全 文 ：第 34 卷第 21 期
2014年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.21
Nov.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目( 41230852、41390461); 科技部“十二五冶农村领域国家科技计划( 2012BAD22B030102);中挪合作项目
(209696 / E10); 国家林业局宁夏六盘山森林生态站资助
收稿日期:2013鄄02鄄06; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄13
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: wangyh@ caf.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201302060253
杨丽丽,王彦辉,杜敏,于澎涛,郝佳,李振华.六盘山典型森林伴随降水的总有机碳(TOC)通量变化特征.生态学报,2014,34(21):6297鄄6308.
Yang L L, Wang Y H,Du M, Yu P T,Hao J,Li Z H. The variation of total organic carbon ( TOC) flux with rain water in regional forests of Liupan
Mountains, China.Acta Ecologica Sinica,2014,34(21):6297鄄6308.
六盘山典型森林伴随降水的总有机碳(TOC)
通量变化特征
杨丽丽1, 2,王彦辉1,*,杜摇 敏1, 2,于澎涛1,郝摇 佳1,李振华1
(1. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,国家林业局森林生态环境与保护重点实验室,北京摇 100091;
2.中南林业科技大学林学院,长沙摇 410004)
摘要:在六盘山香水河小流域,选择 6种典型森林样地,测定了 2011年生长季的大气降水、穿透水、干流、枯落物渗漏水和主根
系层(0—30 cm深)土壤渗漏水的总有机碳(TOC)浓度及其相应的通量变化。 结果表明,在降水转化为由穿透雨和干流组成的
林下降水中,所有样地的 TOC浓度都不同程度地增大;虽然林冠截持使林下降水减小,但因雨水淋洗和与林冠发生碳交换,各
样地林下降水携带的生长季 TOC 通量(kg / hm2)(华北落叶松人工林 132.28、华山松次生林 106.56、油松人工林 94.10、灌木林
79.49、桦木林 66.52、辽东栎次生林 63.01)都比林外降水(53.17)不同程度地明显增大,整体看来,林冠的 TOC淋出作用在针叶
林很大,在阔叶林较弱。 在 6种森林样地的枯落物层渗漏水中,其 TOC 浓度彼此相差不大,平均为 24.51 mg / L,高于林冠穿透
水的 TOC浓度;受枯落物截持部分降水及与枯落物 TOC交换的影响,4个样地枯落物渗漏水的 TOC 通量(kg / hm2)(桦木次生
林 84.35、野李子灌丛 129.35、辽东栎次生林 79.21、油松人工林 114.93)都比其林下降水 TOC通量增加了,但华北落叶松人工林
和华山松次生林的 TOC通量分别降至 90.76和 104.90 kg / hm2。 在测定的华北落叶松人工林和华山松次生林的主根系层(0—
30 cm)土壤渗漏水中,TOC浓度均低于枯落物渗漏水;由于水量减小和与土壤发生碳交换,土壤渗漏水的 TOC通量均显著低于
枯落物渗漏水,两个林分样地分别降至 43.04和 66.33 kg / hm2。 整体来看,林外降水携带的 TOC输入通量在林地 TOC输入中占
有重要地位,林冠的 TOC淋洗使其程度不同地增加 TOC通量,枯落物层具有增加或减少 TOC 通量的作用,但主根系层土壤会
显著减少 TOC输出通量,所以是固定 TOC的重要场所。
关键词:典型森林;水文过程;总有机碳;通量
The variation of total organic carbon (TOC) flux with rain water in regional
forests of Liupan Mountains, China
YANG Lili1,2, WANG Yanhui1,*,DU Min1,2, YU Pengtao1,HAO Jia1,LI Zhenhua1
1 Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
2 College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China
Abstract: Both flux and concentration of total organic carbon(TOC)from rain water were documented and analyzed from six
regional forests growing in the small watershed of Xiangshuihe inside Liupan Mounatins in NW China during the 2011
growing season. The results indicated that TOC concentration of all six forests was increased in term of rain water under
canopy. Although the rain water volume under canopy was decreased due to the canopy interception, the TOC flux carried by
the rain water under canopy was increased for all six forests as compared them with that carrying by the open field rainfall
(53.17 kg / hm2) because of carbon exchange or wash out from canopy. The corresponding TOC flux (kg / hm2) of rain water
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under canopy was 132.28 for Larix principis鄄rupprechtii plantation, 106.56 for the secondary forest of Pinus armandii, 94.10
for the plantation of Pinus tabulaeformis, 79.49 for the shrub of Prunus salicina, 66.52 for the secondary forest of Betula
platyphylla, and 63.01 for the secondary forest of Quercus liaotungesis. The canopy leaching ( or wash out) effect of TOC
was high for the coniferous forests, but weak for the broad鄄leaved forests. The difference of TOC concentrations in the
leakage under humus layer was low among the six forest types, with an average of 24.51 mg / L, which was still higher than
the TOC concentration in throughfall. As an integrated result of the humus interception loss and the TOC exchange with
humus layer, the TOC flux carried by the humus leakage was increased than that carried by throughfall for four forests and
they were 84.35 (kg / hm2) for the stand of Betula platyphylla, 129.35 for the bush of Prunus salicina, 79.21 for the stand
of Quercus liaotungesis, 114.93 for the stand of Pinus tabulaeformis, but the TOC flux carried by the humus leakage was
decreased to 90.76 and 104.90 kg / hm2 for the stand of Larix principis鄄rupprechtii and Pinus armandii respectively. In the
leakage under the soil layer of main root zone (0—30 cm), the TOC concentrations were reduced compared with that in
humus leakage for the stands of Larix principis鄄rupprechtii and Pinus armandii. Affected by the water volume decrease and
the TOC exchange with mineral soil, the TOC flux carried by the soil leakage under main root zone was significantly
reduced, compared with the TOC flux of humus leakage, to 43.04 kg / hm2 for the stand of Larix principis鄄rupprechtii and to
66.33 kg / hm2 for the stand of Pinus armandii. In conclusion, the TOC input flux through open field rainfall played an
important role in the TOC flux input to forest soil. The canopy of all six forest types could increase the TOC flux due the
TOC leaching from canopy surface. The TOC flux in humus layer leakage were usually increased or decreased. However, the
mineral soil at the main root zone greatly reduced the TOC flux output, thus the soil layer should be the most important pool
for fixing the TOC.
