全 文 ：米槠常绿阔叶次生林和杉木人工林穿透雨和
树干径流可溶性有机质浓度和质量的比较*
吕茂奎1,2 谢锦升1,2** 江淼华1,2 罗水金3 曾少娟1,2 纪淑蓉1,2 万菁娟1,2 杨玉盛1,2
( 1湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地, 福州 350007; 2福建师范大学地理科学学院, 福州 350007; 3福建省沙县水
南国有林场, 福建三明 365500)
摘摇 要摇 以中亚热带米槠常绿阔叶次生林和杉木人工林为研究对象,定位观测了穿透雨和树
干径流中可溶性有机质(DOM)浓度的变化,分析了 DOM 腐殖化程度和芳香性特征. 结果表
明: 研究区米槠次生林穿透雨可溶性有机碳(DOC)浓度的变化幅度明显高于杉木人工林,且
前者 DOC浓度显著高于后者,相比大气降水 DOC 浓度,分别增加了 7. 2 和 3. 2 倍.杉木人工
林树干径流 DOC浓度约为米槠次生林的 2. 5 倍,且两种林分树干径流 DOC 浓度均呈现旱季
高于雨季的趋势.相关分析结果显示:米槠次生林和杉木人工林树干径流 DOC 浓度均与其相
应的水量呈极显著负相关.米槠次生林穿透雨 DOM 腐殖化程度和芳香性均显著高于杉木人
工林;相反,杉木人工林树干径流 DOM 腐殖化程度和芳香性均显著高于米槠次生林.说明米
槠次生林穿透雨中 DOM 结构较复杂且具有较多的芳香族化合物,而杉木人工林树干径流中
DOM结构复杂于米槠次生林.米槠次生林和杉木人工林穿透雨和树干径流的 DOM数量和质
量具有明显差异,对土壤有机碳的积累可能产生重要影响.
关键词摇 穿透雨摇 树干径流摇 可溶性有机质摇 浓度摇 质量
*国家自然科学基金重点项目(31130013)和国家基础研究发展计划项目(2012CB722203)资助.
**通讯作者. E鄄mail: jshxie@163. com
2013鄄12鄄19 收稿,2014鄄05鄄13 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)08-2201-08摇 中图分类号摇 P342; S715摇 文献标识码摇 A
Comparison on concentrations and quality of dissolved organic matter in throughfall and
stemflow in a secondary forest of Castanopsis carlesii and Cunninghamia lanceolata planta鄄
tion. L譈 Mao鄄kui1,2, XIE Jin鄄sheng1,2, JIANG Miao鄄hua1,2, LUO Shui鄄jin3, ZENG Shao鄄juan1,2,
JI Shu鄄rong1,2, WAN Jing鄄juan1,2, YANG Yu鄄sheng1,2 ( 1Cultivation Base of State Key Laboratory of
Humid Subtropical Mountain Ecology, Fuzhou 350007, China; 2School of Geographical Science,
Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China; 3State鄄run Logging and Silvicultural Camp of
Shuinan, Sanming 365500, Fujian, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(8): 2201-2208.
Abstract: In this paper, monthly variation of dissolved organic matter (DOM) concentrations as
well as humification and aromaticity indices in throughfall and stemflow from secondary broadleaved
Castanopsis carlesii (BF) forest and Cunninghamia lanceolata plantation (CP) were measured. The
DOC concentrations in throughfall were significantly higher with greater variation in BF than in CP.
The concentrations of DOC in throughfall were averagely 7. 2 and 3. 2 times of those in rainfall in BF
and CP forests, respectively. The DOC concentrations of stemflow in CP were averagely 2. 5 times
as much as those in BF, and the DOC concentrations in stemflow tended to be greater in dry season
than in rain season for the two forests. A significantly negative relationship was found between the
DOC concentrations in stemflow and the amounts of stemflow for both BF and CP. Moreover, the
humification and aromaticity indices of DOM in throughfall in BF was significantly greater than in
CP. In contrast, the humification and aromaticity indices of DOM from stemflow of CP were signifi鄄
cantly greater than those of BF. This result indicated that the structure of DOM from throughfall was
more complex in BF than in CP, and the structure of DOM from stemflow was vice versa. These re鄄
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 8 月摇 第 25 卷摇 第 8 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2014, 25(8): 2201-2208
sults indicated that DOM in stemflow and throughfall showed significant variations in quantity and
quality between BF and CP and may greatly impact the accumulation of soil organic carbon.
