有時候，放手是給彼此空間

當我們提到森林生態系的功能時，總離不開水的問題，因為水是任何生態系都不能缺少的物質。陸地的淡水，我們追溯其源，應是雨與雪，而兩者都是水的物理形態，一般水文學上通稱為降水。以台灣地區而言，除了少數高海拔山巔及在冬天少數有飄雪的日子之外，雨應是最熟悉的降水了。

我們要依靠水生存，森林也要靠降雨來進行各種生理功能。但光有水是不夠的，我們對雨水實在非常苛求，希望雨量要適中，雨期要分配得宜，現在，又加上雨水要清淨。大風雨與久旱都是頭痛的天氣。暴雨在台灣造成的災害，是有目共睹的。洪水氾濫、淹沒市區與道路、土壤沖蝕、道路崩塌、水庫與下游農田受損，也都是水太多惹的禍。而南部的冬季乾旱，也引起許多社會問題。

為了控制洪水及乾旱帶來的災害，我們不得不先要了解水源──雨與雪的來龍去脈。對全球的測候站來說，雨量是最基本也是最重要的觀測項目。以台灣為例，全省民用雨量站有834處，最早創立的測候所已有八十九年的歷史。雖然我們對降水量的觀測歷史早就超過一甲子，但是對於雨水的化學性質──水質──也忽略了相等的時光。這是相當令人遺憾的失誤，也是今日要急於研究的工作。

雨水的性質，第一次引起世人的注意應追溯到百年前的發現。西元1872年，一位名叫史密斯（R. A. Smith）的英國人，收集英國的雨水，經過化學分析後發現雨水竟然相當的酸。在他的著作「空氣與雨水」中，首次創用「酸雨」一詞。當時的產業革命正值興頭，英國的工業界正領導世界產業。污染的雨水問題，始終沒有受到重視。迨至最近二十年來，環境污染問題層出不窮，都市及工業區的空氣污染災害，已經到達使人厭惡的地步。其中雨水污染後所形成的酸雨，才受到科學界的重視。

歐美許多科學人員與生態學家發現，許多地區的雨水，在1960年代已經相當的酸了，pH值介於3～4之間。當時認為這種酸雨的發生是工業區與車輛使用石化燃料的緣故。同時，北歐享譽萬湖之國的挪威，境內的許多湖水顯然因酸雨灌注而變酸，生產力衰退，這些現象也都認為是酸雨惹的禍。挪威當局亦曾就酸雨對森林與魚類的影響，進行各項研究，動用的研究費高達1,600萬美元。

北美方面亦在積極監測美國東北部工業區酸雨污染。雨水的最酸紀錄是pH值為2.1，這種酸味比醋酸還酸，接近檸檬汁的程度。

台灣地區的雨水，根據台灣大學1979年的測定，台北市五、六月間有酸雨發生，pH值為4.22，最低可達3.84。又根據林業試驗所最近四年的監測紀錄，台北市的雨水，十場有九場是酸的。唯一不酸的那場雨便是颱風雨。在大家熱烈討論自來水水源污染的問題時，大家也該抬頭看看我們喝的是那種雨水才對。

酸雨的誕生與肆虐

那麼，如果沒有受到外界污染的清淨雨水，在理論上是怎麼樣的呢？空中的二氧化碳溶解在大氣中清淨的水氣內會達到化學平衡，這時的pH值應為5.65。如果雨水或雪水的pH值低於5.65時，那麼就叫做酸雨了。因此，酸雨一詞是相當籠統的稱法。

雨水變酸的原因相當複雜，大多要經過許多光化學變化才能發生。原來工業區的許多工廠，如大型的發電廠燃燒煤或其他石化燃料所排出來的廢氣，工廠的高溫內燃機、汽車等排放的廢氣，均可引發或釋放含氮與硫的氧化物質。這些物質進入大氣、上升、擴散，在日光能的氧化作用下，產生的氧化物在雲滴中或在雨滴中，逐步形成硫酸或硝酸，隨時可能進入森林，落在地面、湖泊、江河之中。這時，我們的環境與酸雨已面臨短兵相接的地步了。

