全 文 ：第 wt卷 第 w期
u s s x年 z 月
林 业 科 学
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∏¯ qou s s x
四川卧龙亚高山暗针叶林降水分配过程的
氢稳定同位素特征 3
徐 庆t 安树青u 刘世荣t 蒋有绪t 崔 军u
kt1中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 北京 tsss|t ~
u1 南京大学生命科学学院森林生态与全球变化实验室 南京 utss|vl
摘 要 } 应用稳定氢同位素技术对四川卧龙巴郎山亚高山暗针叶林不同降水条件下 v群落类型中降水 !林冠穿
透水和壤中流的变化动态进行跟踪研究 ∀结果表明 }降水 ∆⁄与降雨量负相关显著k Ρu € s1wxy oπ € s1swvl o降雨
氢同位素存在显著的雨量效应 ∀降水 ∆⁄与林冠穿透水 ∆⁄差异不显著k π € s1{yvl ∀壤中流 ∆⁄与降水 ∆⁄有明显
差异k π € s1sw|l o表明壤中流补给来源是降水 o但不一定是当日当次降水直接补给 ∀降水量的升高或降低引起壤
中流 ∆⁄升高或降低 ∀当降水量 s ∗ ts °°时 o影响在降雨后第 w天发生 ~当降水量在 ts ∗ us °°时 o影响在降雨第
u ∗ v天后发生 ~当降水量在 us ∗ vs °°时 o影响在降雨 t ∗ u天后发生 ∀显示出亚高山暗针叶林对壤中流有显著的
调控作用 ∀降水 ∆⁄与林冠穿透水 ∆⁄的差值k用 ∃∆⁄表示l在 v 个不同群落中随着降雨量的增大呈现偏正态分
布 o当降水量在 w1|t ∗ ux1ux °°时 o∃∆⁄ s ~当降水量  w1|t °°及  ux1ux °°时 o∃∆⁄ s ~当降水量为 tu1yx °°
时 o∆⁄最大 o这主要是林冠层蒸散过程和大气降水过程相互作用的结果 ∀
关键词 } 氢稳定同位素 ~亚高山暗针叶林 ~降水分配 ~卧龙
中图分类号 }≥ztx1t ~’ytx1w 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlsw p sssz p sy
收稿日期 }ussx p st p uy ∀
基金项目 }|zv项目kussu≤…tttxswl资助 ∀
3 刘世荣为通讯作者 ∀
Ηψδρογεν ΣταβλεΙσοτοπε Χηαραχτεριστιχσ οφ τηε Πρεχιπιτατιον Αλλοχατιον
Προχεσσεσιν Συβ2Αλπινε ∆αρκ Χονιφερουσ Φορεστ ιν Ωολονγ oΣιχηυαν Προϖινχε
÷∏±¬±ªt „± ≥«∏´¬±ªu ¬∏≥«¬µ²±ªt ¬¤±ª≠²∏¬∏t ≤∏¬∏±u
kt1 Τηε Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστ ΕχολογψoΕνϖιρονµεντ ανδ Προτεχτιον oΧΑΦ Βειϕινγtsss|t ~
u1 Λαβορατορψοφ Φορεστ Εχολογψ ανδ Γλοβαλ Χηανγε o Χολλεγε οφ Λιφε Σχιενχε o Νανϕινγ Υνιϖερσιτψ Νανϕινγutss|vl
Αβστραχτ } ׫¨ «¼§µ²ª¨±¶·¤¥¯¨¬¶²·²³¨ °¨ ·«²§º¤¶∏¶¨§·²·µ¤¦¨ ·«¨ ¦«¤±ª¨ ²©³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±o·«µ²∏ª«©¤¯¯¤±§¬±·¨µ©¯²º ²√¨ µ·¬°¨