Key words: throughfall; stemflow; dissolved organic matter; concentration; quality.
摇 摇 可溶性有机质(dissolved organic matter, DOM)
普遍存在于陆地生态系统中,在生物地球化学循环
过程中起着至关重要的作用[1-2] . DOM 是土壤微生
物生长和分解过程中的重要能量来源,还是生态系
统中 C、N、P、S 等元素迁移、重新分配、流失的最主
要的载体,它既能调节陆地生态系统内部各养分库
之间的平衡,也能影响生态系统之间物质和能量的
交换[3-4] .森林生态系统中的养分循环受水文过程
的影响.有关森林水文的研究起始于 19 世纪末的一
些欧美国家,但直到 20 世纪 50 年代,人们才逐渐关
注与水文过程紧密相关的营养元素循环[5-7] . 森林
地上 DOM的来源可分为林冠层淋溶液和凋落物层
淋溶液,其中林冠层淋溶液又可分为穿透雨和树干
径流[7-9] .以往的研究主要集中于 DOM 浓度和通量
的年内或年际变化[10-12],较少涉及到水文过程中生
态系统 DOM的质量特征[13] .不同结构特征的 DOM
输入对于土壤学过程具有重要影响,因为不同质量
的 DOM能激发土壤甚至是深层土壤有机质的分
解[14-15] .因而,深入研究不同森林林冠层 DOM的化
学组成特征及其分异规律具有重要意义.
DOM的定性分析最普遍的方法是紫外可见光
吸收和荧光光谱分析.通常采用 254 或 280 nm波长
下紫外吸收值的大小表征 DOM 的芳香性[13,16-17] .
荧光光谱分析最近被引入表征森林生态系统的
DOM结构研究,通常用于表征 DOM 的腐殖化程
度[18] .有研究表明,DOM 进入土壤后,大分子物质
或芳香族化合物会被土壤矿物优先吸附[19-21],而被
土壤矿物所吸附的大分子物质通常是微生物利用率
较低的物质;而且不同结构特征的 DOM 被吸附的
能力大小明显不同[22] .因此,不同来源的、结构特征
差异较大的 DOM 对于土壤固碳过程的作用明显
不同.
福建三明地区的常绿森林是全球同纬度的“绿
洲冶,森林覆盖率高,土壤以高度风化的红壤为主、
土层深厚,拥有全国最大面积的常绿阔叶林 (近
190 hm2)和杉木人工林. 米槠(Castanopsis carlesii)
是我国中亚热带顶极群落的建群种;杉木(Cunning鄄
hamia lanceolata)是该区人工林中的速生树种.在我
国亚热带区域研究这两种林分林冠层淋溶液中
DOM 浓度和质量的变化特征,具有典型性和代表
性.鉴于此,本研究以福建三明地区的米槠次生林
(常绿阔叶林)和杉木人工林(针叶林)为研究对象,
通过长期定位观测和室内分析大气降水、穿透雨和
树干径流中 DOM 的浓度及其化学组成特征,探讨
不同森林林冠层 DOM 的浓度和化学组成的年内变
化特征,为研究亚热带森林 DOM 的来源、迁移和功
能奠定基础,也为森林生态系统碳和养分循环的研
究及其模型的建立提供依据.
1摇 研究区域与研究方法
1郾 1摇 研究地概况
试验地设在福建师范大学大武夷常绿阔叶林野
外科学观测研究站三明陈大观测点 (26毅 19忆 N,
117毅36忆 E),距离三明市区约 12 km.本研究区属于
中亚热带季风气候,年均气温 20. 1 益,年均降水量
1670 mm,降雨季节主要集中在 3—8 月. 研究区主
要由不同更新方式形成的森林类型(主要包括米槠
次生林、米槠人工促进天然更新林、杉木人工林和马
尾松人工林)组成.
