森林生态系统对保持陆地生态系统的整体功能、维护地球生态平衡、促进经济与生态协调发展发挥着中枢和杠杆的作用[1]，对于调节、净化、稳定水化学性质作用显著[2]。水化学性质是生态系统是否健康的一个重要指标[3]。降水经过森林植被后，在各项分配的过程中，其水化学性质会发生一定程度的变化[4-6]；刘世荣等[7-8]认为森林对降雨中的化学成分具有吸收和溶解过滤作用，使降雨中化学成分的浓度发生变化；Anand等[9]认为随着降雨在森林生态系统的进入和输出，污染物被林冠层或树干及森林地上部分所吸附、富集和吸收，随之进入地表径流和地下径流中。因此，研究森林的水化学性质对改善区域水生态环境具有重要的指导意义。

虽有学者提出关于森林水化学性质的观点，但对于森林水化学性质鲜有系统报道，对我国森林水环境改善和提高而言，缺乏有力的数据支撑和理论依据。同时，地理位置、森林环境不同，对于森林水化学性质有不同的影响，森林水环境的状况也会不同。

春光这样明媚，花儿万紫千红，这一切居然无人欣赏，没人理会，她伤感了，难道自己就像无人爱惜的春天，悄悄流逝，年华虚度吗？“没乱里春情难遣，蓦地里怀人幽怨”中，杜丽娘做了个梦，在梦中她见到手持柳枝的少年书生，大胆地和他幽会了。《惊梦》之后，家教已锁不住她，她不顾母亲的教训，第二天又去后花园寻梦。

统计推广使用后的2017年，国网德阳供电公司利用综合绝缘抱杆辅助开展绝缘杆作业法带电断引线67次，带电接引线128次，减少停电时户数为19 265时·户，多供电量2.5976×106 kWh，直接经济效益120余万元。

2015年北京张家口申奥的成功，2022年冬奥会滑雪赛事将在张家口崇礼区东沟和平林场(包括5个主要滑雪场，82条雪道，长69 km)举行。山杨Pobulus davidiana林、云杉Picea wilsoni)林、白桦Betula platyphylla林和华北落叶松Larix principis-rupprechtii林是该区域分布的主要植被类型。目前该区域的森林水环境缺乏数据支撑，对该地森林生态和森林水化学性质的研究极为重要。因此，本研究以冬奥会崇礼赛区和平林场4种典型林分类型为研究对象，揭示其在降雨分配过程中(从林外降雨、穿透雨、树干径流及径流小区)对降水水化学性质，包括化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)4项指标进行分析，为当地水生态环境建设提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

和林外雨相比较，树干径流中水化学特征的4项指标均比林外雨含量高，其原因可能是树干径流经过林冠层和树干，吸附了树干和林冠层中的一些有机质、氨气等，对植物组织的淋洗，导致了4项指标含量的升高[20]。8、9月份，降雨量和降雨次数减少，树叶枝干表面的尘土及其他物质增多，这些都可能会导致树干径流水化学性质的变化[21]。相比林外雨和穿透雨，树干径流综合污染指数均高于二者，可能是树干径流在汇入地面的过程中将林冠和树干上的一些灰尘和生物体带到了雨水中，使树干径流的综合污染指数有所增加[16]。但树干径流的综合污染指数处于基本合格状态，说明树干径流里有少数指标超过相应类别的标准，但这些指标对水体功能效应未产生实质性的影响，水体功能没有受到明显损害，只是在一定程度上受到某些因素(水化学性质指标)的制约。

渠道汛期不输水时，闸站闸门应处在关闭状态，以拦蓄雨水增加渠道衬砌盖重，确保渠道衬砌的运行安全。当地下水水位高于运行水位，且水位差超过15 cm时应及时下落其下游节制闸门，以壅高渠道内的水位。

1.2 研究方法

1.2.1 样地调查及布设 样地选在张家口市崇礼区东沟(东西走向)和平林场，沟道南侧为阴坡，全部为乔木林，沟道北侧为阳坡，全部为灌丛。因此，样地设置均在沟道南侧，设置在坐标为：北纬40°59′59.14″～41°00′34.05″，东经115°23′26″～115°27′57.91″，设置云杉林、白桦林、山杨林、华北落叶松林4个纯林样地，样地面积为50 m×50 m。具体概况见表1。