∏±§¨µ§¬©©¨µ¨±·µ¤¬±©¤¯¯ §¨±¶¬·¼ ¬± v ·¼³¨¶²©¶∏¥2¤¯³¬±¨ §¤µ® ¦²±¬©¨µ©²µ¨¶·¶¬± …¤¯¤±ª ²∏±·¤¬± ²© • ²¯²±ª ‘¤·∏µ¤¯ • ¶¨¨µ√¨ o
≥¬¦«∏¤±o≤«¬±¤q׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §}·«¨µ¨ º¤¶¶¬ª±¬©¬¦¤±·¯¼ ±¨ ª¤·¬√¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ¥¨·º¨ ±¨µ¤¬±©¤¯¯∃∆⁄¤±§³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±¤°²∏±·~
Ρu € s1wxy oπ € s1swv oº«¬¦«¬±§¬¦¤·¨§·«¨µ¨ ¬¨¬¶·¨§¶¬ª±¬©¬¦¤±·µ¤¬±©¤¯¯¤°²∏±·¨©©¨¦·²± ∆⁄¬±·«¨ ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±q׫¨µ¨ º¤¶±²
¶¬ª±¬©¬¦¤±·§¬©©¨µ¨±¦¨ ¥¨·º¨ ±¨µ¤¬±©¤¯¯ ∆⁄¤±§·«µ²∏ª«©¤¯¯ ∆⁄oº«¬¦«¶«²º¨ §·«µ²∏ª«©¤¯¯ º¤¶©µ²°·«¨ µ¤¬±©¤¯¯q׫¨ §¬©©¨µ¨±¦¨¶
¥¨·º¨ ±¨ µ¤¬±©¤¯¯ ∆⁄ ¤±§¬±·¨µ©¯²º ∆⁄ º¤¶¶¬ª±¬©¬¦¤±·k π  s1sxl o º«¬¦«¬±§¬¦¤·¨§·«¤·¬±·¨µ©¯²º §¨µ¬√¨ §©µ²° µ¤¬±©¤¯ ¶¯¬±
§¬©©¨µ¨±··¬°¨ 2¯ ¤ª¶q ׫¨ µ¨¶∏¯·©∏µ·«¨µ¬¯¯∏¶·µ¤·¨§·«¤·¶∏¥2¤¯³¬±¨ §¤µ® ¦²±¬©¨µ³¯¤¼¨ § ¤± ¬°³²µ·¤±·µ²¯¨¬± ·«¨ µ¨ª∏¯¤·¬²± ²©
¬±·¨µ©¯²ºq׫¨ µ¨ª∏¯¤·¬²± «¤³³¨ ±¨ §¬±·«¨ ©²∏µ·«§¤¼ ¤©·¨µ·«¨ s ∗ ts °° µ¤¬±©¤¯¯ √¨¨ ±·~¤±§·«¨ µ¨ª∏¯¤·¬²± «¤³³¨ ±¨ §¬±·«¨
¶¨¦²±§²µ·«¬µ§§¤¼ ¤©·¨µ·«¨ ts ∗ us °° √¨¨ ±·oº«¬¯¨ µ¨ª∏¯¤·¬²±·¬°¨ º¤¶²±¯¼ t ²µu §¤¼¶¤©·¨µus ∗ vs °° √¨¨ ±·q׫¨ ¦«¤±ª¨
²© ∆⁄√¤¯∏¨ §¬©©¨µ¨±¦¨ k∃∆⁄l ¥¨·º¨ ±¨ µ¤¬±©¤¯¯ ¤±§·«µ²∏ª«©¤¯¯ º¬·«³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± º¤¶¬±·«¨ ¶«¤³¨ ²©¶«¬2±²µ°¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±q
∃∆⁄  s oº«¨ ± w1|t °° [ ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ux1ux °°~∃∆⁄ s oº«¨ ± ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±  w1|t °° ²µ ux1ux °°~¤±§·«¨
°¤¬¬°∏° √¤¯∏¨ «¤³³¨ ±¨ §º«¨ ± ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±¤°²∏±·º¤¶tu1yx °°q׫¨ §¬©©¨µ¨±¦¨¶º¨ µ¨·«¨ µ¨¶∏¯·¬±¬±·¨µ¤¦·¬²± ¥¨·º¨ ±¨ «¨¤√¼