米槠次生林由天然林在 1976 年经过强度择伐
后封山育林演替形成. 主要树种有米槠、闽粤栲
(Castanopsis fissa)、黄丹木姜子(Litsea elongata)、新
木姜子(Neolitsea aurata)等.灌木层为木荚红豆(Or鄄
mosia xylocarpa)、褐毛石楠(Photinia hirsuta)、罗浮
栲(Castanopsis fabri)等种类. 草本主要由狗脊蕨
(Woodwardia japonica)、黑莎草(Gahnia tristis)、油草
(Leptochloa chinensis)等组成.杉木人工林为 1976 年
次生林皆伐后人工营造的纯林.杉木林为西北坡向,
林冠单层,林下植被主要以狗骨柴( Tricalysia du鄄
bia)、毛冬青( Ilex pubescens)、芒萁(Dicranopteris di鄄
chotoma)为主.样地基本概况见表 1.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 样地设置摇 2012 年 10 月,在米槠次生林和杉
木人工林内分别布设穿透雨和树干径流收集装置.
穿透雨收集:分别在每块样地内随机布设 12 个内径
70 cm的漏斗形装置,下端连接内径 30 cm、高 60 cm
的自制雨量收集装置.树干径流收集:在每块样地内
按照径级法来选择不同径级的标准木,按照胸径为
4 ~ 8、8 ~ 12、12 ~ 16、16 ~ 20、20 ~ 24、24 ~ 28 和
28 cm以上分成7个径级(杉木6个径级) ,每个径
2022 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 1摇 样地基本概况
Table 1摇 Basic features of sample sites
森林类型
Forest type
海拔
Altitude
(m)
坡度
Gradient
(毅)
密度
Density
(plants·hm-2)
平均郁闭度
Mean canopy
closure (% )
平均高度
Mean height
(m)
平均胸径
Mean DBH
(cm)
平均叶面积
指数
Mean LAI
BF 330 35 3788 93. 3 10. 8 12. 2 4. 0
CP 301 36 2858 89. 5 18. 2 15. 6 3. 1
BF: 米槠次生林 Secondary broadleaved forest of C. carlesii; CP: 杉木人工林 C. lanceolata plantation. 下同 The same below.
级选择 2 ~ 3 棵标准木. 此外,米槠次生林中的其他
树种采用平均标准木法,根据树种重要值选取 4 棵
标准木作为观测对象. 树干径流采集器由内径
2. 5 cm、长约 150 cm 的聚乙烯管以及盛水容器组
成,在树干约 1. 3 m 处用聚氯乙烯胶管蛇形环绕树
干,蛇形管末端接密封口的容器(与穿透雨收集器
大小相同).同时,在林外空旷地布设 3 个大气降水
收集装置,气象数据由林外小型气象站采集.用内径
20 cm的自制雨量桶收集大气降水.
1郾 2郾 2 水样采集与处理摇 2012 年 12 月—2013 年 11
月,每次降雨后,使用经去离子水清洗干净的
500 mL塑料瓶采集水样,采样前先用水样润洗 2 ~ 3
次,再取样.运回室内后先存储于冰箱内(4 益),随
后取出抽滤,过 0. 45 滋m 滤膜,将滤液装入 120 mL
塑料杯中,且先用滤液润洗 2 ~ 3 次,然后将处理好
的水样放入冰箱避光储存.用岛津 TOC鄄V CPH总有
机碳分析仪测定水样中 DOC浓度.
1郾 2郾 3 光谱分析摇 紫外吸光值用 UV鄄2450(岛津)紫
外可见光谱仪测定,以待测液在波长 254 nm处的吸
收值( SUVA)来检验水样中 DOM 的芳香性[16-17] .
SUVA 也 叫 “芳 香 性 指 标 ( AI )冶 或 “吸 收 值
(Abs)冶 [23],用 DOC 标准化,计算公式为:SUVA =
(UV254 / DOC)·100[24-25] .