Key Words: representative forests; hydrological processes; total organic carbon; flux
摇 摇 降水在携带各种元素进入森林生态系统的同
时,随着与植被的接触,还会发生水量与元素浓度的
明显变化,这些变化都对森林生长和其功能发挥具
有重要作用[1鄄3]。 碳元素虽然不是营养元素,但由于
森林固碳功能日益受到重视,深入理解森林对碳循
环的影响就显得格外重要。 碳元素在森林生态系统
内的流通和固定,在很大程度上也是森林生物地球
化学循环的研究内容。 维持碳循环与碳平衡是森林
生态系统的重要服务功能,其大小与森林植被结构
紧密相关,并受到森林水文过程的影响,突出表现在
伴随水流而发生的碳浓度及通量的明显变化。 当前
的森林生态系统碳循环研究,还存在着很大不确定
性[4],且大部分研究集中在植被、土壤以及以气体为
载体的碳循环方面[5鄄6],在以水为载体的生态系统碳
循环研究还较少。
总有机碳(TOC) 指在水中以溶解或悬浮形态
存在的全部有机碳,即可溶性有机碳(DOC) 和颗粒
有机碳(POC) [7]。 国外不少学者对温带和热带森林
的大气降水、穿透降水、干流、土壤溶液和溪流水的
DOC进行过报道[8鄄10],包括我国南方亚热带森林水
文学过程中的 TOC动态[11鄄13],然而在西北干旱半干
旱地区研究还很少,限制着对森林生态功能的认识
与管理。
本研究在宁夏六盘山区选择了六种典型森林类
型,在生长季测定评价了伴随降水输入转化过程而
发生的 TOC通量变化,以便能为当地及类似地区的
森林元素循环、养分平衡、固碳功能等相关过程的理
解和定量评价提供科学依据。
1摇 研究区域与方法
1.1摇 研究区域和样地概况
研究地点是六盘山自然保护区的香水河小流
域,它处在黄土高原中西部的宁夏回族自治区南端,
属黄河二级支流泾河的源头地区,海拔范围 2060—
2931 m,位于东经 109毅9忆—109毅30忆,北纬 35毅15忆—
35毅41忆,属暖温带大陆性季风气候,年均气温 5.8 益,
年均降水量 770.7 mm,多集中于 6—9月。 小流域内
植被良好,森林覆盖率高达 72.9%,主要为天然次生
林,主要树种包括华山松(Pinus armandii)、辽东栎
(Quercus liaotungesis)、白桦(Betula platyphlla)、红桦
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(Betula albosinensis)、山杨(Populus davidiana)等;其
中人工林覆盖率为 23.6%,主要为华北落叶松(Larix
principis鄄rupprechtii)林和油松 ( Pinus tabulaeformis)
林。 山体阳坡分布着较多灌丛;高海拔(2700 m 以
上)地区则分布着亚高山草甸群落。 土壤以灰褐土
为主,还分布着一定的亚高山草甸土。 土壤中砾石
较多,成土母质为沙质泥岩、页岩、灰岩风化的残积
物和坡积物。
选择了具代表性的华北落叶松人工林、华山松
次生林、桦木次生林、辽东栎次生林和油松人工林建
立了面积 30 m伊30 m 的样地各 1 个,并在野李子
(Prunus salicina)灌丛建立了 1 个 20 m伊20 m 的样
地。 华北落叶松林、华山松林和桦木林样地分布于
洪沟子流域,野李子灌丛样地分布于草沟子流域,辽
东栎林和油松林样地分布于大南沟子流域。 在华北
落叶松林样地,林下的灌木和草本数量较少,灌木主
要有华西箭竹 ( Fargesia nitida )、 黄刺玫 ( Rosa
hugonis ) 等, 草 本 主 要 有 华 北 苔 草 ( Carex
hancokiana)、蕨(Pteridium aquilum)等。 华山松次生
林中混生有少量的白桦和红桦,林下的灌木和草本
数量较多,主要是忍冬(Lonicera japonica Thunb)、榛
子(Corylus heterophylla)、峨嵋蔷薇(Rosa omeiensis)、
冰草(Agropyron cristatum)、苔草(Carex)等。 桦木天
然次生林样地由白桦和少量红桦组成,林下的灌木
和草本较多,主要有三裂绣线菊(Spiraea trilobata)、
箭竹 (Fargesia spathacea Franch)、榛子、小叶丁香
(Sytinga microphylla)、忍冬、蕨、菝契 ( Smilax china
L.)等。 野李子灌木样地的林下草本数量较多,主要
由冰草组成。 辽东栎次生林样地的伴生树种较多,
主要有白桦、山杨、少脉椴(Tilia paucicostata Maxim)
等,其林下的灌木和草本较多,主要有甘肃山楂
( Crataegus Kansuensis )、 水 栒 子 ( Cotoneaster
multiflorus)、柔毛绣线菊(Spriaea pubescens),刺五加
(Eleutnerococcus giraldii)、箭竹等灌木以及苔草等。
油松人工林样地为林分结构单一的纯林,林下草本
层发育明显,种类较多,以东方草莓 ( Fragaria
orientalis)、苔草、冰草为主要优势种。 各试验地基本
特征见表 1、表 2。
表 1摇 研究样地的立地和植被基本特征
Table 1摇 The site condition and vegetation characters in sample plots
样地名称
Sample plot
海拔
Elevation /
m
坡向
Slope
aspect
坡度
Slope
gradient /
(毅)
坡位
Slope
position
林龄
Stand
age / a
林冠郁闭度
Canopy
density
林分密度
Stand
density /
(株 / hm2)
乔木平
均胸径
Mean tree
DBH / cm
乔木平
均树高
Mean tree
height / m
灌木层
盖度
Shrub
coverage / %
草本层盖度
Herb
coverage / %
华北落叶松人工林
Larix principis鄄rupprechtii
plantation
2320 东南 30 坡下 23 0.8 1125 15.6 13.9 5 40
华山松次生林
Pinus armandii secondary forest 2280 北 35 坡下 43 0.8 675 12.14 6.81 60 15
桦木次生林
Betula platyphylla secondary forest 2380 北 30 坡中 45 0.6 725 18.3 9.34 65 10
野李子灌丛
Prunus salicina shrub 2230 西 39 坡中 20 2.57 1.96 50 70
辽东栎次生林
Quercus liaotungensis secondary forest 2080 东 34 坡下 41 0.6 625 16.16 9.23 60 10
油松人工林
Pinus tabulaeformis plantation 2155 东南 7 坡下 32 0.65 2275 14.85 9.41 10 50
样地名称
Sample plot
林冠层 LAI
Canopy LAI
枯落物层厚度 Thickness of humus / cm
未分解
Un鄄deco
mposed
半分解
Half鄄deco
mposed
已分解
Decomp
