酸沉降对典型森林小流域水文过程中溶解性有机碳的迁移转化影响机制研究

酸沉降的变化可以导致土壤和地表水体溶解性有机碳（Dissolved Organic Carbon, DOC）的变化，严重影响重金属、养分元素和有机污染物的活化、迁移与生态毒性，进而影响水环境质量和水生态系统稳定性。中国南方已成为继欧美之后的世界第3大酸沉降区，明确酸沉降对中国南方典型小流域水文过程中DOC的迁移转化的影响机制已成为亟待解决的重要科学问题。本项目拟在国内开展酸沉降对典型森林小流域水文过程中DOC的迁移转化的影响机制研究，主要内容包括：（1）韶山森林小流域水文特征及过程的模拟研究；(2)不同酸沉降水平下DOC浓度和通量的动态变化研究；(3)酸沉降下小流域土壤水中Al的活化与DOC的耦合机制研究；(4)酸沉降导致的环境因子的变化对流域DOC输出的影响机制。项目的实施可以弥补国内酸沉降下有关DOC迁移转化研究的不足，对于进一步研究小流域碳循环、碳平衡和酸沉降生态污染机制有重大意义。

酸沉降的变化可以导致小流域水文过程中溶解性有机碳（DOC）的变化，严重影响重金属和有机污染物的活化、迁移与生态毒性，进而影响水环境质量和水生态系统稳定性。本项目在典型酸沉降区域湖南韶山开展了酸沉降对小流域水文过程中DOC迁移转化的影响机制的基础研究，摸清了韶山森林小流域水文特征，研究了在不同的酸沉降水平下穿透水、凋落物淋滤液、土壤水和地表水中DOC浓度和通量的动态变化特征和分布规律，分析了DOC在韶山森林生态系统中动态变化的环境影响因子，开展了土壤中活性Al通量与DOC动态变化的耦合关系研究，并对韶山森林小流域地表水中DOC的变化规律进行了分析研究。取得的主要研究成果及结论如下：（1）采用原始的Gash模型来模拟上部乔木冠层的截留损失，用修正的稀疏Gash模型来模拟较为稀疏的下部灌木层的截留损失，表明Gash模型在韶山亚热带森林有它的适用性，但在模型参数的量化选择方面还有待深入研究。（2）韶山降雨酸性较强，森林冠层、亚冠层穿透水和凋落物层淋滤液DOC浓度呈现季节性变化，与海拔高度、水量、酸度和温度存在一定的相关关系，但对降雨酸度的变化并不敏感，没有显著的相关关系，而与有机态的铝（Alo）紧密相关，与无机态的铝（Ali）相关性一般。（3）韶山森林亚冠层对DOC有一定的吸附作用，而 DOC的积累主要出现在凋落物层，凋落物层对于增强森林土壤肥力和碳循环具有重要意义。（4）韶山森林大多数土壤水中Ali/(Ca+Mg)摩尔比值都在0.1~0.5之间，表明酸沉降导致的铝释放在韶山森林小流域内还未对植被造成显著的毒害。修正后的三水铝石经验模式在韶山森林小流域有一定的适用性。（5）酸沉降下降水酸性离子（硫酸根和硝酸根）对地表水DOC的输出未产生显著的影响，韶山森林小流域通过地表水输出的溶解性有机碳浓度很低，通量较小，尚未对其生态系统构成威胁。而地表水的酸度与通过地表水流失的DOC浓度却直接紧密相关，但仍需要更长时期的监测数据进行进一步的验证。