¬¶²·²³¨ ¤¦¦∏°∏¯¤·¬²±©µ²° √¨¤³²µ¤·¬²± ²©¦¤±²³¼ ¤±§·«¨ ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ³µ²¦¨¶¶¨¶q
Κεψ ωορδσ} «¼§µ²ª¨±¶·¤¥¯¨¬¶²·²³¨ ~¶∏¥2¤¯³¬±¨ §¤µ®¦²±¬©¨µ²∏¶©²µ¨¶·~³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ¤¯ ²¯¦¤·¬²±~ • ²¯²±ª
us世纪 xs年代初 o稳定同位素技术开始用于生命科学研究k≤µ¤¬ªot|xvl ∀大范围有组织的取样工作始
于 t|yt年k≤µ¤¬ªot|ytl ∀us世纪 zs年代后期和 {s年代初稳定同位素技术在生态学领域受到重视并取得了
一些可喜的成果k∞«¯ µ¨¬±ª¨µot|{| ~ •µ¬ª«·ot|{sl o近几十年来 o稳定同位素技术在生态学研究领域迅速发展 o
与遥感技术 !数学模型一并被认为是生态学的三大现代技术k林光辉等 ot||xl ∀
地球表面的水通过蒸发 !凝聚 !降落 !渗透和径流形成水循环 ∀由于水分子的某些热力学性质与组成它
的氢 !氧原子的质量有关 o因而在水循环过程中会产生同位素分馏 ∀水中的氢含有 ‹ k氢l !⁄ k氘l !×k氚lv
种同位素原子 ∀同位素地球化学把同种元素的 u种不同同位素原子数目比 o称为同位素比值 ∀为了便于比
较 o国际上规定统一采用待测样品中某元素的同位素比值与标准样品的同种元素的相应同位素比值的相对
千分差作为量度 o记作为 ∆值 o如水 }
∆ € ≈k Ρ¶¤°³¯ Π¨Ρ¶·¤±§¤µ§l p t  ≅ t sss
式中 }Ρ¶¤°³¯¨为样品氢同位素k⁄Π‹l比值 oΡ¶·¤±§¤µ§为标准平均海水氢同位素k⁄Π‹l比值 o∆值单位为 ϕ ∀
不同水体在形成的过程中 o在不同的物理 !化学条件下 o它们所含的各种同位素原子数目会发生相应的
变化 o同位素组成k∆值l也随之改变 ∀利用天然水体的稳定同位素特征去研究水源的形成 !运移 !混合等动
态过程 o揭示不同水体的补径排关系和不同水文地质单元的关系 o称为稳定同位素示踪 o因其变化受环境因
素支配 o又称为环境同位素示踪 ∀
森林植被对水文过程的影响是其重要生态功能之一 o也是学术界广为关注的问题k蒋有绪 ot||xl ∀在研
究森林水文过程和森林对其径流影响过程中 o已存在于水分子中的稳定氢同位素可以作为良好的示踪剂 ∀
随着科学技术的发展 o稳定同位素方法被广泛用于研究自然界水循环过程k曹燕丽等 oussu ~石辉等 oussvl ∀
国外这方面研究较多kƒ¤«¨ ¼ ot|{{ ~≤²µ°¬¨ ot||w ~¬¶¤ousss ~פ®¤¶«¬ousss ~⁄²±¤¯§oussv ~¤µ©¬¤ousswl ∀在我
国 o程汝楠kt|{{l通过采集地表水 !雨水 !地下水样品 o研究了禹城地区的水分循环 o发现降水 !河水 !地下水
中的 ∆⁄值差异明显 ∀尹观kusssl运用天然水的稳定氢氧同位素示踪技术追溯四川九寨沟水的来源及运移
过程 o研究九寨沟水循环系统 o即大气降水 !地表水和地下水的动态转换关系 o揭示不同水体的补排和不同水
文地质单元之间的水力联系 ∀稳定同位素技术的应用为水循环研究提供了新的手段 ∀
卧龙自然保护区是保护大熊猫等珍贵动植物和高山生态系统的重点保护区之一 ∀它位于长江上游 o是
岷江的源头地区 o对于保持水土 !涵养水源 !维持生态平衡起着重要作用 ∀关于川西亚高山暗针叶林生态系
统水循环的研究 o大多采用传统方法观测林中单个水分因子的变化特点 o如降水量 !降水强度 !降水频度 !径
流 !土壤含水率等k马雪华 ot|{vl o而对其综合性的研究和分析较少 o运用稳定同位素技术研究暗针叶林内降