osed
合计
Total
枯落物层重量 Weight of humus / ( t / hm2)
未分解
Un鄄deco
mposed
半分解
Half鄄deco
mposed
已分解
Decomp
osed
合计
Total
华北落叶松人工林
Larix principis鄄rupprechtii plantation 3.16 1.0 3.5 1.0 5.5 1.82 18.25 2.76 22.83
华山松次生林
Pinus armandii secondary forest 2.94 0.7 2.2 0.5 3.4 1.54 12.68 10.51 24.73
9926摇 21期 摇 摇 摇 杨丽丽摇 等:六盘山典型森林伴随降水的总有机碳(TOC)通量变化特征 摇
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续表
样地名称
Sample plot
林冠层 LAI
Canopy LAI
枯落物层厚度 Thickness of humus / cm
未分解
Un鄄deco
mposed
半分解
Half鄄deco
mposed
已分解
Decomp
osed
合计
Total
枯落物层重量 Weight of humus / ( t / hm2)
未分解
Un鄄deco
mposed
半分解
Half鄄deco
mposed
已分解
Decomp
osed
合计
Total
桦木次生林
Betula platyphylla secondary forest 3.32 0.8 3.3 2.0 6.1 1.72 13.19 10.95 25.87
野李子灌丛
Prunus salicina shrub 2.7 0.7 3.4 2.62 3.34 5.96
辽东栎次生林 Quercus liaotungensis
secondary forest 4.23 2.5 3.8 2.2 8.5 3.30 18.14 10.12 31.57
油松人工林
Pinus tabulaeformis plantation 3.15 2.0 2.0 1.9 5.9 1.59 20.36 10.35 32.30
摇 摇 *野李子灌丛样地的“乔木平均胸径冶和“乔木平均树高冶均为灌木数据
表 2摇 研究样地的土壤物理化学性质
Table 2摇 Soil physical and chemical properties of sample plots
样地名称
Sample plot
土层深度
Soil depth /
cm
土壤容重
Soil bulk
density /
(g / cm3)
pH
元素含量 Element content / (g / 100g)
有机 C
Organic C
全 N
Total N
全 P
Total P
全 K
Total K Ca Mg
华北落叶松人工林 0—10 0.88 7.15 3.88 0.29 0.08 0.35 0.47 1.33
Larix principis鄄rupprechtii 10—20 1.00 7.35 3.45 0.26 0.09 0.38 0.65 1.33
plantation 20—40 1.02 7.32 2.97 0.25 0.08 0.35 0.68 1.32
40—60 1.11 7.45 2.83 0.25 0.09 0.31 1.17 1.27
60—80 1.31 7.45 2.79 0.24 0.09 0.37 0.86 1.38
80—100 1.45 7.57 2.02 0.18 0.09 0.33 0.85 1.40
0—100 1.13 7.38 3.04 0.25 0.09 0.35 0.78 1.34
华山松次生林 0—10 0.70 6.95 7.92 0.68 0.10 0.40 0.72 1.05
Pinus armandii 10—20 0.74 6.89 6.78 0.61 0.10 0.29 1.00 1.06
secondary forest 20—40 0.73 7.08 6.67 0.61 0.09 0.29 0.89 1.04
40—60 0.78 7.16 3.76 0.36 0.08 0.24 0.71 1.15
60—80 0.94 7.25 3.18 0.33 0.08 0.19 0.72 1.16
80—100 1.11 7.31 2.79 0.26 0.07 0.15 0.65 1.16
0—100 0.83 7.11 5.18 0.47 0.09 0.26 0.78 1.10
桦木次生林 0—10 0.69 6.95 8.54 0.64 0.10 0.27 1.32 0.98
Betula platyphylla 10—20 0.75 6.78 7.97 0.62 0.09 0.29 1.15 0.96
secondary forest 20—40 0.86 6.65 6.92 0.55 0.05 0.14 0.99 0.64
40—60 1.17 6.95 5.28 0.44 0.07 0.25 0.91 1.04
60—80 1.24 6.94 4.85 0.39 0.07 0.24 0.94 1.08
80—100 1.41 6.98 3.40 0.27 0.05 0.21 0.77 1.13
0—100 1.02 6.88 6.16 0.49 0.07 0.23 1.01 0.97
野李子灌丛 0—10 0.98 7.77 2.62 0.22 0.07 0.27 0.61 1.39
Prunus salicina shrub 10—20 1.07 7.72 2.20 0.20 0.06 0.25 0.49 1.38
20—40 1.02 7.87 2.02 0.18 0.07 0.23 0.66 1.44
40—60 1.18 8.08 1.95 0.15 0.07 0.22 0.57 1.44
60—80 0.96 8.28 1.80 0.11 0.06 0.20 1.86 1.65
80—100 1.20 8.19 1.11 0.10 0.07 0.22 1.54 1.64
0—100 1.07 7.99 1.95 0.16 0.07 0.23 0.96 1.49
辽东栎次生林 0—10 0.74 7.22 4.21 0.34 0.04 0.14 0.72 0.93
Quercus liaotungensis 10—20 0.86 7.29 3.48 0.28 0.05 0.15 0.76 0.91
secondary forest 20—40 1.08 7.37 2.62 0.21 0.04 0.11 0.57 0.99
0036 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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续表
样地名称
Sample plot
土层深度
Soil depth /
cm
土壤容重
Soil bulk
density /
(g / cm3)
pH
元素含量 Element content / (g / 100g)
有机 C
Organic C
全 N
Total N
全 P
Total P
全 K
Total K Ca Mg
40—60 1.15 7.15 1.71 0.19 0.03 0.10 0.51 0.99
60—80 1.15 7.34 1.91 0.19 0.05 0.13 0.49 1.14