表1 不同林分样地基本概况 Table 1 Profiles of forestry types

序号林分类型起源海拔/m坡度/°郁闭度平均树高/m平均胸径/cm林层结构1云杉纯林人工林1590220 5513 013 4单层2白桦纯林次生林1640260 7512 713 0单层3山杨纯林次生林1596310 7511 910 1单层4华北落叶松纯林人工林1590240 5514 614 8单层

1.2.2 水样采集 在距离4个典型林分外20 m的位置放置林外雨收集桶，穿透雨采用林内布设多个雨水收集器的方法收集，树干径流使用蛇皮管从距离地面0.5 m处开始缠绕约2圈，进行收集；建5 m×10 m径流小区采集径流水样。雨停后，进行水样采集，水样小于500 mL时全部取回，多于500 mL时，取500 mL。试验观测时间为2016年8～9月，采集水样时雨量最小为14.60 mm，最大为24.84 mm，持续时间较短，且均有地表径流的产生。采回的水样对其进行过滤，对过滤液进行分析，如果不能及时进行测定的，将水样放置冰箱进行冷藏(4℃)，第2 d进行测定。

1.2.3 指标测定 水化学性质指标的选取是根据当地水环境部门公布的主要水质超标指标而定，最终确定为：化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)4项指标。对监测的数据取其平均值进行对比。化学需氧量(COD)反映的是水中受还原性物质污染的程度，包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物；氨氮(NH3-N)是水中氨氮含量指标；总氮(TN)为硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮和有机氮的总称，是反映水体富营养化的主要指标；总磷(TP)是指水样经消解后将各种形态的磷转变成磷酸盐后测定的结果， 水中的磷是藻类生长需要的一种关键元素，过量磷造成水体污秽异臭，使湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮。4项指标均使用DR3900台式可见光分光光度计进行测试，利用预制试剂，化学需氧量(COD)使用消解比色法测定[10]、氨氮(NH3-N)使用水杨酸法测定[11]、总氮(TN)使用过硫酸盐氧化法测定[12]、总磷(TP)使用消解抗坏血酸法测定[13]。

用水化学性质综合污染指数法对所测数据进行分析。水化学性质综合污染指数采用《中国环境状况公报(2015年)》中的标准：合格：P≤0.8；基本合格：0.82.0。

单因子指数的计算方法：Pi=Ci/Si

林外雨携带着空气中各种化学成分的悬浮颗粒物，不同的大气质量会对降水水质产生一定的影响。由表2、3可知：研究地林外雨TN含量超出了V类水体限值，COD含量达到了I类水标准，NH3-N含量达到了V类水的标准，TP含量达到了III类水的标准。林外雨的水化学性质单项污染指数PCOD为0.03、PTN为1.30、PTP为0.31、PNH3-N为0.97，综合污染指数P为0.65，明显小于0.8，为合格水质。

由表3可知：4种林分的水化学性质综合污染指数分别为林外雨0.65、山杨林穿透雨0.53、树干径流0.98、地表径流1.35，云杉林穿透雨1.22、树干径流2.82、地表径流2.22，白桦林穿透雨1.01、树干径流0.80、地表径流2.10，华北落叶松林穿透雨1.26、树干径流3.11、地表径流2.59。云杉林和华北落叶松林综合污染指数整体上由林外雨到树干径流呈递增的趋势，树干径流到地表径流出现逐步减少的趋势，山杨林和白桦林综合污染指数整体上自林外雨到树干径流缓慢增加，地表径流持续增加趋势。

式中：n为所测指标的数量。

计算净淋溶和淋溶系数：净淋溶为穿透水、树干径流及地表径流的水化学特征指标值与大气降水中水化学特征指标值的差值。淋溶系数为穿透水、树干径流及地表径流的水化学特征指标值除以大气降水水化学特征指标值[15]。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2016进行数据基础统计分析及制图,并采用SPSS 21.0进行单因素方差分析(one-way ANOVA)。

