺槐林與柳樹林水質(zhì)凈化效能研究

關鍵詞水源涵養(yǎng)林;水質(zhì)凈化;刺槐林;柳樹林

中圖分類號 S727.21 文獻標識碼A 文章編號 1007-7731（2025）14-0103-04

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.14.023

Research on water purification efficiency of Robinia pseudoacacia and Salix forests based on artificial simulated precipitation

LIU Yufeng

（AnhuiVocational and TechnicalCollege ofForestry，Hefei 23OO36，China）

AbstractTo explore theroleof water conservation forests in water quality purification，the water conservation forestof Zhanggongtang Reservoir in Shushan District，Hefei City，Anhui Province was taken as theresearch object， artificialsimulatedprecipitation （acidicandnormal precipitation）wasusedtostudytheprecipitationadsorption capacity of the undergrowth vegetation of diffrent forest types （sunny slope Robinia pseudoacacia forest，shady slope Salix forest，and sunny slope Salix forest），and its influence on the pH of water，the concentrations of total nitrogen and total phosphorus，and soil pH.The results showed that under normal precipitation conditions，the water interception capacity of understory vegetation and litter in sunny slope R ：pseudoacacia forest， shady slope Salix forest，and sunny slope Salix forest were 2.505，1.206，and 1.128kg/m² ，respectively.Under acidic precipitation conditions，the pH of surface water and 3O cm soil infiltration water followed the order： sunny slope R .pseudoacaciaforest gt; shadyslopeSalix forest gt; sunny slope Salix forest. Under acidic and normal precipitation conditions，the total nitrogen concentration in infiltration water was lower in R pseudoacacia forests than in Salix forests，with shady slope Salix forests exhibiting lower total nitrogen levelsthansunnyslope Salixforests，whiletotalphosphorusconcentrations showed no significant differences; the pH values of the surface and leached layers of the soil were in the following order： sunny slope R pseudoacacia forest gt; shady slope Salix forest gt; sunny slope Salix forest. In conclusion， the water purification eficiency of the three forest types ranked as follows： sunny slope R pseudoacacia forest gt; shady slope Salix forest gt; sunny slope Salix forest.These findings provide references for the planning and management of water conservation forests.

Keywordswater conservation forest; water quality purification; Robinia pseudoacacia forest; Salix forest

水污染是目前面臨的重要環(huán)境問題[1-2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無機化肥的施用以及人類生活污水和工業(yè)廢水的排放，均可能造成水體氮、磷濃度增加，從而導致水體富營養(yǎng)化4。水體富營養(yǎng)化不僅對水生生物生存環(huán)境造成破壞，而且影響供水水質(zhì)并增加制水成本[5。森林具有涵養(yǎng)水源的作用。張建華等研究表明，落葉松林冠層可以截留雨水，保水效果明顯，可通過降水截留減少水土流失、提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。田磊研究發(fā)現(xiàn)，大興安嶺興安落葉松林對水質(zhì)有不同程度的凈化功能。蒲瑩等8研究表明，森林面積的增加對森林生態(tài)服務功能具有提升作用。因此，森林憑借其特有的生態(tài)結構和生理特性，通過降水截留、土壤水分保持、地下水補給等一系列復雜過程，在涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)、防止水土流失、提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等方面具有重要的作用。然而，隨著工業(yè)的發(fā)展，酸沉降問題也隨之出現(xiàn)[10]，其對森林生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)、水土保持等功能具有不利影響[]

安徽合肥市地處淮河以南，四季分明，梅雨顯著，夏雨集中。因此，研究降水特別是酸性降水條件下水源涵養(yǎng)林對水質(zhì)凈化的影響十分必要。本文利用人工模擬降水，研究正常降水條件下林下植被和枯枝落葉層對降水的吸附作用，分析酸性和正常降水條件下，不同林分類型對降水的吸持和對水質(zhì)的凈化作用，為水源涵養(yǎng)林建設中選擇合適的森林類型及建設位置提供參考。

1材料與方法

1.1試驗地基本情況

研究對象是一座兼具飲用、灌溉、防洪等綜合效益的小型水庫，其集水面積 4.23km² ，總庫容86.00萬 m³ 。水庫設計洪水位 43.33m （吳淞高程系），校核洪水 44.10m ，汛限水位 42.50m ，正常蓄水位 42.50m ，歷史最高庫水位 43.51m 。流域植被類型多樣，主要為水源涵養(yǎng)林。試驗選擇該水庫陽坡柳樹林、陽坡刺槐林和陰坡柳樹林3種類型的林地。