當雨水落到森林地的時候，最先接觸到的是森林的冠層，在枝葉繁茂的森林生態系下，可以說，沒有一滴水不是先碰到林木或地表植群的枝葉，然後再依各種方式往下流動。有些先聚集在葉面，爾後順葉尖下滴，再經過層層架疊的葉子，終至滴到地面。但是，如果雨量細小，可能就停留到某一層次便又蒸發返回大氣了。而經過葉面下滴的水，在森林水文學上稱為穿落水。有的水可能沿著樹木的枝椏，從梢至幹匯流相聚，最後在樹幹的外部集流到樹的基部，分散到根附近的枯枝落葉層，稱為幹流。這些受到地心吸引力往下流的水，在進入土壤之前，先要通過鋪設在森林地表的層層枯枝落葉，才進入腐化的林地腐植層。餘下再依滲濾方式，正式進入土壤內。水在土壤中滲漏或移動的物理方式，相當複雜，主要是受了降雨強度及土壤的物理性質的影響。土壤水的供應若不缺乏，則會經過各種管道，或在地面流動，或直接從土壤中流向山溝、渠道而排入溪流；或再往下，經過地質層進入地下水位處，成為地下水，緩緩流向溪流成為潺潺的溪流水，乃至湖泊。

上面提到的流程，是從酸雨的誕生，雨水流經的程序而成為地下水、溪水、湖水的簡化程序。而且沒有包括其他在葉面、枝椏、樹幹、地表、根系所吸收、蒸發、蒸散的水。事實上，這部分水可能占每年總雨量的一半，這是雨生命中相當重要的歷程。這篇文章，只想談談雨水的化學性質與森林生態系的關係，其他物理方面的水量收支問題，暫且擱下。

既然空中的雨水進入森林地後會變成溪水流出，確是歷經滄桑。而且水是一種良好的溶劑，那麼雨水在各種接觸中，一定會與許多其他物質產生各種化學作用，使流出地表的水質與當初進入森林生態系的雨水性質，相當不同了。再加上，如果進入森林生態系之前，雨水已經受到污染，也就是目前常談到的酸雨，那麼這種雨水與清淨自然雨水對整個森林生態系所產生的影響，也應該是大相逕庭。

酸雨與林木的枝葉

雨水中的致酸物當然是活性的氫離子，而與氫離子搭配的陰離子可能是硫酸根、硝酸根或氯離子，也可能是微量的有機化合物負離子團。氯離子已被認為是罪魁，是林木枝葉的養分淋溶喪失的關鍵因子。雨水中過多的氫離子會與枝葉表面及內部的許多物質發生複雜的化學置換現象，這時候雨水的化學成分會改變，當然pH值也會發生變化。空中的酸雨（pH值為4.55），比理論清淨雨水的pH值（5.65）約低一單位，等到穿過樹冠枝葉層的雨水（穿落水），pH值又升高到5.75，比所謂的酸雨較不酸了。光從表面的pH值改變看來，林木冠層有中和酸雨的功能。可是，所付出的代價也不小。事實上，森林的功能很多，森林生態系的林木冠層是很有效的過濾系統與緩衝系統，不但使林內外的氣候發生變化，亦可改變雨水的化學性質。林內的生態系統有別於大地的生態系，生態學家因而稱之為微生態系。

經過森林冠層的雨水pH值，雖然升高到不屬於酸雨的範圍，可是此時的雨水內增加了許多其他有機與無機的成分，這些成分無疑地是從植物體內外帶出的。根據分析穿落水及幹流水的結果，發現其中包括含有許多果膠、游離醣、醣膠，甚至於生長激素、維生素、生物鹼及無機物如氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂、鈉、錳等成分。這些淋溶出來的物質，對植物枝葉而言，無疑是一種養分喪失的證據。這些養分必得不斷由根部或植物體其他部位運送到喪失的部位，植物的生理作用方能正常運作，以維持健康的生機，發揮森林的功能。

酸性雨水流經枝葉的時候，可能會破壞枝葉的機械結構，瓦解植物對病原菌的防線。因為酸雨可使角質層或蠟質、革質的風化速率加速，這種結果會降低葉面與水滴的表面張力，提高葉面沾水的性質。這個時候，表皮細胞的保護設防變得脆弱，防禦病菌侵襲的力量變得薄弱，尤其是兼性寄生菌更容易寄生而繁殖。雖然有研究證實，配製的人工酸雨（pH 3.2）可以遏止15種病原真菌的繁殖，但是受酸雨侵蝕的葉面，日後卻可成為病菌繁殖的溫床，何況酸雨亦會傷害某些寄生植物。但是，目前的研究還無法明確的指出傷害的長期效應。