水分配过程目前还是空白 ∀本文试用稳定氢同位素技术研究卧龙自然保护区巴郎山亚高山原始暗针叶林的
降水 !林冠穿透水和壤中流的转化过程及亚高山原始暗针叶林对水文过程的影响 o探讨森林植被结构对水文
过程的调控能力 o为揭示森林植被对区域洪涝灾害与水资源的调控机制提供科学依据 ∀
t 研究地区概况
研究地位于四川卧龙自然保护区亚高山暗针叶林生态系统定位研究站 o巴郎山阴坡ktsuβxuχ ) tsvβuwχ∞o
vsβwx ) vtβuxχ‘l o海拔 u zxs ∗ u |xs °∀根据 usst ) ussv 年卧龙生态定位站资料 o本研究区年降水量为
{{w1uw °° o降水天数长达 uss §以上 o年平均相对湿度 {s1t h ∀t月平均降水量为 x1| °° oz月平均降雨量
为 t|v1t °° o降雨量集中在 x ) |月份 o占全年降雨量的 {t1sz h ∀降水量月变化大致呈单峰型分布 o具较典
型的内陆降水分布特征 ∀气温的季节变化则呈单峰型分布 o从 v月开始升温 o至 z月达到最高峰 o而后逐渐
回落 ∀区内平均气温 ts1sx ε ou月平均气温 p w1x ε oz月平均气温 us1w ε ∀
u 研究方法
研究地处于卧龙生态系统定位站亚高山暗针叶林中 o沿海拔梯度每隔 tss °选择 t个固定的典型样地
kts ° ≅ ts °l ov个样地的群落特征和生境特点见表 t ∀在暗针叶林附近约 vs °处无林地气象站采集降水 o
在 „ !… !≤ v个样地内采集林冠穿透雨水样 o在 „样地深 t1u °处 o采集壤中流水样 ∀采样时间为 ussv年 z
月 ) |月 ∀采样频率 }无雨或者小雨时 ox天 t次 ~大雨k ∴ts °° o接着以 ts °°为梯度l连续采样 ts天 ∀分 v
个时段采集样品 ∀采样 ´期 }z月 u{日 ) {月 y日k降水为 s ∗ ts °°级l ~采样 µ期 }{月 ts日 ) us日k降水
为 ts ∗ us °°级l ~采样 ¶期 }{月 vs日 ) |月 {日k降水为 us ∗ vs °°级l ∀z月 uw日 !{月 uw日采集对照样
品 o收集降水时间为早晨 { }ss ∀共采集 {{个水样 o其中降水样 us个 o穿透水样 vy个 o壤中流水样 vu个 ∀气
{ 林 业 科 学 wt卷
象数据由卧龙亚高山暗针叶林生态系统定位站无林地和林内 u个气候观测站提供 ∀
表 1 四川卧龙亚高山暗针叶林 3 个样地群落特征和生境特点
Ταβ .1 Τηε χηαραχτεριστιχσ οφ χοµ µ υνιτιεσ ανδ ηαβιτατσ οφ συβ2αλπινε δαρκ χονιφερουσφορεστ οφ Ωολονγ , Σιχηυαν
样地
°¯ ²·¶
群落
≤²°°∏±¬·¬¨¶
海拔
∞¯ √¨¤·¬²±Π°
坡度
≥¯ ²³¨Πkβl
土壤特性
≥²¬¯ ¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶
主要植物组成
¤¬± ³¯¤±·¶³¨¦¬¨¶¦²°³²¶¬·¬²±
„
岷江冷杉 p箭竹
Αβιεσφαξονιανα2
Βασηανια ανγιανα
uzx s xs
山地暗棕壤
⁄¤µ®¥µ²º±
©²µ¨¶·¶²¬¯¬±
°²∏±·¤¬±
乔木层 ×µ¨¨ 岷江冷杉 !红桦和铁杉等 Αq φαξονιανα o Βετυλααλβο2σινενσισo Τσυγα χηινενσισoετ αλq
灌木层 ≥«µ∏¥
冷箭竹 !巴朗杜鹃 !陇塞忍冬和鞭打绣球
Βασηανια φανγιανα o Ρη qβαλανγενσε o Λονιχερα
τανγυτιχα o Ηεµιπηραγ µα ωαλλq
草本层 ‹ µ¨¥¶
阔柄蟹甲草 !掌叶蟹甲草 !齿头鳞毛蕨 !细辛等