荧光光谱指标用 F4600 仪器测定(激发和发射
光的狭缝宽度都为 10 nm, 扫描速度为 1200
nm·min-1,激发波长 254 nm,发射波长范围为
300 ~ 480 nm),主要确定腐殖化指标 ( humification
index, HIX)、荧光强度最大值(Fmax)等. 荧光发射
光谱中 435 ~ 480 nm区域(S435 ~ 480)与 300 ~ 345 nm
区域的峰面积( S300 ~ 345 )比值是腐殖化指标[18],即
HIX=S435 ~ 480 / S300 ~ 345 . 为了提高灵敏度,去除碳酸
盐,荧光光谱测定前所有待测溶液需用 2 mol·L-1
盐酸将 pH 调成 2[23] . 由于荧光物质在高浓度时会
发生荧光猝灭,高浓度样品的荧光图谱荧光峰数量
少而且荧光强度低,所以在光谱分析前,样品 DOC
浓度应调为 10 mg·L-1[26] . 具体操作步骤如下:取
待测水样30 mL置于干净的小烧杯中,根据待测液
DOC浓度值,调节其浓度为 10 mg·L-1,然后用 2
mol·L-1盐酸调节其 pH 至 2.最后用 F4600 仪器测
定其荧光强度.
1郾 3摇 数据分析
所有数据处理和统计分析在 Excel 2007 和
SPSS 17. 0 软件下进行.观测期内共收集 47 场降雨,
各月 DOC浓度根据各月 DOC总量除以树干径流或
穿透雨总量计算得出,方差分析采用 T 检验法,用
Pearson相关系数评价不同因子间的相关关系,显著
性水平设为 琢=0. 05.用 Origin 7. 5 软件作图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 米槠次生林和杉木人工林林内穿透雨中可溶
性有机碳浓度
由图1可以看出,雨水进入林内后,雨水中DOC
图 1摇 米槠次生林和杉木人工林穿透雨和树干径流 DOC 浓
度的月变化
Fig. 1 摇 Monthly variation of DOC concentrations in throughfall
and stemflow of the secondary forest of Castanopsis carlesii and
Cunninghamia lanceolata plantation.
a)穿透雨 Throughfall; b)树干径流 Stemflow. BF: 米槠次生林 Sec鄄
ondary broadleaved forest of C. carlesii; CP: 杉木人工林 C. lanceolata
plantation.下同 The same below.
30228 期摇 摇 摇 吕茂奎等: 米槠常绿阔叶次生林和杉木人工林穿透雨和树干径流可溶性有机质浓度和质量的比较摇
表 2摇 穿透雨和树干径流 DOC浓度的相对增量
Table 2 摇 Relative increment of DOC concentration in
throughfall and stemflow (%)
项目
Item
穿透雨 Throughfall
BF CP
树干径流 Stemflow
BF CP
平均增量 Average 868. 7 378. 5 1494. 1 3749. 5
最大增量 Maximum 2537. 5 902. 0 4392. 8 11960. 0
最小增量 Minimum 74. 8 21. 9 282. 9 944. 2
变化幅度 Variation 2462. 8 880. 1 4110. 0 11015. 7
DOC相对增量=(穿透雨或树干径流 DOC 浓度-大气降水 DOC 浓
度) /大气降水 DOC浓度伊100% Relative increment =(DOC concentra鄄
tion in throughfall or stemflow-concentration in precipitation) / DOC con鄄
centration in precipitation伊100% .
浓度极显著升高,且米槠次生林穿透雨中 DOC 浓度
极显著高于杉木人工林.不同月份间的 DOC 浓度存
在一定差异,其中,米槠次生林穿透雨 DOC 浓度月
变化较大(表 2),未呈现一定的规律性;杉木人工林
穿透雨 DOC浓度呈现旱季高于雨季的趋势.米槠次
生林和杉木人工林穿透雨 DOC 浓度的变化范围分
别为 5. 5 ~ 18. 3 mg·L-1和 4. 0 ~ 11郾 8 mg·L-1 . 相
比雨水而言,米槠次生林和杉木人工林穿透雨 DOC
浓度分别升高了 7. 2 和 3. 2 倍.