80—100 1.27 7.53 1.10 0.09 0.06 0.17 0.41 1.31
0—100 1.04 7.32 2.51 0.22 0.05 0.13 0.58 1.04
油松人工林 0—10 0.99 7.51 5.81 0.53 0.10 0.27 0.80 0.97
Pinus tabulaeformis 10—20 0.99 7.86 4.07 0.40 0.10 0.25 0.90 1.04
plantation 20—40 1.12 7.95 3.20 0.30 0.09 0.19 0.71 1.00
40—60 1.02 7.99 3.02 0.27 0.10 0.17 0.74 0.98
60—80 1.00 8.08 2.74 0.25 0.09 0.17 0.62 0.98
80—100 1.13 8.22 2.40 0.23 0.09 0.16 0.72 0.99
0—100 1.04 7.94 3.54 0.33 0.09 0.20 0.75 0.99
1.2摇 研究方法
1.2.1摇 水量测定和水样采集
在林外开阔地放置一台自动气象站 (美国,
Weatherhawk公司),配有计量精度为 1 mm 的翻斗
式雨量计,2011年 5—10 月连续观测降水量和降水
过程;同时配有一台虹吸式自计雨量计和一个标准
雨量筒,配合测定林外降雨量及降雨过程。 在林外
布设了 3个内径 20 cm 的自制雨量筒,用于收集林
外降水的样品。
为收集穿透水,在六种森林样地内,根据上方林
冠(以及高大灌木)的遮蔽程度,选择代表性地点,在
距地面 20 cm的高度,分别布设 6—12 个雨量筒,每
次雨后测定水量,计算其算术平均值,作为样地整个
冠层下的穿透水量。
为测定干流,按林木径级和树冠中等标准,每个
样地内选择 5—6棵林木,将直径 2.0 cm的聚乙烯塑
料软管沿中缝剖开,从树干 2 m 高处自上向下蛇形
缠绕于树干上,塑料管与水平面角度呈 30毅,用玻璃
胶密封树干与胶管间的空隙,再将胶管引入密封口
的塑料容器。 每次雨后及时测水量,并依据林冠投
影面积换算为单株和林分的干流深。
为收集穿过枯落物层的渗漏水,在尽量不破坏
原来枯落物层次结构的条件下,每个样地内选择 5
个样点,把 0.5 m伊0.5 m的原状枯落物整体移放到塑
料膜上。 每次降雨后将渗过枯落物层的雨水引入塑
料盆中收集,测定枯落物渗漏水量,并保存水样以测
定元素浓度。
为测定主根系层的土壤渗漏水,在华北落叶松
林和华山松林样地内,随机布设 7 个自制的内径 20
cm的蒸渗仪,蒸渗仪内装填了未扰动的林地土壤,
其土层厚度为 30 cm,筒内保留采集原状土柱地点的
原有枯落物层及可能生长的草本和小灌木等林下植
被。 在每次降雨停止后,测定蒸渗仪底筒收集的土
壤渗漏水量,并采集化学分析的水样。
每场降雨后,将多点采集的林外降水以及各样
地内多点采集的穿透水、干流、枯落物渗漏水和土壤
渗漏水混合,分别形成混合水样;另外,在洪沟、草
沟、大南沟小流域分别采集溪水水样。 保留水样的
体积为 500 mL,存储于冰柜内,及时送回北京的实验
室进行处理、保存和分析。 在 2011 生长季(5 月 24
日—10月 20 日),共测定 22 次降雨事件,取得 528
瓶水样。
1.2.2摇 水样处理和化学分析
在野外用定性滤纸过滤水样后,立即用上海雷
磁公司出产的 pH 计测定其 pH 值及电导率。 在清
华大学分析实验室,采用燃烧氧化鄄非分散红外吸收
法,测定总有机碳(TOC)浓度。
1.2.3摇 TOC浓度计算
某类水样在生长季中的 TOC浓度平均值是各降
雨事件中相应水量的加权计算值(式(1)):
C =移
n
1
C i·P i /移
n
1
P i (1)
式中,C为生长季内某类水样(林外降水、穿透水、干
流、渗漏水)的 TOC平均浓度(mg / L),C i为单次降雨
后测定的 TOC浓度(mg / L),P i为单次降雨事件的某
类水的水量 ( mm),P 为生长季内某类水的总量
1036摇 21期 摇 摇 摇 杨丽丽摇 等:六盘山典型森林伴随降水的总有机碳(TOC)通量变化特征 摇
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(mm),n为测定的降水次数。
林下降水包括林冠穿透水和干流,故其数值等
于穿透水和干流的深度之和,其 TOC 浓度平均值是
单独测定的穿透水与干流的 TOC浓度的水量加权平
均值。
本研究中,将森林生态系统复杂结构简化为 3
个作用层,即冠层(林冠层+灌草层)、枯落物层、主
根系层土壤层(0—30 cm),则伴随降水转化通过各
作用层的 TOC通量依下面式(2)计算:
F = C·P / 100 (2)
式中,F为通过某作用层的 TOC通量(kg / hm2),C为
TOC的平均浓度(mg / L),P 为通过各作用层的总水
量(mm)。
在降水通过各个作用层时,会有 TOC的吸附、交
换、洗脱等作用过程,从而在发生水量变化的同时也
发生 TOC浓度变化,综合形成各作用层对 TOC 通量
的影响。 依据下面式(3),计算通过某作用层的 TOC
通量(F i )相对其相邻上作用层输入的 TOC 通量
(F j)的变化(驻F),即该作用层对上面相邻作用层的
影响:
驻F = F i - F j (3)
2摇 结果与分析
2.1摇 森林植被作用下的水流通量垂直变化
在香水河小流域的 2011生长季(5月 24日—10
月 20 日)研究期间,共观测到 22 次降雨,总降雨量
为 724.3 mm。 其月际分配差异较大(表 3):在 5 月
份降雨量为 0,6 月份降雨量不大,到 7 月份开始急
剧增加,8 月份比 7 月份稍有降低,9 月份由于暴雨
出现而达到最大,在 10月份则迅速减少。
表 3摇 2011生长季和各月的六盘山主要森林样地的降水再分配特征
Table 3摇 The monthly redistribution of precipitation during the growing season of 2011 in the main forests at Liupan Mountains
样地名称
Sample plot
月份
Months
降雨量
Precipitation /
mm
截留量
Interception
/ mm / %
干流量
Stemflow
/ mm / %
穿透降雨
Throughfall
/ mm / %
林下降水
Rainfall under
canopy
/ mm / %
枯落物渗漏水
Humus
leakage /
mm
土壤渗漏水
Soil
leakage /
mm
华北落叶松人工林 5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.2
Larix principis鄄rupprechtii 6 83.3 19.2 23.02 0.1 0.09 64.0 76.88 64.1 76.98 34.7 32.4
plantation 7 188.0 37.9 20.17 0.5 0.29 149.5 79.54 150.1 79.83 104.7 23.3
8 171.1 25.0 14.60 0.6 0.34 145.5 85.06 146.1 85.40 112.7 107.8
9 232.3 36.6 15.76 1.0 0.44 194.7 83.80 195.7 84.24 135.6 59.4