Χαχαλιαλατιπεσo Χαχαλια παλµατισεχτα o ∆ρψοπτερισ
λαβορδει o Ασαρυµ ηιµαλαιχαµ o ετ αλq
地被层 ƒ²µ¨¶·©¯²²µ 塔藓 !垂枝藓等 Ηψλοχοµιυµ σπλενδενσo Ρηψτιδιυµρυγοσυµ o ετ αλq
…
岷江冷杉 p箭竹
Αq φαξονιανα2
Β q ανγιανα
u{x s vx
山地棕色暗
针叶林土
⁄¤µ®¥µ²º±
¦²±¬©¨µ©²µ¨¶·
¶²¬¯¬± °²∏±·¤¬±
乔木层 ×µ¨¨ 岷江冷杉 !糙皮桦等 Αq φαξονιανα o Βετυλα υτιλισετ αλq
灌木层 ≥«µ∏¥ 冷箭竹 !陇塞忍冬 !鞭打绣球等 Βασηανιαφανγιανα oΛq τανγυτιχα o Η q ωαλλo ετ αλq
草本层 ‹ µ¨¥¶ 膨囊苔草和阔柄蟹甲草等 Χαρεξ λεηµανιι o Χqλατιπεσo ετ αλq
地被层 ƒ²µ¨¶·©¯²²µ 塔藓 !山羽藓等 Η q σπλενδενσo Αβιετινελλααβιετινα o ετ αλq
≤
岷江冷杉 p杜鹃
Αq φαξονιανα2
Ρηοδοδενδρον φαβερι
u|x s ws
山地棕色暗
针叶林土
⁄¤µ®¥µ²º±
¦²±¬©¨µ©²µ¨¶·
¶²¬¯¬± °²∏±·¤¬±
乔木层 ×µ¨¨
岷江冷杉 !大叶金顶杜鹃 !糙皮桦 !疏花槭等 Αq
φαξονιανα o Ρηοδοδενδρον φαβερι o Β qυτιλισoΑχερ
λαξιφλορυµ o ετ αλq
灌木层 ≥«µ∏¥ 冷箭竹 !陇塞忍冬 !鞭打绣球等 Β q φανγιανα o Λqτανγυτιχα o Ηqωαλλo ετ αλq
草本层 ‹ µ¨¥¶ 膨囊苔草 !阔柄蟹甲草 !齿头鳞毛蕨等 Χqλεηµανιι o Χqλατιπεσo ∆ qλαβορδει o ετ αλq
地被层 ƒ²µ¨¶·©¯²²µ 塔藓 !山羽藓等 Η qσπλενδενσoΑqαβιετινα o ετ αλq
所有水样 ∆⁄的测定由中国科学院北京植物所生态中心稳定同位素实验室 ⁄∞×„ ³¯∏¶÷° 和 ׫¨µ°²
ƒ¬±±¬ª¤± ×≤Π∞„ u气体质谱仪完成的 ∀ ∆⁄用高温气体转化方法测定 o标准误差为 ? v ϕ ∀
数据处理运用 ≥°≥≥统计分析软件 o并进行回归分析 !ƒ检验和均值比较 ∀
v 结果与分析
31 1 降水 ∆∆ 与降雨量的关系
随着降雨量的增加 o降水 ∆⁄逐渐降低 ∀{月 vs日降雨量最大 o达 u{1uy °° o降水 ∆⁄为 p tvy1ws ϕ o{
月 vs日至 |月 {日 o连续 x场大雨k  ts °°l o降水 ∆⁄迅速下降 o至 |月 {日 o降雨量为 tt °° o降水 ∆⁄下
降为 p txy1tz ϕ k表 ul ∀将降水 ∆⁄与降雨量进行线性回归分析 o结果表明 o降水 ∆⁄与日降雨量之间呈显著
的负相关关系k Ρu € s1wxy oπ € s1swvl ∀降水 ∆⁄kψl与日降雨量kξl之间的线性回归方程为 }ψ€ p u1suwξ p
{t1u{ o样本数为 us o标准误差为 u|1tt oΦ€ w1zv o表明卧龙巴朗山亚高山暗针叶林降水 ∆⁄与日降雨量之间
表现较强的雨量效应特征 ∀这一雨量效应在多数热带林和降水比较丰沛的地区表现的比较明显 ∀雨滴下降
过程中 o与环境水汽进行同位素交换或蒸发作用可能是形成这种现象的原因 ∀
412 降水 ∆∆与林冠穿透水 ∆∆的关系
卧龙巴朗山亚高山暗针叶林 v个不同群落类型降水 ∆⁄与林冠穿透水 ∆⁄呈显著线形相关k如图 tl o但
同一植被类型 v个不同海拔高度 „ !…和 ≤ v个样地之间林冠穿透水 ∆⁄差异不显著 oπ € s1||  s1sx ∀根据