2郾 2摇 米槠次生林和杉木人工林树干径流中可溶性
有机碳浓度
由图 1 可以看出,杉木人工林树干径流 DOC 浓
度极显著高于米槠次生林,年内平均约为米槠次生
林的 2. 5 倍.相比雨水而言,米槠次生林和杉木人工
林树干径流 DOC浓度分别增加 19. 1 和 55. 3 倍.总
体上,年内雨水中 DOC 浓度变化不大,变化范围为
1. 0 ~ 4. 0 mg·L-1,但两个林分树干径流 DOC 浓度
变化较大,呈现旱季高于雨季的趋势,米槠次生林和
杉木人工林树干径流 DOC 浓度分别为 11. 3 ~ 28. 6
mg·L-1和 27. 2 ~ 75. 4 mg·L-1 .
2郾 3摇 米槠次生林和杉木人工林有机碳浓度与水量
的相关性
米槠次生林树干径流 DOC 浓度与与树干径流
量呈显著负相关关系,而杉木人工林树干径流 DOC
浓度与树干径流量无显著相关关系;相反,米槠次生
林穿透雨 DOC浓度与穿透雨量没有显著相关关系,
但杉木人工林穿透雨 DOC 浓度与穿透雨量呈显著
负相关关系(图 2). 由于降雨量与树干径流或穿透
雨呈显著正相关关系,说明降雨量对米槠次生林树
干径流和杉木人工林穿透雨中 DOC浓度影响较大.
2郾 4摇 米槠次生林和杉木人工林树干径流和穿透雨
中可溶性有机质的腐殖化程度
荧光光谱普遍被用于分析 DOM 的腐殖化程
度,腐殖化程度的大小通常用腐殖化指标(HIX)来
表征.从图 3 可以看出,米槠次生林和杉木人工林的
穿透雨和树干径流中DOM腐殖化程度均显著高于
图 2摇 米槠次生林和杉木人工林树干径流和穿透雨 DOC浓度与其相应水量的相关性
Fig. 2摇 Correlations between DOC concentrations in stemflow and stemflow as well as DOC concentrations in throughfall and throughfall
in the secondary forest of Castanopsis carlesii and Cunninghamia lanceolata plantation.
4022 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 3摇 米槠次生林和杉木人工林穿透雨和树干径流 DOM腐
殖化程度的月变化
Fig. 3 摇 Monthly variation of humification index of DOM in
throughfall and stemflow of the secondary forest of Castanopsis
carlesii and Cunninghamia lanceolata plantation.
图 4摇 米槠次生林和杉木人工林穿透雨和树干径流 DOM芳
香性的月变化
Fig. 4 摇 Monthly variation of aromaticity index of DOM in
throughfall and stemflow of the secondary forest of Castanopsis
carlesii and Cunninghamia lanceolata plantation.
雨水;米槠次生林穿透雨 DOM 腐殖化程度显著高
于杉木人工林;相反,杉木人工林树干径流 DOM 腐
殖化程度显著高于米槠次生林.总体而言,两个林分
内穿透雨和树干径流 DOM 的腐殖化程度随月份变
化较小(仅 1 月与其他月份达到显著差异),但树干
径流 DOM腐殖化程度明显高于穿透雨.
