鼎湖山降水無機(jī)化學(xué)成分變化特征*

朱圣潔，王雪梅，龍曉娟，董漢英,黃忠良,陳銀潔

(1. 中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510275;2. 廣東省環(huán)境污染控制與修復(fù)技術(shù)重點(diǎn)實驗室,廣東 廣州 510275;3. 鼎湖山樹木園,廣東 肇慶 526070)

由于自然條件的差異和人類活動的影響，不同地區(qū)降水化學(xué)組成具有不同的特點(diǎn)；同一地區(qū)在不同的季節(jié)，由于天氣形勢不同，大氣污染物輸送途徑不同，降水化學(xué)成分也有很大的不同[1]。大氣降水能在較大空間范圍內(nèi)對不同生態(tài)類型同時產(chǎn)生影響，具有與河流、徑流等點(diǎn)、面源污染不同的作用方式[2-3]，因此，研究大氣降水化學(xué)組成變化，對分析生態(tài)系統(tǒng)元素循環(huán)及污染成因具有非常重要的意義。

1 研究地區(qū)與方法

1.1 研究地區(qū)

鼎湖山自然保護(hù)區(qū)位于肇慶市鼎湖區(qū)(112°30′39″E -112°33′41″E ，23°09′21″N-23°11′30″N)，總面積約1 133 hm2，東距廣州86 km，南臨西江3 km，西離肇慶市區(qū)18 km，北與九坑河相鄰，處于世界最大的大陸塊和兩個最大的海洋的邊緣，氣候具有明顯的季風(fēng)性，屬南亞熱帶季風(fēng)濕潤型氣候，多年平均降水量為1 927 mm ，其中75 %分布在3～8月，而12月至翌年2月僅占6%；年均相對濕度為80%，年均溫度為21.4 ℃，最冷月(1月) 和最熱月(7月) 的平均溫度分別為12.6 和28.0 ℃。森林覆蓋率為100%。在2007年3月至2008年2月(以下稱2007年)和2009年3月至2010年2月(以下稱2009年)監(jiān)測期間，年平均溫度分別是22.8 ℃和22.7 ℃，年降水總量分別是1 377.6 mm和1 920.1 mm。濕沉降采樣點(diǎn)位于中國科學(xué)院鼎湖山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站內(nèi)二樓的樓頂。鼎湖山生態(tài)定位站位于鼎湖山腳，地勢較為開闊，屬于國家級生態(tài)系統(tǒng)研究站。

1.2 采樣方法

降水接收裝置為干濕沉降自動采集儀，儀器由中山大學(xué)大氣探測實驗室設(shè)計和制作，可對干濕沉降自動分離采集，以避免二者的相互影響。沉降缸不定期用稀鹽酸、蒸餾水清洗。樣品收集遵循逢雨必測的原則，降水量≤2 mm的樣品舍去；降水量> 2 mm 的樣品則裝入經(jīng)預(yù)處理的聚乙烯瓶。樣品現(xiàn)場測定pH 、電導(dǎo)率、溫度后，放入冰箱于4 ℃冷藏貯存，并盡快完成測定。觀測時段為2007年3月至2008年2月，共收集有效降水樣50個，2009年3月至2010年2月，共收集有效降水樣78個。

1.3 測定方法

2 結(jié)果與討論

2.1 鼎湖山酸沉降特征

2.1.1 降水pH值的變化 圖1為2007年和2009年鼎湖山站降水pH值的頻率分布。2007年pH值為3.17～5.74，雨量加權(quán)平均值為4.10，酸雨頻率(pH值<5.6)為98%；2009年pH值為3.45～6.09，雨量加權(quán)平均值為4.38，酸雨頻率為96%。兩年的pH值都呈現(xiàn)偏正態(tài)分布，且偏向酸性降水，也就是說，在觀測期間降水整體呈酸性，這跟珠三角地區(qū)整體的降水酸度特征是一致的[2]。pH頻率統(tǒng)計結(jié)果表明，在2007年和2009年鼎湖山的降水酸度都較高，而2009年較2007年酸雨發(fā)生頻率稍有降低，降水酸性程度也略有緩解。

圖1 2007年和2009年鼎湖山降水pH值頻率分布

2.1.2 降水無機(jī)離子總濃度的變化 降水中離子總濃度水平是用以表征該地區(qū)降水污染程度的一個重要指標(biāo)，根據(jù)程新金等[6]對降水化學(xué)特征分類的研究成果，可以對降水作以下分類：當(dāng)離子總濃度低于100 μeq/L時為清潔降水，100～300 μeq/L之間為輕度污染，300～500 μeq/L間為中度污染，500～1 000 μeq/L之間為嚴(yán)重污染，若高于1 000 μeq/L，則為極重污染。以此為判斷依據(jù)，對觀測期間鼎湖山的降水樣進(jìn)行分類判斷，見表1。對比2007年，2009年鼎湖山的清潔降水頻率增加了5.9%，極重污染的降水頻率也由14.3%下降至8.9%，但是在該地區(qū)降水屬于中度污染比例依然很高，嚴(yán)重污染降水比例增加了近一倍，說明降水污染狀況依然較為嚴(yán)重。結(jié)合pH的變化趨勢，與2007年相比，2009年酸雨頻率下降，平均pH增加，表明降水污染狀況有所緩解；這與由總離子濃度分類得到的清潔降水比例增加，極重污染比例下降的結(jié)果一致。

表1 2007和2009年鼎湖山各類降水污染比例

3.2 無機(jī)離子成分和含量的變化

表2 2007年和2009年鼎湖山降水中各無機(jī)離子濃度的統(tǒng)計結(jié)果

表3 2007年和2009年 鼎湖山降水中各離子濃度的比重

表4 不同地區(qū)酸沉降無機(jī)離子濃度

圖2 2007年和2009年鼎湖山不同降水中各離子濃度

3.3 降水酸度分析

本研究中將主要來源于海洋的Na+作為海鹽離子，以Na+的濃度為基礎(chǔ)來計算降水中其他非海鹽離子濃度，其通用公式如下[26]：

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

式中，Y為待計算的離子，Ca2+，Mg2+等；K為常數(shù)[27]。

具體計算式為：

[nss- Ca2+]=[ Ca2+]-0.044×[Na+]

[nss- Mg2+]=[ Mg2+]-0.119×[Na+]

計算結(jié)果如表5。

表5 鼎湖山主要堿性離子的中和因子

圖3 2007年和2009年鼎湖與廣州降水pH與R值的相關(guān)關(guān)系

4 結(jié) 論

致謝：感謝廣東省環(huán)境污染控制與修復(fù)技術(shù)重點(diǎn)實驗室提供實驗條件；感謝中國科學(xué)院鼎湖山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外定位研究站提供觀測平臺及氣象數(shù)據(jù)，同時感謝孟澤工程師的幫助。

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