2 结果与分析

2.1 林外雨水化学特征

式中，Ci为污染物实测浓度，Si为相应类别的标准值；

表2 地表水环境质量标准基本项目标准限值[14] Table 2 Basic standards for environmental quality of surface water [单位/(mg·L-1)]

项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类COD≤15≤15≤20≤30≤40NH3⁃N≤0 15≤0 50≤1 00≤1 50≤2 00TN≤0 20≤0 50≤1 00≤1 50≤2 00TP≤0 02≤0 10≤0 20≤0 30≤0 40

注：数据来源于《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》

2.2 穿透雨水化学特征

经过各林分淋洗后水样中各元素的浓度均有变化。由表4可知：4个林分COD、NH3-N、TN、TP净淋溶量总和排序为：华北落叶松林>云杉林>白桦林>山杨林。4个林分中NH3-N的淋溶系数整体上由穿透雨到树干径流再到地表径流逐渐减少；而COD的淋溶系数山杨林和白桦林是地表径流最大，云杉林和华北落叶松林是树干径流最大；TN的淋溶系数山杨林和华北落叶松林整体上从穿透雨到树干径流到地表径流逐渐增加，云杉林和白桦林是先减少后增加；TP的淋溶系数山杨林和白桦林整体上从穿透雨到树干径流到地表径流逐渐增加，云杉林是先减少后增加，华北落叶松林是先增加后减少。

2.3 树干径流水化学特征

树干径流虽然较小，但是能够直接将吸收利用的元素输入到根际，在土壤养分平衡方面具有重要的意义，是植物生长养分输入不可忽视的组成部分[16]。由表2、3可知：山杨林、云杉林、白桦林、华北落叶松林树干径流中COD含量均超出V类水体标准；TN含量白桦林最小，属于IV～ V类水，其他3种林分均超出V类水标准；山杨林和白桦林树干径流的TP含量较云杉林和华北落叶松林小，达到II类水标准；山杨林和白桦林树干径流的NH3-N含量小于其他2种林分，达到V类水标准，云杉林和华北落叶松林树干径流的NH3-N超出V类水的标准。山杨林树干径流的综合污染指数为0.98，较林外雨和穿透雨的综合污染指数高，水质为基本合格；云杉林树干径流的综合污染指数为2.82，水质为重污染；白桦林树干径流的综合污染指数为0.80，水质为基本合格；华北落叶松林树干径流的综合污染指数为3.11，水质为重污染。各林分树干径流的4项水化学性质指标间均存在显著差异。阔叶林树干径流更符合水环境标准。

表3 不同林分水样的水化学性质 Table 3 Chemical properties of water samples from forestry of different types

林分类型COD/(mg·L-1)TN/(mg·L-1)TP/(mg·L-1)NH3⁃N/(mg·L-1)COD污染指数TN污染指数TP污染指数NH3⁃N污染指数综合污染指数 林外雨12 600 121 940 0251 30 30 970 65山杨纯林穿透雨39±2 00cd0 50±0 10bc0 07±0 01a1 48±0 01bc0 980 250 160 740 53树干径流58±2 00bc2 90±0 20bc0 08±0 01bc1 61±0 15bc1 451 450 210 810 98地表径流67±60 50b5 90±3 16a0 17±0 04a0 73±0 54a1 662 930 430 391 35云杉纯林穿透雨56±1 00bc4 60±0 10a0 09±0 03a1 92±0 05a1 402 300 220 961 22树干径流212±8 00a6 10±0 30ab0 72±0 03ab2 22±0 12ab5 303 051 811 112 82地表径流90±5 00ab9 18±4 78a0 48±0 25a1 70±0 19a2 254 591 190 852 22白桦纯林穿透雨61±2 00ab2 90±0 20ab0 07±0 02a1 80±0 00ab1 531 450 180 901 01树干径流48±2 00cd1 90±0 10cd0 10±0 01bc1 58±0 04bc1 200 950 240 790 80地表径流170±46 50a6 27±2 17a0 18±0 02a1 21±0 67a3 854 902 011 693 11华北落叶松纯林穿透雨65±2 00a4 60±0 20a0 11±0 02a1 70±0 10ab1 632 300 280 851 26树干径流154±2 00ab9 80±0 10a0 81±0 03a3 37±0 05a4 243 140 440 602 10地表径流124±11 50ab12 08±7 28a0 35±0 08a0 76±0 40a3 096 040 870 382 59