10 49.6 6.2 12.58 0.3 0.65 43.0 86.78 43.4 87.42 19.5 21.1
5—10 724.3 124.9 17.25 2.6 0.35 596.8 82.40 599.4 82.75 407.2 244.2
华山松次生林 5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.4
Pinus armandii 6 83.3 14.3 17.13 0.3 0.39 68.7 82.48 69.0 82.87 40.8 32.8
secondary forest 7 188.0 40.1 21.33 0.4 0.22 147.5 78.45 147.9 78.67 100.5 29.4
8 171.1 14.7 8.58 0.3 0.20 156.1 91.21 156.4 91.42 119.7 123.3
9 232.3 24.9 10.70 0.5 0.22 206.9 89.08 207.4 89.30 143.4 61.0
10 49.6 8.4 16.98 0.2 0.31 41.0 82.71 41.2 83.02 20.0 29.0
5—10 724.3 102.3 14.13 1.8 0.24 620.2 85.63 622.0 85.87 424.3 275.9
桦木次生林 5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Betula platyphylla 6 83.3 17.8 21.33 0.1 0.11 65.4 78.56 65.5 78.67 34.8
secondary forest 7 188.0 35.1 18.66 0.3 0.17 152.6 81.17 152.9 81.34 95.9
8 171.1 31.6 18.47 0.4 0.22 139.1 81.31 139.5 81.53 101.1
9 232.3 52.4 22.54 0.5 0.20 179.5 77.26 179.9 77.46 115.8
10 49.6 8.8 17.81 0.1 0.11 40.7 82.08 40.8 82.19 20.7
5—10 724.3 145.6 20.11 1.3 0.18 577.3 79.71 578.7 79.89 368.3
野李子灌丛 5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Prunus salicina 6 83.3 11.6 13.98 0.2 0.21 71.5 85.81 71.7 86.02 45.2
shrub 7 188.0 23. 4 12.44 1.2 0.63 163.4 86.93 164.6 87.56 136.1
8 171.1 18.6 10.86 1.4 0.81 151.1 88.33 152.5 89.14 139.1
2036 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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续表
样地名称
Sample plot
月份
Months
降雨量
Precipitation /
mm
截留量
Interception
/ mm / %
干流量
Stemflow
/ mm / %
穿透降雨
Throughfall
/ mm / %
林下降水
Rainfall under
canopy
/ mm / %
枯落物渗漏水
Humus
leakage /
mm
土壤渗漏水
Soil
leakage /
mm
9 232.3 28.2 12.14 1.5 0.66 202.6 87.20 204.1 87.86 185.9
10 49.6 4.4 8.91 0.4 0.86 44.8 90.23 45.2 91.09 18.7
5—10 724.3 86.2 11.91 4.7 0.65 633.4 87.44 638.1 88.09 525.0
辽东栎次生林 5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Quercus liaotungensis 6 83.3 15.8 19.02 0.2 0.30 67.2 80.69 67.5 80.98 29.2
secondary forest 7 188.0 44.4 23.61 0.7 0.40 142.9 76.00 143.6 76.39 119.3
8 171.1 41.8 24.43 0.5 0.31 128.8 75.26 129.3 75.57 46.0
9 232.3 42.8 18.43 0.7 0.28 188.8 81.29 189.5 81.57 118.3
10 49.6 11.3 22.84 0.2 0.37 38.1 76.80 38.3 77.16 18.1
5—10 724.3 156.2 21.56 2.4 0.33 565.8 78.11 568.1 78.44 330.8
油松人工林 5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Pinus tabulaeformis 6 83.3 26.6 31.94 0.8 1.02 55.8 67.04 56.7 68.06 34.6
plantation 7 188.0 43.0 22.87 2.5 1.35 142.5 75.78 145.0 77.13 125.6
8 171.1 37.7 22.04 2.1 1.22 131.3 76.74 133.4 77.96 50.1
9 232.3 37.8 16.29 2.7 1.18 191.7 82.53 194.5 83.71 170.9
10 49.6 11.2 22.56 0.5 0.98 37.9 76.46 38.4 77.44 21.6
5—10 724.3 156.3 21.59 8.7 1.20 559.3 77.21 568.0 78.41 402.6
摇 摇 *观测从 5月 24日开始,10月 20日结束
摇 摇 降水进入森林后进行了一连串的再分配,形成
了冠层截留、直接穿透雨、干流、枯落物渗漏水和土
壤渗漏水。 因植被特征差异,各样地的降雨分配存
在差异。 由表 3 可知,2011 年生长季(5 月 24 日—
10月 20日)的截留量(率)在油松人工林最大,达到
156.3 mm(21.59%),其次为辽东栎次生林的 156.2
mm(21.56%)、桦木次生林的 145.6 mm(20.11%)、
华北落叶松人工林的 124.9 mm(17.25%)、华山松次
生林的 102.3 mm(14.13%)、野李子灌丛的 86.2 mm
(11.91%)。 目前国内研究的林冠截留率大多介于
10%—35%[14鄄15],但一些地区有时会超过 50%[16鄄17]。
本研究中截留率接近于徐丽宏等[18] 2004—2005 年
生长季对六盘山主要植被类型的林冠层截留结果。
各主要植被类型的干流量月统计表明,干流量
随降雨量增大而升高,但干流率均不高。 影响干流
的因素很多,包括树种、树干粗细、直立程度、树皮干
燥程度等。 在各样地的干流量(率)中,以油松人工
林最大,达到 8.7 mm(1.20%);野李子灌丛次之,达
到 4. 7 mm(0. 65%);桦木次生林最小,为 1. 3 mm