1.2試驗試劑與儀器

硫酸、氫氧化鈉、鉬酸銨和磷酸二氫鉀（分析純，西隴科技股份有限公司）；高氯酸（分析純，天津政成化學制品有限公司）；過硫酸鉀、抗壞血酸（分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；酚酞（分析純，上海潤捷化學試劑有限公司）。

高壓滅菌鍋BXM-30R（立式壓力蒸汽滅菌器）；電子天平FA1104B（上海精密儀器儀表有限公司）；紫外可見分光光度計UV-1900PC型號[翱藝儀器（上海）有限公司]；多功能數(shù)字型酸度計FE28[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]。

1.3 試驗方法

1.3.1酸性降水模型建立 參考李德生等[12的方法進行酸性降水配制。

1.3.2林下植被對降水的吸附量測定 通過人工模擬正常降水實驗（控制降水量 60mm ，持續(xù)降水^2h ），探究不同林分（陽坡柳樹林、陽坡刺槐林和陰坡柳樹林）林下植被與枯枝落葉層對降水的吸附能力。具體操作步驟：在人工降水實施前，在 1m×1m 標準樣方內(nèi)，對林下植被及枯枝落葉進行完整收集，并完成初始重量測定，測定后再重新恢復到地表；待模擬降水過程結束后，再次測量上述樣本的重量，通過前后重量的差值計算，最終獲得林下植被和枯枝落葉層的實際吸附水量。

1.3.3地表水和滲透水中pH的變化 參照1.3.2的人工模擬降水方法，選取3種不同林分類型中1m×1m 的標準地塊。在每個標準地塊內(nèi)，酸性和正常降水條件下各設置小樣方3個，總計18個采樣單元。模擬降水完成后，分別采集各樣方內(nèi)的地表水樣本，以及地表下 30cm 處的土壤（淋溶層）滲透水樣本，并對所采集的水樣進行 pH 測定。水樣pH的測定參考HJ1147—2020《水質(zhì) ΔpH 值的測定電極法》。

1.3.4滲透水中氮磷濃度的變化 參照1.3.3方法進行酸性和正常人工模擬降水，測定地表水樣及30cm 處的滲透水樣水中的總氮、總磷濃度，分析不同森林類型對水質(zhì)凈化的效果。總氮、總磷測定的方法分別參考HJ636—2012《水質(zhì)總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》和HJ671—2013《水質(zhì)總磷的測定流動注射-鉬酸銨分光光度法》。1.3.5土壤pH的變化參照1.3.2方法進行酸性和正常人工模擬降水，分別在模擬降水后的第0、1、3、5、7、10、13、16和19d，對各標準小樣地的地表土壤及 30cm 處的土壤進行采集，測定不同層次土壤pH，分析其動態(tài)變化規(guī)律。土壤 ΔpH 的測定參考HJ962—2018《土壤pH值的測定電位法》。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和 origin 軟件進行數(shù)據(jù)處理及作圖。

2 結果與分析

2.1不同林分林下植被和枯枝落葉的吸附水量

不同森林類型的林下植被與枯枝落葉層在降水吸附能力方面存在一定差異。其中，陰坡柳樹林的降水吸附量為 1.206kg/m² ，是自身重量的1.18

倍；陽坡柳樹林的吸附量略低于陰坡，為1.128kg/m² ，約為自身重量的1.07倍；陽坡刺槐林的吸附性能最強，降水吸附量為 2.505kg/m² ，是自身重

量的2.43倍。（表1）因此，在降水吸附能力方面，陰坡柳樹林優(yōu)于陽坡柳樹林；相較于柳樹林，刺槐林林下植被及枯枝落葉層的降水吸附能力更強。

2.2地表水和滲透水的pH

由表2可知，3種林分在酸性與正常降水條件下，地表水及滲透水的pH均呈現(xiàn)出不同程度的波動。正常降水的地表水及滲透水的 ΔpH 高于酸性降水，表明即便酸性降水歷經(jīng)地上植被攔截、地表枯落物分解以及土壤過濾等多重過程，依然會對地表及淺層地下水產(chǎn)生影響。酸性降水條件下，3種林分的地表水與滲透水pH由大到小依次為陽坡刺槐林gt;陰坡柳樹林 gt; 陽坡柳樹林。由此可知，不同森林植被類型抵御酸性降水危害的能力存在差異，陽坡刺槐林的抵御能力較強。