2郾 5摇 米槠次生林和杉木人工林树干径流和穿透雨
中可溶性有机质的芳香性
在特定波长下(254 nm),紫外吸收值(SUVA)
的大小通常被用于表征 DOM 的芳香性大小,芳香
性越高表明 DOM所含芳香族化合物越多.由图 4 可
以看出,两个林分穿透雨和树干径流 DOM 的芳香
性均显著高于雨水;米槠次生林穿透雨 DOM 芳香
性显著高于杉木人工林,但杉木人工林树干径流
DOM芳香性显著高于米槠次生林. 总体上,在雨季
不同来源的 DOM芳香性略高于旱季.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 不同来源的有机碳浓度的差异性分析
大气降水中 DOC 的输入是土壤 DOC 的来源之
一.一般而言,大气降水中 DOC 浓度平均约为 2
mg·L-1,不同区域差异不大. 本研究中大气降水
DOC浓度平均约为 1. 9 mg·L-1,略低于同地带的
鼎湖山大气降水 DOC浓度(约 3. 7 mg·L-1) [10] .引
起这种差异的原因可能与地区空气质量有关,因为
在某些重度污染区或海洋上空,大气降水 DOC 浓度
相对较高[27] .大气降水进入森林后,通过对林冠叶
片和枝条的淋洗,DOC 浓度明显升高,而不同树
种[11,28]、林龄[29]和森林类型[27]穿透雨的 DOC 浓度
也存在差异,因而林冠层结构和组成是影响穿透雨
DOC浓度的主要因素. 通常,林冠层结构和组成的
不同主要表现为林冠郁闭度、叶面积指数、叶片结构
和林木自身的生长特征.本研究中,米槠次生林郁闭
度明显高于杉木人工林(表 1),林冠结构相对复杂,
其分泌物种类和成分更加多样化,而且米槠为阔叶,
杉木为针叶,降水进入林内后,对米槠次生林的淋洗
作用更加明显.因此,米槠次生林穿透雨 DOC 浓度
显著高于杉木人工林.与其他区域相比,本研究区米
槠次生林和杉木人工林穿透雨 DOC 浓度分别在
5郾 8 ~ 16. 8 mg·L-1和 3. 7 ~ 11. 8 mg·L-1,显著高
于热带雨林(平均浓度约 1. 8 mg·L-1) [30],接近于
温带森林生态系统(3 ~ 35 mg·L-1 ) [31]以及 Liu
等[32]所研究 3 种森林穿透雨中的 DOC 平均浓度
(天然阔叶林、次生阔叶林和杉木人工林分别为
8郾 3、9. 9 和 7郾 0 mg·L-1).
50228 期摇 摇 摇 吕茂奎等: 米槠常绿阔叶次生林和杉木人工林穿透雨和树干径流可溶性有机质浓度和质量的比较摇
大气降水进入林内形成树干径流和穿透雨,实
现降水的再分配.不同降雨条件下,由于树皮对雨水
和养分的吸收不同,导致林内的雨水和养分的分配
模式明显不同,加之降水与林冠层进行颗粒物、化学
元素等的交换,树干径流量和水质通常发生变
化[33-34] .因此,雨水形成树干径流后,DOC浓度显著
升高,而且不同树种树干径流的 DOC 浓度也不同.
本研究发现,杉木人工林树干径流 DOC浓度显著高
于米槠次生林(图 1).不同树种树干径流 DOC 浓度
差异与树皮形态结构、树高和胸径等有关,因为树皮
形态不同会引起雨水在树皮上滞留时间的差异[32],
这种保留时间的差异也就引起树干径流量的差
异[35] .米槠树皮不裂且光滑,树枝格局和生长角度
复杂,而杉木树皮则有深裂且粗糙,树枝格局相对单
一.显然,在相同降雨条件下,米槠树干径流量明显
大于杉木,树干径流量的差异也引起了 DOC 浓度的
差异,而且杉木树皮粗糙,雨水对其淋洗作用更为突
出.因此,杉木树干径流 DOC浓度显著高于米槠.此
外,相关性分析表明,米槠树干径流 DOC 浓度与树
干径流量呈显著负相关,而杉木则没有这种相关性,
说明米槠树干径流 DOC浓度容易受径流量的影响,
而杉木可能还受其他因素的影响. 米槠次生林和杉
木人工林年内平均树干径流 DOC 浓度分别为 21. 1
和 47. 2 mg·L-1,接近于 Levia 等[36]研究得出美国
的山毛榉林和黄杨林的树干径流中 DOC的浓度(分
别为 12. 5 和 47. 6 mg·L-1).