(0.18%)。
由表 3可看出,各样地的月穿透水量随林外降
水量增大而增大,其在各水文分量中都是最大。 各
样地的穿透水量(mm)依次为野李子灌丛(633.4) >
华山松林(620.2) >华北落叶松林(596.8) >桦木林
(577.3)>辽东栎林(565.8)>油松林(559.3),分别占
同期降水量的 87. 44%、85. 63%、82. 40%、79. 71%、
78郾 11%、77.21%。
枯落物渗漏水大小与各林分样地的枯落物数量
和分解状况等有关,由大到小依次为野李子灌丛
(525.0 mm)>华山松林(424.3 mm) >华北落叶松林
(407.2 mm) >油松林(402. 6 mm) >桦木林(368. 3
mm)>辽东栎林(330.8 mm),并随各月降水量增大
而增大。
土壤渗漏水与立地条件、植被生长耗水、土壤机
械组成等多种因素密切相关。 基于本文测定,华北
落叶松林和华山松林在 2011 生长季的土壤(0—30
cm)渗漏水分别为 244.2和 275.9 mm。
2.2摇 各水文分量的 TOC浓度变化
从表 4可看出,在降水通过森林各层次的过程
中,TOC 浓度均发生了改变。 雨季大气降水的 TOC
平均浓度为(7.34依0.098)mg / L;由于降水通过林冠
时和树体接触发生淋洗作用,TOC 浓度明显增加,并
在干流中达到最大。 通过各样地枯落物层的渗漏水
的 TOC浓度比林冠穿透水继续明显增加。 在经过主
3036摇 21期 摇 摇 摇 杨丽丽摇 等:六盘山典型森林伴随降水的总有机碳(TOC)通量变化特征 摇
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根系土壤层后,由于土壤过滤作用,华北落叶松林和
华山松林的土壤渗漏水 TOC浓度均低于其枯落物渗
漏水 TOC浓度。 在本文研究的森林流域,溪水主要
是雨水入渗到土壤后形成的壤中流和基流组成的,
溪水的 TOC浓度远低于林外降水,说明土壤具有突
出的 TOC过滤作用。 需要说明的是,表 4 中假设林
外降水的 TOC平均浓度对所有样地都一样,各样地
对应的溪水 TOC浓度为各样地所在子流域的溪水实
测均值。
降水转化中的 TOC 浓度(mg / L)变化对华北落
叶松林表现为林外降水(7.34)<土壤渗漏水(17.63)
<穿透水 ( 21. 92) <枯落物渗漏水 ( 22. 29) <干流
(56郾 89),对华山松林表现为林外降水(7.34) <穿透
水(17.11) <土壤渗漏水 ( 24郾 04) <枯落物渗漏水
(24郾 72) <干流 ( 25郾 68),对桦木林为林外降水
(7郾 34)<穿透水(11郾 47) <枯落物渗漏水(22郾 9) <干
流(23郾 57),对油松林为林外降水(7郾 34) <穿透水
(16郾 23)<枯落物渗漏水(28郾 55)<干流(37郾 9),对野
李子灌丛为林外降水(7郾 34) <穿透水(12郾 41) <干流
(18郾 12)<枯落物渗漏水(24郾 64),对辽东栎林为林
外降水(7郾 34)<穿透水(11郾 05)<干流(21郾 04)<枯落
物渗漏水(23郾 94)。
大气降水进入森林后 TOC 浓度增加,是因降水
对叶面或树皮上有机碳的淋洗或淋溶[10],因而冠层
结构和组成是重要影响因素。 在测定的 6 种森林样
地中,穿透水的 TOC 浓度(mg / L)为华北落叶松林
(21.92)>华山松林(17.11) >油松林(16.23) >灌丛
(12.41)>桦木林(11.47)>辽东栎林(11.05),表现为
针叶林的 TOC淋洗或淋溶能力较阔叶林强,这不同
于罗艳等[11]对鼎湖山 3 种主要林型总有机碳浓度
的研究结果,这可能与具体林分的冠层叶量有关,也
可能与不同地点的降雨特征差异有关,还有待深入
定量研究。
降水在树皮中停留时间和树皮形态及可溶性
TOC含量是影响干流 TOC浓度的主要因素[2,10]。 针
叶树(尤其华北落叶松和油松)树皮一般较粗糙,并
有分层结构,故相对其它树种可将雨水滞留更长时
间,所以其干流 TOC浓度明显高于阔叶树种,也高于
本身的其他水文分量。 华山松的干流 TOC 浓度在 3
个针叶树中最低,是因其树皮光滑且量少。 对其它 3
个阔叶树种,因其树皮较光滑,滞水能力相对较差,
所以干流 TOC浓度也低,与枯落物渗漏水相近。
枯落物渗漏水的 TOC 浓度整体而言大于穿透
水,主要是因对枯落物的淋洗淋溶造成的。 不同样
地的枯落物渗漏水 TOC 浓度增加程度存在一些差
异,这与枯落物的厚度和组成有关。
表 4摇 2011生长季典型森林植被样地水文转化过程中的 TOC平均浓度(mg / L)
Table 4摇 The mean TOC concentration in rainwater flowing through forests in growing season of 2011
水文分量
Water components
华北落叶
松人工林
Larix principis鄄
rupprechtii
plantation
华山松次生林
Pinus armandii
secondary
forest
桦木次生林
Betula
platyphylla
secondary
forest
野李子灌丛
Prunus
salicina
shrub
辽东栎次生林
Quercus
liaotungensis
secondary
forest
油松人工林
Pinus
tabulaeformis
plantation
林外降水 Precipitation 7.34依0.098 7.34依0.098 7.34依0.098 7.34依0.098 7.34依0.098 7.34依0.098
穿透水 Throughfall 21.92依0.200 17.11依0.209 11.47依0.084 12.41依0.259 11.05依0.124 16.23依0.169
干流 Stemflow 56.89依0.285 25.68依0.229 23.57依0.131 18.12依0.171 21.04依0.146 37.90依0.436
枯落物渗漏水 Humus leakage 22.29依0.304 24.72依0.210 22.90依0.213 24.64依0.217 23.94依0.206 28.55依0.345
土壤渗漏水 Soil leakage 17.63依0.200 24.04依0.175
溪水 Stream water 3.88依0.087 3.88依0.087 3.88依0.087 3.45依0.069 3.59依0.057 3.59依0.057
2.3摇 林内各作用层的 TOC通量
由表 5 可知,2011 年生长季林外降水携带的
TOC通量为 53.17 kg / hm2。 各林分样地的林下降水
(穿透水和干流)携带的 TOC 通量均高于林外降水,
说明林冠层具有 TOC的净淋出作用。 各样地的生长
季林下降水 TOC 通量的大小(kg / hm2)排序为华北
落叶松林 ( 132. 28) >华山松林 ( 106. 56) >油松林
(94郾 10)>野李子灌丛(79.49) >桦木林(66.52) >辽
东栎林(63.01)。
各样地枯落物渗漏水的生长季 TOC 通量( kg /
hm2)排序为野李子灌丛(129.35) >油松林(114.93)
>华山松林(104.90)>华北落叶松林(90.76)>桦木林
