广州帽峰山森林生态系统的暴雨及PAHs、TOC的地球化学特征

针对城市遭遇暴雨易发内涝性灾害的影响,为了系统地揭示城市森林消减暴雨径流、储滤暴雨中PAHs、TOC的生态效益,采用了森林小集水区水文要素的定位观测与对比试验方法,连续4年(2018—2021年)开展了广州市帽峰山常绿阔叶林、针阔叶混交林生态系统的暴雨水文循环及对PAHs、TOC的地球化学影响研究.结果表明,常绿阔叶林、针阔叶林生态系统可分别储滤暴雨中∑16PAHs总的质量浓度25.6％—29.6％、TOC质量浓度的15.8％;林冠层淋溶平均增加其在林内雨质量浓度的8.1％、40.3％,两类森林土壤的0—30 cm层较其以下层对暴雨林内雨中∑16PAHs总质量浓度的储率分别小13.3％和15.3％、而TOC质量浓度的储率上则分别大7.6％和15.2％.常绿阔叶林、针阔叶林生态系统的总径流中FLT、BbF、BkF、BaP、IcdP、BghiP质量浓度较暴雨相应减小分别在10.5％—38.7％和2.5％—51.4％间,其中BbF、BaP质量浓度的减小率大于30％,而FLT、BkF减小率大于20％;林冠层淋溶相对增加了林内雨6组分质量浓度在6.9％(BbF)—39.8％(BaP)间,两类森林土壤的0—30 cm层分别储滤暴雨林内雨中相应质量浓度的范围在15.5％(BbF)—36.7％(BghiP)和1.4％(IcdP)—38.8％(BghiP)间、而土壤30 cm以下层则对BaP、BkF的质量浓度储率较高;森林生态系统的暴雨总径流与暴雨中10种PAHs的质量浓度对比,两类森林的系统储率(除DahA均9.5％)分别在16.2％—55.5％和17.6％—48.1％之间,其中CHR、ANY、ANT、FLU、ANA、NAP的储率均大于30％;林冠层对暴雨中NAP、ANA、ANT、ANY的质量浓度消减在25.0％—15.9％间;两类森林土壤深30 cm的渗透水中NAP、ANA、ANT、ANY、FLU及CHR(阔叶林)、PHE(针阔林)的质量浓度相对林内雨呈增加,但这些组分在土壤30 cm以下层渗漏至总径流中被显著储存(相对储存率在73.7％—34.6％间).依据林区多暴雨、少暴雨年的森林水文循环通量计,常绿阔叶林、针阔叶混交林生态系统分别年均暂储暴雨量的81.8％和77.2％、贮存年暴雨∑16PAHs通量的85.4％和82.5％、年暴雨TOC通量的73.0％和81.7％;而两类森林的土壤至不透水岩层在年暴雨及∑16PAHs、TOC通量的贮存率中分别占80.8％及68.5％、79.8％.森林生态系统的年暴雨中PAHs各组分通量的地球化学平衡显示,常绿阔叶林、针阔叶混交林生态系统年储滤暴雨2—3环∑PAHs、4环∑PAHs及6组PAHs代表物通量的平均值分别是86.4％、83.4％及79.6％—87.9％,而相应的土壤至不透水岩层储滤占比分别为68.9％、90.7％(冠淋溶增)及59.4％—80.1％.城市森林生态系统的土壤至不透水岩层在消减暴雨径流、贮存暴雨PAHs、TOC的质量浓度及通量上发挥极其显著的生物地球化学效应.