淋洗液與湖水

從前人之研究調查結果顯示，鴛鴦湖周圍森林流經附生植物之幹流水、穿落 水等淋洗液、以及土壤之pH 值都很低(周等，1998)，故本研究想進一步對扁柏、

林下植物(杜鵑)的凋落物及附生植物(蘚)在野外及室內同時做淋洗測試，欲探討 何種植物可能產生較酸之淋洗液。結果顯示扁柏的淋洗液無論在野外或室內其 pH 值都接近中性；蘚在野外的淋洗液，其 pH 值明顯較低；而野外之淋洗對照 組(雨水)，其 pH 值也明顯低於室內之淋洗對照組(去離子水)，故推論可能在野 外、較偏酸性之雨水淋洗植物時，苔蘚類等附生植物會產生較酸的淋洗液。此呼 應先前的研究：苔蘚等附生植物所淋出之淋洗液確實比雨水酸(Wu et al., 2001)，

同時此地土壤深厚的有機質層的陽離子交換能力較弱，土壤多呈強酸性(Chen and Chiu, 2000)，對酸性淋洗液的中和影響應不大，因此在扁柏為優勢植被的鴛 鴦湖集水區，林下的附生植物(如苔蘚類)的酸性淋洗液，可能是使鴛鴦湖集水區 之土壤及湖水偏酸性的主要原因。但本研究所用來淋洗的植物凋落物，絕大部分 為樹葉及部分的小枝條，因此也不排除植物其他部位(如樹皮)的淋洗所產生的幹 流水、穿落水，或凋落物實際在土壤中分解等所產生的酸液也可能影響土壤及湖 水之pH 值。

對照雨量資料，顯示降雨量較多時(如：2009/9/23~10/20 期間)，各湖水水樣 點之pH 值大都較低；反之(如：2010/3/18~5/20 期間)則 pH 值較高。且測得雨水 之pH 值為 5.13~6.33 (2010/3/18~9/23 期間)，與湖水之 pH 值相關性並不高(R² = 0.6316)；當雨水的 pH 值為歷次中最低時(5.13)，湖心表水的 pH 值卻恰為歷次中 最高(7.2)。此也呼應前人的研究(Wu et al., 2001)：湖水的 pH 值可能未直接受到 雨水的影響，而較有可能是因雨水在湖區陸域上所淋溶出的酸性淋洗液，由土壤

表層流入湖內後使湖水變酸。而當雨量較少時，流入的酸性物質變少；湖中水生 植物及藻類行光合作用又使pH 值上升，使湖水的 pH 值在降雨較少時趨向中性。

4.1.2 吸光值變化 4.1.2.1 水色(A₄₄₀)

由Qiu et al. (2005)在澳洲西南部對四種植物凋落物進行淋洗研究，發現在一 開始淋洗約10 餘天內(稱為‘first flush’，在一星期內下了 38 mm 的降雨量)，每克 乾燥植體所淋出的淋洗液，其A440值約在3~10 m^-1之間，但第2 個月後都很低，

約在0~1 m^-1之間，此實驗結果與本研究相似。但本研究的淋洗室內組，杜鵑及 蘚在淋洗將近 400 天時，每月淋洗液之 A440值仍持續波動甚至增加，對照其淋 洗出的DOC 量也呈現相同之趨勢，顯示此二種植物的腐化分解速率仍未穩定。

鴛鴦湖湖水與許多湖泊類似，其A440值都大於2 m^-1，有明顯的水色。然而，

在Pace and Cole (2002)所研究的 20 個湖泊樣點中，其葉綠素 a 值都在 3~24 ppb 之間，但鴛鴦湖之葉綠素 a 值甚低( < 3 ppb)，表示鴛鴦湖較深的水色可能非來自 湖水中的自營性微生物，而是由外源性、陸源性之有機物所造成。相較於採集前 一個月的累積雨量，採集前一週的累積雨量與湖心表水之 A440 值的相關係數較 高 ， 顯 示 採 集 前 數 天 之 降 雨 可 能 較 能 反 應 湖 水 的 變 動 狀 況 。 本 研 究 在 2009/7~2010/9 對湖水的採樣，只有 2010/9 採集的水樣受颱風的影響較大：中颱 凡那比於 2010/9/19 侵台，在 2010/9/23 的採集前一週，鴛鴦湖湖區即累積下了 253.5 mm 的雨量，為採樣期間雨量最多的一次。而此次湖水的水色為歷次記錄 中最深、DOC 濃度也最高的一次，pH 值也低至 5.64 (圖 3-4、3-10、表 3-1)。顯 示颱風所帶來短期之大量降雨可能將大量的DOC 從集水區的表層有機質土壤沖 入湖中，使水色明顯變深、pH 值降低。對照其他月份的雨量，降雨大多為午後 雷陣雨，其雨量較大時水色也較深、pH 值較低。而 2009/10 採樣前一個月的累 積雨量雖為歷次記錄中最多的一次：芭瑪颱風於2009/10/5 侵台，東部地區降下 豪雨，造成宜蘭地區嚴重災情；但在10/20 的採集前一週，湖區只下了 79.5 mm

的雨量，故本次採集之湖水水色並沒有明顯變深。先前的研究也指出：颱風所帶 機碳的聚合程度較高、含有較多的腐植物質等( Thurman, 1985)。在本實驗中，雖 然第1、2 個月野外組之淋洗量明顯少於室內組，但兩者淋洗液的 SUVA254值皆 2001)。鴛鴦湖湖區在 2010/9/23 採樣前下豪雨，造成此次採集各水樣點之 SVUA254