4036 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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(84.35)>辽东栎林(79.21)。
经过主根系层土壤后的渗漏水的生长季 TOC通
量( kg / hm2 ) 为华山松林 ( 66. 33) >华北落叶松
(43郾 04),这可能和华山松林土壤结构比较疏松和大
孔隙较多有关。
表 5摇 2011年生长季典型森林植被样地降水转化中各作用层的 TOC通量 (kg / hm2)
Table 5摇 TOC flux with rainwater flowing through the forests in the growing season of 2011
水文分量
Water components
华北落叶松
人工林
Larix principis鄄
rupprechtii
plantation
华山松次生林
Pinus armandii
secondary
forest
桦木次生林
Betula
platyphylla
secondary
forest
野李子灌丛
Prunus
salicina
shrub
辽东栎次生林
Quercus
liaotungensis
secondary
forest
油松人工林
Pinus
tabulaeformis
plantation
林外降水 Precipitation 53.17 53.17 53.17 53.17 53.17 53.17
穿透水 Throughfall 130.82 106.11 66.22 78.63 62.51 90.80
干流 Stemflow 1.46 0.45 0.31 0.86 0.50 3.30
林下降水 Rainfall under canopy 132.28 106.56 66.52 79.49 63.01 94.10
枯落物渗漏水 Humus leakage 90.76 104.90 84.35 129.35 79.21 114.93
土壤层渗漏水 Soil leakage 43.04 66.33
2.4摇 各作用层间 TOC通量的差别
在降水接触植被表面、枯落物和土壤时,都会发
生 TOC的淋失、吸附和吸收等过程,加之水量变化,
造成了 TOC通量在各作用层的差别(表 6)。
林冠层表面积巨大,一般会有降水在林冠层的
TOC净淋洗作用[19],包括对树体表面积累的干沉降
的洗脱作用,这导致树冠对林地 TOC 输入的“源冶作
用。 在本研究中,各林分样地的林下降水携带 TOC
通量(kg / hm2)相对林外降水均有不同程度的增加,
其中华北落叶松林增幅最大 ( 77. 65),华山松林
(52郾 94)和油松林(37郾 63)次之,表明针叶林冠层
(针叶、枝条和和树皮)的 TOC 净淋出作用很强;相
比之下,桦木林和辽东栎林的 TOC 通量仅增大了
13郾 05和 9郾 34,说明阔叶林冠层的 TOC 净淋出作用
不强;野李子灌丛的 TOC 通量增幅也不是很大
(25郾 46)。
表 6摇 2011年生长季典型森林植被样地的不同作用层的 TOC通量差别(kg / hm2)
Table 6摇 The difference of TOC flux of rainwater at each forest layer in the growing season of 2011
比较的作用层
Layers to be compared
华北落叶松
人工林
Larix principis鄄
rupprechtii
plantation
华山松次生林
Pinus armandii
secondary
forest
桦木次生林
Betula
platyphylla
secondary
forest
野李子灌丛
Prunus
salicina
shrub
辽东栎次生林
Quercus
liaotungensis
secondary
forest
油松人工林
Pinus
tabulaeformis
plantation
林下降水鄄林外降水
Rainfall under canopy鄄Precipitation 77.65 52.94 13.05 25.46 9.34 37.63
枯落物渗漏水鄄林下降水
Humus leakage鄄Precipitation
-41.52 -1.67 17.83 49.86 16.19 20.83
土壤层渗漏水鄄枯落物渗漏水
Soil leakage鄄Humus leakage
-47.71 -38.57
土壤层渗漏水鄄林外降水
Soil leakage鄄Precipitation
-10.12 13.16
摇 摇 枯落物层渗漏水与林下降水携带的 TOC通量之
差,可指示枯落物层对输入林地的 TOC通量的作用,
其值在华北落叶松林和华山松林内均为负值,说明
其枯落物层具有 TOC 的净吸附或净储存的“汇冶作
用,也说明这两种森林内部的 TOC 增加主要源于雨
水对冠层的淋洗。 而在其他四个样地的枯落物层渗
漏水的 TOC通量均大于林下降水,说明这几种森林
样地的枯落物层具有净增加林地 TOC 输入通量的
“源冶作用。
本文仅测定了华北落叶松林和华山松林 2 种森
林样地的主根系层土壤渗漏水,其携带的 TOC 通量
(kg / hm2)相对于枯落物渗漏水均降低了,其减幅比
5036摇 21期 摇 摇 摇 杨丽丽摇 等:六盘山典型森林伴随降水的总有机碳(TOC)通量变化特征 摇
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较接近,分别为 47.71和 38.57,说明土壤层对输出主
根系层的 TOC通量具有净吸附固定的“汇冶作用。
林地主根系层土壤渗漏水的 TOC通量与林外降
水 TOC通量的差,可以表明森林生态系统对林外降
水输入的 TOC通量的作用。 在本研究中,表现为华
北落叶松林生态系统(仅考虑到主根系层的 0—30
cm)对降水输入 TOC 通量有净固定作用,其值为
10郾 12 kg / hm2;华山松林生态系统对降水输入 TOC
通量有净淋出作用,其值为 13.16 kg / hm2。
3摇 讨论和结论
在宁夏六盘山地区,林外降水的 TOC浓度(7.34
mg / L)明显高于一些其他地区的报道值(表 7),如广
东鼎湖山(2.4 mg / L) [12]、中国台湾关刀溪(4.7 mg /
L)和一些国外温带森林研究结果 (1. 0—2. 9 mg /
L) [8鄄10,20鄄25],这可能和地处干旱地区的六盘山降水量
少有关。
表 7摇 一些研究地点降水转化中的 DOC或者 TOC浓度(mg / L)
Table 7摇 Concentration of DOC or TOC in the rainwater flowing through forests at some study sites
试验地点
Site
测定项目
Items
森林类型
Forest type
林外降水
Precipitation
穿透水
Throughfall
干流
Stemflow
土壤渗漏水
Soil leakage
0—15 cm 15—30 cm
溪水
Stream
water
参考文献
References
美国新罕布什尔州
Hubbard Brook,
New Hampshire, USA
DOC 硬木阔叶林 1.1 33.9 5.9 3.0 3.1 [21]
加拿大魁北克省希莱尔
Mont St, Hilaire, Quebec DOC 硬木阔叶林 2.0 12.3 47.6 18.0 [22]