酸雨可能導致氣孔控制失靈，因酸雨會傷害保衛細胞，膨壓作用受到阻礙的結果。這時植物的氣體交換程序受到干擾，酸性物質（包括空氣中的污染物、毒氣）能長驅直入細胞內，毒害作用便發生了。林木的傷口最先出現在葉面毛茸與氣孔附區，傷口會逐漸擴張下陷，留下更大的積水區，葉部的傷害也因而加劇。

因為自然界的環境因子太複雜，加上各種因子間又會交互作用，掩蓋了其他因子的單獨效應，使得酸雨對林木枝葉的影響因子無法單獨分離出來。所以，許多人工配製的純酸雨，雖然低至pH為2.5～3，對有些樹種的為害並不十分顯著，但是酸雨中雜有其他原來雨水中沒有的外來物（如空氣污染物）等電解質，林木枝葉受害便十分明顯了。因之，光是純酸（硝酸、硫酸）造成的為害並不是最嚴重的。如果純酸中溶有某些空氣污染物或重金屬鹽類，酸雨對植物的影響可能產生加成效應。這些實驗室的研究結果，說明了酸雨對枝葉的局部傷害是相當清楚的。

但是，某些酸雨在短期內對林木的影響，不但無害，反倒有益。因為酸雨含硝酸與硫酸根，這些都是含氮及硫的物質，是植物大量需要的基本營養。因此，許多試驗指出，在酸雨的澆淋下，許多植物的新生嫩葉往往比老葉長得更健康，尤其是土壤嚴重缺氮與硫肥的植物更是明顯。

目前有關酸雨對林木枝葉的影響多是局部性觀察樹葉或植物幼苗的結果，而對整個森林生態系的地上部效應，資料仍非常欠缺。加上許多試驗結果有相互矛盾的時候，想要整理一個通盤性的結論，還需假以時日繼續觀察、試驗。

酸雨流進了森林土壤

森林土壤的發育形成過程中，土壤酸化是必經的步驟。枯枝落葉的逐步分解，微生物不斷的活動，雨水的滲濾、滲漏，酸性岩石礦物的經年風化崩解，都是土壤變酸的因素。但是自然界的森林土壤酸化作用是緩慢的、持久的變化，所產生的也是弱酸或稀酸。土壤內又有許多膠體物，具有緩衝性，使土壤的酸度平衡又穩定，不會驟然上升或下降，而維持一個特殊環境的生態系，使土壤內的所有生物活動及內在營養的生化轉變處在動態平衡的局面，提供土壤對森林的很多功能。

土壤生物的種類與族群，土壤養分的有效度，直接受到土壤酸性程度的影響，養分的有效度是指根群（或微生物）能利用土壤內養分的程度。例如酸性強的土壤，主要的微生物是真菌與放射菌。如果土壤施了石灰，則酸度漸減，pH值升高，主要微生物會轉移成細菌類。各種微生物有適宜的生活環境，其功能亦有差別。溶液的酸度（pH值）是控制化合物溶解度的因素。土壤水溶有許多有效養分，如果土壤水的酸度維持某一狀態，土壤中的植物能利用的濃度亦作相配的反應，亦即維持某範圍的濃度關係。但是過酸或太鹼，多會引起許多土壤肥力的問題，造成林木根群吸收的養分不足，進而產生植物營養不良的症狀，妨礙林木的正常發育。

例如說，酸雨帶有硫酸，流到森林地的腐植質層及礦質土壤時，酸雨帶來的氫離子會與土壤膠體表面吸著的鹽基離子（鎂、鈣、鉀、鈉等植物營養）發生置換反應，鹽基離子進入土壤水與硫酸根結合成硫酸鹽類，一部分會隨雨水自土壤中淋洗漏失到土壤生態系外。此外，硫酸根亦會與土壤中氫氧化鉛膠體發生一串複雜的反應，所產生的硫酸鋁又會解離，析出鋁離子。鋁離子的功能與氫離子相似，又重複陽離子的置換作用的程序，而將鹽基離子漏失土壤生態系外。

許多田間試驗，利用滲漏計證明酸雨的pH值低於4.0時，鈣的漏失量相當嚴重。尤其是質地較粗，有機物較少的土壤，酸雨會嚴重嚴響土壤的肥沃度。但是，前面又說過，自然健全的森林生態系，酸雨必先經過林冠，抵達土壤的雨水已非酸雨了。所以有人認為森林地的鹽基養分漏失現象，不見得完全歸罪於酸雨。何況，加拿大的資料指出，1960年安大略省測定的土壤pH值，在18年後重測的結果，並無酸化的跡象。