2.3滲透水中總氮、總磷濃度

由表3可知，在酸性和正常降水條件下，刺槐林滲透水中總氮、總磷的濃度均低于柳樹林。陰坡柳樹林的總氮濃度低于陽坡柳樹林。說明不同植被類型對水中總氮的凈化能力存在差異，由強到弱依次為陽坡刺槐林 gt; 陰坡柳樹林gt;陽坡柳樹林。酸性降水會導致地表水中總氮濃度增大，說明酸雨對水質(zhì)存在不利影響，會加重庫區(qū)水體的氮污染。在不同降水條件下，不同植被類型的滲透水中總磷濃度變化并不明顯，可能是因為水中總磷濃度處于較低水平，難以呈現(xiàn)出明顯的差異。

表3不同林分類型滲透水中總氮和總磷濃度

單位： （mg/L）

2.4土壤pH的動態(tài)變化

2.4.1酸性降水下土壤pH的變化 經(jīng)過酸性降水后，3種林分土壤的 pH 變化見圖1。在酸性降水條件下，柳樹林、刺槐林兩種林地的淋溶層土壤的pH均高于表層土壤。同時，隨著時間的推移，柳樹林和刺槐林的表層、淋溶層土壤pH均呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，這表明土壤酸堿度隨著時間的推移逐漸趨于中性。由此可見，在酸性降水條件下，土壤具有自我調(diào)節(jié)酸堿度的能力，以緩沖酸性降水的影響。在酸性降水條件下，陰坡柳樹林的土壤pH高于陽坡柳樹林；陽坡刺槐林的土壤pH高于陽坡柳樹林，表明陰坡柳樹林對酸性降水的緩沖能力強于陽坡柳樹林，刺槐林在緩沖酸性降水的影響方面展現(xiàn)出更強的能力。

2.4.2正常降水下土壤pH的變化 經(jīng)過酸性降水后，3種林分土壤 pH 變化見圖2。在正常降水條件下，柳樹林、刺槐林淋溶層的土壤pH整體上高于表層土壤，說明了林地中土壤具有中和酸的作用。在正常降水條件下，陰坡柳樹林的土壤pH高于陽坡柳樹林，陽坡刺槐林的土壤pH整體上高于陽坡柳樹林;進一步證實了，陰坡柳樹林調(diào)節(jié)土壤酸堿度的能力比陽坡柳樹林更強；相較于柳樹林，刺槐林在調(diào)節(jié)土壤pH方面效果更佳。

3結論

本研究利用人工模擬降水，分析張公塘水庫水源涵養(yǎng)林（陽坡刺槐林、陰坡柳樹林、陽坡柳樹林）對水質(zhì)的凈化作用，得出如下結論。（1）在降水的吸收與吸附過程中，林下植被及枯枝落葉發(fā)揮了重要作用，其中陰坡柳樹林的降水截留與吸附能力上優(yōu)于陽坡柳樹林；而刺槐林林下植被及枯枝落葉的水分吸附能力優(yōu)于柳樹林。（2）3種林分對水酸堿度的調(diào)節(jié)能力由強到弱依次為陽坡刺槐林、陰坡柳樹林、陽坡柳樹林。（3）酸性降水會導致滲透水中的總氮、總磷濃度增加，表明酸雨對水質(zhì)存在不利影響；在3種林分類型中，陽坡刺槐林對水中氮磷的凈化效果最佳，陰坡柳樹林次之，陽坡柳樹林效果較差。（4）在酸性和正常降水條件下，刺槐林表層和淋溶層的土壤pH均高于柳樹林，說明刺槐林在降水水質(zhì)凈化方面展現(xiàn)出更強的效能，而陰坡柳樹林表層和淋溶層的土壤pH均明顯高于陽坡柳樹林，說明陰坡柳樹林在降水水質(zhì)凈化中發(fā)揮的作用更明顯。以上結果表明，在飲用水源地庫區(qū)流域的森林植被建設過程中，樹種及林分的科學選擇對維持和改善水質(zhì)具有重要作用；刺槐林在水質(zhì)凈化方面的作用明顯優(yōu)于柳樹林；此外，造林位置的選擇不容忽視，陰坡的水質(zhì)凈化效果明顯高于陽坡，在實際規(guī)劃中應予以重視。

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（責任編輯：胡立萍）