值皆偏低，可能是因在短時間內雨水大量沖淋，使多數湖區陸域的凋落物 DOC 來不及進一步聚合和提高苯環化程度即被沖入湖內，因而影響了SVUA254值。

相較於鴛鴦湖水樣，本實驗野外及室內組淋洗液的 SUVA254 值皆只在第 1 個月才明顯高於湖心表水(杜鵑 22~26、扁柏 8~10、蘚 4~9 mg^-1．L．m^-1)；但自 第2 個月起，杜鵑及蘚的淋洗液 SUVA254值與湖心表水相似，明顯高於扁柏之淋 洗液，顯示雖然植體所含高度苯環化的DOC 大部分在凋落後的初期淋洗即易被 沖出，但在凋落物分解速率慢的鴛鴦湖地區(Rees et al., 2006)，植物初凋落而釋 出的 DOC 十分有限，持續受淋洗而緩慢釋出高度苯環化之 DOC 的植物凋落物 與土壤有機質層，可能才是影響湖水SUVA254值的主要因子。

4.1.3 凋落物的 DOC 淋洗狀況

比較野外及室內淋洗液，在分別淋洗6 與 12 個月後，野外淋洗組的扁柏及 蘚、室內淋洗組的杜鵑及蘚，每月所淋出之DOC 含量仍上下波動，顯示植物凋 落物在室內或如鴛鴦湖當地的環境中(低溫、低光照、高溼度等)，可能需至少一 年以上，甚至數年的淋洗才可使其淋出之DOC 量降低且穩定。比較野外及室內 淋洗液，排除雨量、溫度等環境因子不同等可能造成的差異，可發現杜鵑凋落物 以偏中性之去離子水較易沖出 DOC；扁柏及蘚則以偏酸性之雨水較能沖出。此 外，不論是野外或室內組，重複樣本間常出現DOC 量、水色之顯著差異，可能 為採集之凋落物大多直接撿拾自湖區陸域地表，無法判斷確切之凋落時間；即使 已乾燥、均質化，仍造成重複樣本間的DOC 含量有明顯差距。對照 Qiu et al. (2005) 的淋洗實驗，其在野外設置只能收集初凋落之落葉的收集網，有效地縮小了凋落 物之腐化時間差異；且其進一步考慮當地單位面積之年凋落物量，設置與之等量 的凋落物進行淋洗。然而，本淋洗實驗在單位面積所設置之杜鵑及扁柏的凋落物 量(3.2 g．cm^-2)約為鴛鴦湖湖區陸域之年凋落物量的 60 倍(根據(周等，1998)及 (Rees et al., 2006)的研究：鴛鴦湖地區的年凋落物量約為每公頃 5000 kg；蘚則未 有年凋落量之調查)。推測本實驗可能因為堆疊淋洗而造成淋洗瓶中之凋落物淋 洗不均勻或不完全，造成重複樣本的淋洗液間之DOC 值、水色等出現明顯差異。

故建議往後相關的淋洗實驗應使用落葉收集網，輔以當地單位面積的年凋落物量

為設置淋洗植體量之依據，並增加每種凋落物之重複組、凋落物與土之共淋洗組 氣候條件(Rees et al., 2006)。此研究在鴛鴦湖地區對扁柏凋落物做的落葉包分解 實驗，在經過469 天後，凋落物只減少了 35 %的重量；在國外所做的相關研究 也指出：即使經過5 年，類似之針葉樹種的凋落物也只減少了 50 %的重量(Takeda, 1995)。此結果與本研究也都顯示扁柏的凋落物在當地氣候條件下分解速率緩慢。

Qiu et al. (2005)提到「淋洗」 (leaching)應包括「分解」 (decomposition)及

「溶出」 (dissolution)二過程。由本研究得知，較多的淋洗量雖有可能沖淋出較 多量的DOC，但短時間內凋落物能分解並被沖淋出的 DOC 量仍有限。

凋落物若與土壤發生交互作用，其淋洗出DOC 的時間可能會延遲，例如 Qiu et al. (2005)發現若凋落物與土壤一起淋洗，其淋洗出最高量 DOC 的時間點會較 單純凋落物淋洗延遲約兩個月，且淋洗出之DOC 量會比單獨淋洗凋落物及土壤 之總和來得少，而且DOC 之結構等性質可能會進一步轉變。此可能為土壤中微 生物對 DOC 的分解或 DOC 與土壤進一步形成其他的聚合物等之作用。若再考 慮與土壤之交互作用，其影響因子則更為複雜，故本研究僅對凋落物進行淋洗。

若欲更瞭解土壤因子的影響，應增加野外現地凋落物與土壤共同淋洗等實驗。

在鴛鴦湖湖區的低溫、高溼氣候下，植物之凋落物在土壤中可能因為分解 慢，大部分變成腐植物質而儲存於土壤有機質層，而隨著雨水的淋洗被沖入湖水 中。先前的研究指出，鴛鴦湖在進入高降雨量的颱風季時，其湖水的DOC 濃度 也顯著變高( Tsai et al., 2008)；而本研究也發現湖區的降雨量與湖水之 pH 值、水 色、DOC 濃度皆有高度之相關性。由此推論：短期之大量降雨(如颱風)可能無法 加快凋落物分解，但可能自土壤有機質層、附生植物之基質中沖淋出大量的 DOC，使其進入湖中而影響湖水之 pH 值、水色等。

4.2 DOC 的螢光激發－發射矩陣光譜(EEMs)與分子量的關係