注:表中小写字母不同表示同一水样类型不同林分之间存在显著差异(P<0.05)。

2.4 地表径流水化学特征

森林对流域径流的影响包括森林对流域径流形成机制的影响、森林对流域径流的调节以及森林对流域径流水化学性质的影响3个方面[17]。结合表2、3可知：山杨林、云杉林、白桦林和华北落叶松林中地表径流COD、TN均超出国家规定V类水标准；山杨林和华北落叶松林地表径流的NH3-N含量低于另两种林分，达到了III类水标准，云杉林和白桦林地表径流的NH3-N分别处于IV～V类、III～IV类水；山杨林和白桦林地表径流的TP含量低于其他两种林分，达到了III类水标准，云杉林处于IV～V类水，华北落叶松林处于III～IV类水。山杨林地表径流综合污染指数为1.35，水质标准为污染；云杉林地表径流综合污染指数为2.22，水质为重污染；白桦林地表径流综合污染指数为2.10，水质为重污染；华北落叶松林地表径流综合污染指数为2.59，水质为重污染。各林分地表径流的水化学性质除COD外，TN、TP、NH3-N之间存在显著性差异。

综合因子指数的计算方法：

2.5 降雨对森林的化学淋溶效应

穿透雨是降雨经过林冠层后降落到林分内的雨水。由表2、3可知：山杨林、云杉林、白桦林和华北落叶松林的穿透雨中COD含量均超过了国家规定V类水的COD要求标准；山杨林中穿透雨的TN含量小于其他3种林分(云杉林、白桦林、华北落叶松林)，符合II类水的总氮标准，其他3种林分的穿透雨中TN含量均超过了V类水的总氮标准；华北落叶松穿透雨中TP含量处于II类和III类水之间,其他3种林分均达到II类水对总磷要求的标准；山杨林穿透雨中NH3-N含量低于其他3种林分，达到了IV类水标准，云杉林、白桦林和华北落叶松林穿透雨中NH3-N含量处于IV～V类水。4项指标COD、TN、TP、NH3-N在山杨林综合污染指数为0.53，低于林外雨，且低于国家规定的0.8，水质为合格；在云杉林中综合污染指数为1.22，水质为污染；在白桦林中综合污染指数为1.01，水质为污染；在华北落叶松林中综合污染指数为1.26，水质为污染。各林分穿透雨中COD、TN、NH3-N之间存在显著性差异，TP无显著性差异。山杨林林冠层对雨水的净化作用较其他3种林分更符合生态环境的要求。

表4 降雨净淋溶4项指标含量和淋溶系数 Table 4 Net contents of 4 indicators and leaching coefficients of rainfalls

林分类型 项目CODTNTPNH3⁃N山杨纯林穿透雨净淋溶/(mg·L-1)38-2 10-0 06-0 46树干径流净淋溶/(mg·L-1)570 30-0 04-0 33地表径流净淋溶/(mg·L-1)663 260 05-1 21穿透雨淋溶系数390 190 530 76树干径流淋溶系数581 120 680 83地表径流淋溶系数672 261 370 38云杉纯林穿透雨净淋溶/(mg·L-1)552 00-0 03-0 02树干径流净淋溶/(mg·L-1)2110 30-0 04-0 33地表径流净淋溶/(mg·L-1)896 580 36-0 24穿透雨淋溶系数561 770 750 99树干径流淋溶系数2121 120 670 83地表径流淋溶系数903 534 000 88白桦纯林穿透雨净淋溶/(mg·L-1)600 30-0 05-0 14树干径流净淋溶/(mg·L-1)47-0 70-0 02-0 36地表径流净淋溶/(mg·L-1)1693 670 06-0 73穿透雨淋溶系数611 120 580 93树干径流淋溶系数480 730 830 81地表径流淋溶系数1702 411 500 62华北落叶松纯林穿透雨净淋溶/(mg·L-1)642 00-0 01-0 24树干径流净淋溶/(mg·L-1)1537 200 691 43地表径流净淋溶/(mg·L-1)1239 480 23-1 18穿透雨淋溶系数651 770 920 88树干径流淋溶系数1543 776 751 74地表径流淋溶系数1244 652 920 39