3郾 2摇 不同来源 DOM质量的对比
目前,多数研究通过采用光谱技术来研究 DOM
的结构特征[13,37-38] . DOM 紫外吸收值(SUVA)越大
表明其芳香性越高,同时 DOM的腐殖化指数(HIX)
越高也表征其含有更多高度浓缩的芳香环顽固的成
分[39] .本研究分析了米槠次生林和杉木人工林树干
径流和穿透雨中 DOM 的光谱特征发现,米槠次生
林穿透雨 DOM 的 HIX 和 SUVA 均较杉木人工林
高,说明米槠次生林穿透雨中 DOM 的结构较复杂,
也就是说,其穿透雨中具有更多不饱和键和芳香族
化合物,难分解性较高,微生物利用率低;同时,
Kiikkil覿等[40]也发现,凋落物和腐殖质层 DOM 中,
以碳水化合物及酚类化合物的分解速率最快. 杉木
人工林树干径流 DOM 的 HIX 和 SUVA 均显著高于
米槠次生林,这也说明杉木人工林树干径流 DOM
结构更加复杂且难分解程度较高. 米槠次生林穿透
雨 DOM结构复杂,可能是因为米槠次生林林冠郁
闭度高,叶面积指数高,水文过程中雨水与叶片接触
面大,会淋洗更多的来自叶片表面的代谢物或叶片
自身的有机物,从而使得 DOM 的结构也更加复杂.
本文通过室内模拟试验也发现,米槠叶片的浸提液
DOM结构明显复杂于杉木叶片(米槠叶片 HIX 和
SUVA分别为 0. 21 和 1. 81,杉木分别为 0. 02 和
0郾 87).对于树干径流中 DOM 的结构特征而言,本
研究发现,杉木树干表皮明显具有更多的类似于半
分解的物质,表皮粗糙,而且树皮可能分泌树脂,伴
随着树干径流的产生,淋洗的有机物质也逐渐增加.
输入土壤的 DOM质量差异会对土壤碳积累产
生重要影响.有研究表明,不同来源的 DOM 对于土
壤有机碳矿化的影响存在明显差异,差异可达 4
倍[37] .这种差异的主要原因是 DOM 的养分含量和
化学结构特征的不同所引起,当控制不同来源的
DOM的 C 颐 N 颐 P 基本一致的情况下,DOM 的芳香
性指数越高,有机碳矿化程度反而越小[37],因为
DOM所含酚类物质越多越会抑制微生物活性和新
陈代谢[41],这也反映了 DOM 结构复杂程度在一定
程度上可以调控地下碳循环过程,DOM 在土壤中迁
移过程中会激发土壤甚至是深层土壤有机碳的分
解,改变土壤碳库的稳定性[14-15] .在此基础上,可以
进一步认识到不同树种或森林类型不但会通过枯落
物影响土壤碳循环,而且会通过淋溶作用产生 DOM
影响土壤有机碳积累. 因此,不同森林类型林冠层
DOM输入土壤,可能结构越复杂的 DOM 越利于土
壤有机碳的积累,相反结构相对简单的 DOM 易被
微生物利用并激发其对土壤有机碳的分解,导致土
壤有机碳储量下降,说明林冠层 DOM 对于地下碳
循环过程起着重要作用.
致谢摇 感谢黄志群研究员对本文英文部分的修改,感谢刘小
飞、熊德成、林伟盛和林廷武等在野外试验过程中的大力帮
助!
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作者简介摇 吕茂奎,男,1986 年生,硕士研究生.主要从事森
林水文与生态恢复研究. E鄄mail: 228lmk@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
封 面 说 明
图片由西北农林科技大学李虹辰于 2013 年 5 月 3 日拍摄于西北农林科技大学米脂县孟岔红
枣试验基地.该地(37毅47忆 N, 110毅08忆 E)为典型的黄土丘陵沟壑区,属中温带半干旱型气候,地势
起伏较大,沟壑纵横,地形破碎,年平均降雨量为 451. 6 mm,土壤为黄绵土.该地在国家实施退耕还
林(草)工程以来,生态经济林发展势头迅猛,但由于干旱缺水和降雨时空分布不均,经济林生长受
到了严重的干旱胁迫,因此该地采用了大量的工程措施(水平阶、梯田、反坡梯田、水平沟、鱼鳞坑
等)来集蓄天然降雨,以保证地区生态经济的可持续发展.
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