鼎湖山降水无机化学成分变化特征*

朱圣洁，王雪梅，龙晓娟，董汉英,黄忠良,陈银洁

(1. 中山大学环境科学与工程学院，广东 广州 510275;2. 广东省环境污染控制与修复技术重点实验室,广东 广州 510275;3. 鼎湖山树木园,广东 肇庆 526070)

由于自然条件的差异和人类活动的影响，不同地区降水化学组成具有不同的特点；同一地区在不同的季节，由于天气形势不同，大气污染物输送途径不同，降水化学成分也有很大的不同[1]。大气降水能在较大空间范围内对不同生态类型同时产生影响，具有与河流、径流等点、面源污染不同的作用方式[2-3]，因此，研究大气降水化学组成变化，对分析生态系统元素循环及污染成因具有非常重要的意义。

1 研究地区与方法

1.1 研究地区

鼎湖山自然保护区位于肇庆市鼎湖区(112°30′39″E -112°33′41″E ，23°09′21″N-23°11′30″N)，总面积约1 133 hm2，东距广州86 km，南临西江3 km，西离肇庆市区18 km，北与九坑河相邻，处于世界最大的大陆块和两个最大的海洋的边缘，气候具有明显的季风性，属南亚热带季风湿润型气候，多年平均降水量为1 927 mm ，其中75 %分布在3～8月，而12月至翌年2月仅占6%；年均相对湿度为80%，年均温度为21.4 ℃，最冷月(1月) 和最热月(7月) 的平均温度分别为12.6 和28.0 ℃。森林覆盖率为100%。在2007年3月至2008年2月(以下称2007年)和2009年3月至2010年2月(以下称2009年)监测期间，年平均温度分别是22.8 ℃和22.7 ℃，年降水总量分别是1 377.6 mm和1 920.1 mm。湿沉降采样点位于中国科学院鼎湖山森林生态系统定位研究站内二楼的楼顶。鼎湖山生态定位站位于鼎湖山脚，地势较为开阔，属于国家级生态系统研究站。

1.2 采样方法

降水接收装置为干湿沉降自动采集仪，仪器由中山大学大气探测实验室设计和制作，可对干湿沉降自动分离采集，以避免二者的相互影响。沉降缸不定期用稀盐酸、蒸馏水清洗。样品收集遵循逢雨必测的原则，降水量≤2 mm的样品舍去；降水量> 2 mm 的样品则装入经预处理的聚乙烯瓶。样品现场测定pH 、电导率、温度后，放入冰箱于4 ℃冷藏贮存，并尽快完成测定。观测时段为2007年3月至2008年2月，共收集有效降水样50个，2009年3月至2010年2月，共收集有效降水样78个。

1.3 测定方法

2 结果与讨论

2.1 鼎湖山酸沉降特征

2.1.1 降水pH值的变化 图1为2007年和2009年鼎湖山站降水pH值的频率分布。2007年pH值为3.17～5.74，雨量加权平均值为4.10，酸雨频率(pH值<5.6)为98%；2009年pH值为3.45～6.09，雨量加权平均值为4.38，酸雨频率为96%。两年的pH值都呈现偏正态分布，且偏向酸性降水，也就是说，在观测期间降水整体呈酸性，这跟珠三角地区整体的降水酸度特征是一致的[2]。pH频率统计结果表明，在2007年和2009年鼎湖山的降水酸度都较高，而2009年较2007年酸雨发生频率稍有降低，降水酸性程度也略有缓解。

图1 2007年和2009年鼎湖山降水pH值频率分布

2.1.2 降水无机离子总浓度的变化 降水中离子总浓度水平是用以表征该地区降水污染程度的一个重要指标，根据程新金等[6]对降水化学特征分类的研究成果，可以对降水作以下分类：当离子总浓度低于100 μeq/L时为清洁降水，100～300 μeq/L之间为轻度污染，300～500 μeq/L间为中度污染，500～1 000 μeq/L之间为严重污染，若高于1 000 μeq/L，则为极重污染。以此为判断依据，对观测期间鼎湖山的降水样进行分类判断，见表1。对比2007年，2009年鼎湖山的清洁降水频率增加了5.9%，极重污染的降水频率也由14.3%下降至8.9%，但是在该地区降水属于中度污染比例依然很高，严重污染降水比例增加了近一倍，说明降水污染状况依然较为严重。结合pH的变化趋势，与2007年相比，2009年酸雨频率下降，平均pH增加，表明降水污染状况有所缓解；这与由总离子浓度分类得到的清洁降水比例增加，极重污染比例下降的结果一致。

表1 2007和2009年鼎湖山各类降水污染比例

3.2 无机离子成分和含量的变化

表2 2007年和2009年鼎湖山降水中各无机离子浓度的统计结果

表3 2007年和2009年 鼎湖山降水中各离子浓度的比重

表4 不同地区酸沉降无机离子浓度

图2 2007年和2009年鼎湖山不同降水中各离子浓度

3.3 降水酸度分析

本研究中将主要来源于海洋的Na+作为海盐离子，以Na+的浓度为基础来计算降水中其他非海盐离子浓度，其通用公式如下[26]：

[nss-Y]=[Y]-K[Na+]

式中，Y为待计算的离子，Ca2+，Mg2+等；K为常数[27]。

具体计算式为：

[nss- Ca2+]=[ Ca2+]-0.044×[Na+]

[nss- Mg2+]=[ Mg2+]-0.119×[Na+]

计算结果如表5。

表5 鼎湖山主要碱性离子的中和因子

图3 2007年和2009年鼎湖与广州降水pH与R值的相关关系

4 结 论

致谢：感谢广东省环境污染控制与修复技术重点实验室提供实验条件；感谢中国科学院鼎湖山森林生态系统国家野外定位研究站提供观测平台及气象数据，同时感谢孟泽工程师的帮助。

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