酸雨對土壤生物造成的衝擊應該加以監測，因為酸雨直接影響土壤生物的種類及族群的數目，關係到枯枝落葉的分解速率。例如歐洲赤松下的真菌，因為酸雨灌注的緣故，活性下降；針葉的分解速率亦趨緩慢。雖然目前對於酸雨在植物殘體分解過程上所扮演的角色，與主持分解的生物之影響尚未徹底明瞭，但是許多科學家認為潛在效應應予以密切監測。

自古以來，天然森林未經施肥而茂盛盎然，其中最重要的一項有關森林土壤肥力的因素是生態系中的微生物──菌根真菌──存在的緣故。因為這種真菌與許多樹木的根聯合的結果，改善了林木吸收養分的能力，使苗木成活與林木生育都有幫助。目前尚無資料說明土壤pH值因酸雨而下降，是否會影響這種共生現象。但是酸雨影響微生物的活動，結果會影響微生物的轉化作用（如硝化作用、固氮作用、礦質化作用），進而間接影響土壤生態系是無可置疑的。

酸雨阻礙森林生長？

酸雨到底會不會影響大面積森林的生長呢？目前許多試驗雖然可以證明局部葉子、根群、土壤微生物蒙受酸雨不良的影響，但是以整個森林為著眼點的資料，還沒法肯定酸雨的影響力。即使有許多相關的結論，亦只是間接的推斷。

目前有許多國家利用「樹木氣象學」的知識，探求氣象因子與過去三十年來樹木生長的關係。簡單的說，樹木年輪生長的每年差異一部分是受了當年氣象因子變化的影響。例如當年長時間的乾旱、雨澇、炎熱或其他氣象不正常，均會影響樹木年輪的寬窄與密度。因此瑞典、美國在這方面的研究人員指出，1950年代的酸雨與空氣污染是該國許多松、杉、櫟林生長不良的最可能原因。挪威方面的研究更進一步認為，有的樹種會受到酸雨的危害，有的樹種反而蒙酸雨之利；甚至樹齡的不同，影響也不一致。

這些推斷的發表，促進學者們更深入的探討酸雨對整個森林系的影響力。挪威的一項「酸雨：對森林與魚類的影響」的十年研究計畫，中肯的指出，森林土壤的化學性質是一項不可忽略的因子，是決定林木受酸雨肆虐程度的重要因子。但是不論酸雨對森林的影響是正或負，以長程眼光來看，酸雨中的硫與氮，無異是不完全肥料，終究會引起森林缺乏其他元素（例如鉀、鈣、鎂、磷）。所以，酸雨最後會使大片森林衰退。

目前雖然投資很多的研究經費來研究酸雨對森林生長所造成的利弊，可是最重要的，所有的結論還是僅僅停留在「質」的地步，「量」的資料則是將來研究發展的一個方向。

結 語

地球上許多地區有酸雨的現象，已是不爭的事實。這種不正常的酸性雨水，是人為因素污染空氣的代價。污染的空氣中有過量的硫與氮的氧化物質。這些物質受到日光能的轉化作用，所產生的物質遂成為致酸的污源而進入森林生態系。

截至目前為止，各種研究資料的結果，尚無法肯定酸雨會對森林生態系造成直接且明顯的災害。雖然許多簡化環境下的科學實驗結果，明白的提出酸雨會淋溶植物表面的營養物、葉面的保護角質層，使葉面壞疽、衰老，進而妨礙葉片的光合作用及抵抗病蟲的能力。相反的，也有其他科學試驗指出，目前酸雨的硫與氮，未嘗不是植物所需的營養物質，而能幫助林木的生長，尤其是缺硫、氮的土壤，至少可暫時舒解長於其上的植物缺硫、氮之苦。

這些矛盾的試驗觀察結果，非但沒有困惑科學家，反而提醒我們，酸雨對森林生態系的影響力是複雜又緩慢的，更提醒我們要更進一步去研究，去了解，方能揭開其真面目。不可諱言的，如果酸雨若繼續維持這種酸性，長此以往，土壤會加速酸雨，土壤的微生物便會遭到更大的生存壓力，土壤的營養物也會加速的淋溶、置換而漏失到森林生態系外，森林生長呆滯是必然的現象。尤其是比較脆弱的砂質土壤，受害可能更嚴重。以目前對酸雨行為的了解還不夠，加上相關的環境因素太複雜，片斷的知識尚不足以窺視全面的效應，所以繼續研究是必要的。