3 讨论与结论

3.1 穿透雨水化学特征

和林外雨相比，穿透雨在降落过程中会对树木林冠进行淋洗，林冠层也会吸收降雨中的一些物质，所以水化学性质必然会产生变化[18]。穿透雨中COD含量较林外雨有所升高，可能是降雨对林冠淋溶后，吸附了一定的有机物、亚硝酸盐或硫化物。和林外雨相比，穿透雨中TN、TP、NH3-N含量均有减少，原因可能是林冠层将其生长所需要的氮元素与磷元素从降雨中吸附到叶内或是表层，降低了穿透雨中氮元素和磷元素浓度[19]。

针叶林(云杉林、华北落叶松林)较阔叶林(山杨林、白桦林)的穿透雨中4项指标高，可能是由于针叶林叶子表面具有油脂，吸附的颗粒物等更多，降雨时，雨水会将更多的化学元素携带走。也可能是云杉林和华北落叶松林的郁闭度比2种阔叶林低，降雨对叶子的冲刷会更严重，从而携带的化学元素更多，而阔叶林的郁闭度较高，对雨水的截留会比较多，导致穿透雨中化学元素的含量较低。针叶林中华北落叶松林较云杉林更高，原因可能是华北落叶松林的叶子更细，叶子之间空隙会较云杉林更多，吸附的颗粒物等更密集，该结果与北京西郊东灵山暖温带落叶松、油松人工针叶林生态系统穿透雨水化学性质研究结果相一致[8]。

3.2 树干径流水化学特征

研究区位于河北省张家口市崇礼区和平林场，海拔1 499.2～1 951.4 m，属大陆性季风气候，冬季干燥，少雨，多偏北风，夏季少酷热天气，春秋风大。土壤以栗钙土为主。平均温度4.5℃，年内降水不均衡，主要集中在6～9月份，约占全年的70%左右。主要乔木树种有山杨、白桦、华北落叶松等。

山杨林和华北落叶松林地表径流中NH3-N含量较白桦林和云杉林低，可能是由于前两者的林下灌草丛较多，对雨水中的一些化学元素进行了吸附，使其含量降低，也可能是云杉林下灌草丛稀少，雨水直接流经土壤表层，将土壤中的氮元素携带至地表径流中，均会导致地表径流中NH3-N含量的增加。与Martin等[23]在温带森林系统对水化学生物量的研究中得出的结论一致。

针叶林(云杉林、华北落叶松林)树干径流的4项指标均比阔叶林(山杨林、白桦林)高，原因可能是针叶林的树干较粗糙，雨水流经树干时，会携带树干本身的一些化学元素，尤其是降雨量较小时，雨水在树干上停留时间较长，从而导致了树干径流各项指标值得增加，这一现象与秦岭南坡锐齿栎林研究结果一致[21]。

3.3 地表径流的水化学特征

地表径流是降雨经过林冠层或树干后，再通过地表枯落物而流出降水的，和林外雨相比，径流水质中COD、TN、TP含量较树干径流均有所增加，NH3-N含量有所减少。地表径流中NH3-N含量的降低可能是林分中的枯落物等将降雨中的NH3-N吸附，净化了水环境。地表径流水质较林外雨中3项指标有所增加，综合污染指数均有所增加，可能是由于在枯落物中生存的昆虫及其他动物在降雨过程中向雨水中排放了一些身体废液及排泄物等，对水体产生了一定的影响[22]。同时，地表径流流经地面会对土壤产生一定的冲刷，将土壤中的氮、磷元素吸附，也可能会影响地表径流中TN、TP含量。