美国华盛顿奥林匹克公园
Olympic National Park,
Washington, USA
DOC 针叶林 1.5依1.1 10.5依17.9 25.5依9.3 [23]
硬木阔叶林 1.5依1.1 7.3依5.5 26.3依16.3 9.0依4.6 2.9依1.1 1.0依1.0
波多黎各卢科伊罗山
Luquillo Mountains, Puerto Rico DOC 1.0 6.2 1.9 [10]
美国威斯康星州下威斯康星河
Lower Wisconsin River Valley,
Wisconsin, USA
DOC 北美赤松 2.9依0.2 11.8依0.9 [24]
新西兰华兰
Westland, New Zealand DOC 榉木林 1.4依0.7 16.0依12.3 35.6依68.6 55.7依37.6 4.5依1.7 [25]
日本熊本县 DOC 针叶林 1.0 4.3 11.5 [9]
Kumamoto, Japan 硬木阔叶林 1.0 3.1 7.1
美国马萨诸塞州哈佛森林 DOC 针叶林 1.8依0.7 24.7依3.2 [8]
Harvard Forest,
Massachusetts, USA 硬木阔叶林 1.8依0.7 29依6.9
中国台湾关刀溪 DOC 杉木林 4.7 7.0 30.8 8.8 7.7 2.7 [20]
Guandaushi, Taiwan, China 次生阔叶 4.7 9.9 10.0 15.5 13.5
天然阔叶林 4.7 8.3 7.2 21.3 11.0
广东鼎湖山 TOC 马尾松林 2.4依1.2 12.9依7.9 52.1依25.6 12.8依4.4 12.1依6.8 5.1依5.3 [12]
季风林 2.4依1.2 14.6依12.2 18.6依9.7 10.8依8.3 5.5依1.5 2.0依0.5
混交林 1 2.4依1.2 14.2依13.6 21.5依10.7 13.6依4.3 10.2依5.7 1.8依0.7
混交林 2 2.4依1.2 13.2依13.1 23.9依11.8 11.9依5.3 5.4依2.9 摇 摇
摇 摇 *DOC:可溶性有机碳
摇 摇 由于雨水对树体表面的淋洗[26]和冲刷[10],在林
外降水转为穿透水和干流过程中,TOC 浓度明显增
大。 对六盘山所有测试树种,TOC 浓度均在干流中
达到最高,变化在 18.12—56.89 mg / L,略高于其它地
区的测定值范围(7.1—52.1 mg / L) [8鄄11,20鄄25]。 六盘
山主要森林类型穿透降水的 TOC 浓度变化在
11郾 05—21郾 92 mg / L,平均 15郾 03 mg / L,稍高于广东
鼎湖山(12郾 9—14郾 6 mg / L) [12],高于中国台湾中部
关刀溪(7郾 0—9郾 9 mg / L) [20],但在其他地区的变化
范围(3郾 1—33郾 9 mg / L)之内。 这些地区差别,可能
6036 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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既与树种形态特征有关,也与区域降水特征有关[9]。
在林下降水转为枯落物层渗漏水过程中,其
TOC浓度变化与树种特征、枯落物数量和组成、生长
物候期等均有关[27鄄28]。 六盘山主要森林类型枯落物
渗漏水的 TOC浓度变化在 22.29—28.55 mg / L,相互
差别不大,但整体上低于广东鼎湖山的马尾松林
(31.7)、针阔混交林(28.3)和季风林(25.5) [13],这可
能与六盘山地区温度低枯落物分解慢有关。
土壤渗漏水 TOC含量与土壤有机质含量密切相
关,并一般随土壤酸度增加而降低[29]。 在六盘山典
型森林植被中,土壤渗漏水(0—30 cm)的 TOC 浓度
(mg / L) 变化在 17. 63—24. 04,高于广东鼎湖山
(5郾 4—12.1) [12]和中国台湾关刀溪(7.7—11.0) [20],
这可能与南方土壤有机质含量低和土壤严重酸化导
致有机质分解缓慢有关[30]。
在六盘山香水河小流域几个子流域的溪水中,
TOC浓度较接近,变化在 3.45—3.88 mg / L,显著低
于从林外降水到土壤渗漏水的各转换环节,说明深
层土壤的 TOC吸附拦截作用不容忽视,这与国内外
其他地方研究结果相同[10,20鄄21, 23,25],并处在相近的
数值范围内。
本文在六盘山的研究表明,随着雨水穿过林冠
和植被表面接触,发生了生长季内的 TOC通量变化,
并在不同树种林分之间具有显著差别。 相对于林外
降水的 TOC通量(53.17 kg / hm2),由穿透降水和干
流组成的林下降水的 TOC通量在所有林分样地都增
大了,表明所有森林类型的林冠层均有 TOC 净淋出
作用。 但整体看来,林冠的 TOC 净淋出作用在针叶
林内很大,在阔叶林内较弱,其原因可能是阔叶树的
叶面光滑因此与针叶树林冠相比难以拦截和储存大
量干沉降,或阔叶树的叶片革质化程度高从而被雨
水浸出 TOC较少等,其具体原因有待继续深入研究。
生长季内六盘山不同林分枯落物渗漏水的 TOC
通量变化在 79. 21—129. 35 kg / hm2,平均为 100. 58
kg / hm2。 在研究的几种森林样地中,仅华北落叶松
人工林和华山松次生林的枯落物渗漏水的 TOC通量
低于林下降水的 TOC 通量,说明这两种森林样地的
枯落物层起着净固定 TOC 的“汇冶作用;而其他四种
森林样地的枯落物层 TOC 通量高于林下降水,说明
其枯落物层对 TOC通量起着净输出的“源冶作用。
由于工作量原因,本文在 6 个样地中仅测定了
华北落叶松林和华山松林的主根系层土壤(0—30
cm)渗漏水的生长季 TOC 通量,二者数值分别为
43郾 04和 66.33 kg / hm2,它们都大大低于枯落物渗漏
水的 TOC通量,说明土壤层起着最重要的吸收固定
TOC的“汇冶作用;溪水中的 TOC 含量降到了 3.45—
3.88 mg / L,仅为林外降水 TOC 含量的一半左右,这
说明土壤层起着过滤和固定 TOC的巨大作用。
林内不同水文学过程的 TOC 浓度和通量变化,
可反映森林内部伴随雨水转化发生的碳转运过程。
可以认为,在六盘山地区,林冠层具有对林外降水输
入 TOC通量的净增加(淋溶和淋洗)作用;枯落物层
具有对林下降水输入 TOC 通量的减少或增加作用,
表现为某种程度的缓冲作用,即在林下降水 TOC 通
量低时增加和高时减少,同时这个缓冲作用可能和
不同森林类型的枯落物的数量、性质及分解程度等
有关,其具体作用机制和不同因素的贡献都还有待
深入探讨;但主根系层(土壤层)可大大降低枯落物
层渗漏水输入的 TOC通量,起着净固定作用。
综合来看,林外降水为森林生态系统输入了相
当数量的 TOC(“源冶作用)。 对于森林生态系统内
随降水发生的 TOC转化而言,作为“TOC 活库冶的林
冠层具有增加 TOC 通量的“源冶作用,作为“TOC 死
库冶的枯落物层可起增加 TOC通量的“源冶作用或减
少 TOC通量的“汇冶作用。 由于林地土壤层(0—30
cm土层渗漏水)的 TOC 输出通量低于林下降水和
枯落物渗漏水的 TOC 输入通量,因而说森林土壤能
发挥固定 TOC的“库冶作用。
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