自古至今，我国的大部分文人都把“达则兼济天下，穷则独善其身”作为自己的人生准则，纵观中国文学史，一大批文人把“治国平天下”作为自己最高的人生理想。孔子说：“君子忧道”（《论语·卫灵公》）；孟子认为作为一个“君子”，就应该以舜为理想人格的化身，“忧之如何？如舜而已也”（《孟子·离娄下》），进而提出“忧民之忧”“忧以天下”（《孟子·梁惠王下》）。儒家思想里“君子”和“小人”是相对立的，儒家思想把做“君子”作为自己的理想人格，而处于一个正统的官宦世家的陶渊明，怎能不以“君子”的标准来约束自己呢？

股骨头坏死的发病率逐年上升，且呈年轻化趋势，给患者日常生活带来影响。股骨头坏死发生的因素有很多，主要原因是缺血，且具有很长的潜伏期。对于此类患者来说，其发生病理改变主要有2个阶段，初阶段，由于患者细胞缺血，骨髓细胞与骨细胞会大面积死亡，从而导致股死亡；修复阶段，患者骨与血管会再生，骨小梁吸收[3-4]。因此，患者在发病初期，并不会出现明显的症状，发生症状时，已经确诊为晚期，导致患者错过了最佳治疗机会，影响其预后效果及生活质量。临床资料显示，股骨头坏死患者的治疗效果，会受到患者病情严重程度、坏死范围影响。所以，只有早日诊断疾病，才能尽早接受治疗。

3.4 降雨对森林的化学淋溶效应

降雨对林冠层的水化学淋溶效应一方面是大气颗粒物经气流传输至林层会被植物表面束缚、溶解或通过气孔被吸收；另一方面是降水对植物的淋失，即阳离子从植物内部的“自由空间”丧失，叶子表面阳离子的淋失包含交换反应，阳离子会通过质流直接从叶子中的运输流移入淋洗溶液[24]。树干径流中4项指标含量要高于穿透雨；地表径流COD、TP、TN净淋溶量均高于穿透雨与树干径流，但是，NH3-N淋溶系数明显低于穿透雨与树干径流，原因可能是雨水在降落过程中植被将雨水中影响氨氮含量的元素吸附和降雨在降落过程中氮气的挥发；COD、TN、TP净淋溶量及淋溶系数随着降雨层层进入到林内地表逐渐增加，可能是由于降雨在整个降落过程中经过林冠层、树干以及地表枯落物层等，其中的有机物及氮磷等元素逐渐累积所致。

净淋溶量总和针叶林大于阔叶林原因可能是由于针叶林自身特点(郁闭度、油脂较多等)在降雨量一定时，雨水在针叶林树木上停留的时间较长，所以针叶林经过淋溶后，雨水中所携带的化学元素会更多。与冀北山地山杨桦木林生态系统的水化学研究结果一致[25]。

如果公益性的劳务派遣制度能够切实执行上述功能，那么其最显著的效果将是保护农民免受损失，使其不至于返贫，从长远看，也有利于移民的非农就业正常化。

因此，本研究得出如下结论：(1)降雨经过林冠层后其水化学性质发生了变化，山杨林、云杉林、白桦林和华北落叶松林的化学需氧量(COD)含量有所升高；总磷(TP)含量和氨氮(NH3-N)含量有所降低，属于国家要求的地表水环境质量中的合格水体；(2)4种林分(山杨林、云杉林、白桦林和华北落叶松林)中树干径流水化学性质4项指标含量较林外雨有所增加，其中云杉树干径流的COD含量最高为212 mg·L-1；山杨树干径流中NH3-N和TP含量最低，分别为1.61、0.08 mg·L-1；白桦树干径流中TN含量最低为1.9 mg·L-1；(3)4种林分(山杨林、云杉林、白桦林和华北落叶松林)的地表径流中COD、TN和TP含量较林外雨高，而氨氮(NH3-N)含量较林外雨均有所降低，在一定意义上是对水质的一种净化；(4)经过淋溶作用后，4种林分的穿透雨、树干径流及地表径流中NH3-N含量下降，水化学性质得到改善，表明森林对水体具有一定的净化作用，水化学性质中的污染物质被吸附，对降雨进行了过滤，有助于当地水环境的优化，为2022年冬奥会的生态用水提供了理论依据和数据支撑。

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