≥°≥≥分析软件统计分析表明 }降雨量和降水 ∆⁄与林冠穿透水 ∆⁄的差值k用 ∃∆⁄表示l差异显著 oπ  s1sx ∀
不同海拔高度样地 „ !…和 ≤中 ∃∆⁄差异不显著 oπ  s1sx ∀
| 第 w期 徐 庆等 }四川卧龙亚高山暗针叶林降水分配过程的氢稳定同位素特征
表 2 降水 ∆∆ !穿透水 ∆∆ 和降雨量随采样时间的变化
Ταβ . 2 Τηε χηανγε οφ ραινφαλλ ∆∆ ,τηρουγηφαλλ ∆∆ ανδ
πρεχιπιτατιον αµ ουντ οϖερ τιµε
日期
⁄¤·¨
降水量
°µ¨¦¬³¬·¤·¬²±
¤°²∏±·Π°°
降水 ∆⁄
•¤¬±©¤¯¯ ∆⁄Πϕ
林冠穿透水 ∆⁄ ׫µ²∏ª«©¤¯¯ ∆⁄Πϕ
„样地
°¯ ²·„
…样地
°¯ ²·…
≤样地
°¯ ²·≤
sz p uw x1yu p xy1w|t
sz p uy x1|x p zz1zwv
sz p u{ |1|| p |{1vs| p ttx1sst p tsz1uyu p tsw1stu
s{ p sv x1|z p {z1y{y p |u1xzt p |t1||w p {|1vs{
s{ p sy w1|t p zw1zsv p {s1{xu p zy1s{z p zy1ttw
s{ p s| tx1yy p {v1vww
s{ p ts v1us p {|1zvt p zz1yx{ p {w1xt| p {v1vxx
s{ p tt v1|{ p y{1utv p ys1usx p ys1|x{ p yu1uvt
s{ p tv y1ys p zx1wzu
s{ p tx tw1{s p {u1t|t p {|1vss p {y1{st p {z1xss
s{ p uw |1|w p yy1{sy p zw1wv{ p zy1vt| p zt1vwx
s{ p uz v1vs p y{1zsv
s{ p u| u1xu p tsv1txt
s{ p vs u{1uy p tvy1v|z p tvy1zvw p tuz1uu{ p tvu1wz|
s{ p vt v1su p tuz1|ux p ttx1tut p ttv1t{u p ttt1{z|
s| p st tu1yx p tvv1xvy p txu1zss p txu1t|s p txt1sss
s| p sv w1yv p tvs1vys p tvu1sss p tuz1|ss p tu{1zss
s| p sy ux1ux p tv{1x|u p tvw1zss p tvy1tss p tvy1|ss
s| p sz tu1vu p txv1zt{
s| p s{ tt1sss p txy1ty{
从图 u可以看出 o„ !… !≤ v个群落中的降水
与林冠穿透水的差值k∃∆⁄l随着日降雨量的增大
呈偏正态结构k如图 vl ∀当 w1|t °° [ 降水量 
ux1ux °°时 o„ !… !≤ v个群落的 ∃∆⁄ s ~当降水
量  w1|t °°和降水量  ux1ux °°时 o∃∆⁄ s o
且当降水量为 tu1yx °°时 o∃∆⁄值最大 ∀这是当
时冠层蒸散过程和降水过程相互作用决定的 o受
气象和环境因子影响 o地面水分对大气降水组成
的改造能力不同 o使得雨滴中氢氧同位素组成发
生改变 o如 }降雨量多少 !蒸发量大小 !空气湿度大
小 !林冠的大小等都可能改变氢同位素组成k尹
观 ot|{{ ~°¤∏¯ ετ αλqousssl ∀从亚高山暗针叶林生
态系统提供的气象数据看 o当降雨量为tu1yx °°
时 o蒸发量为最大 o林内蒸发量为 t1t o林外蒸发量
为 w1w o温度也最高 tv ε k如图 u !图 vl∀
温度高时 o水的蒸发速度很快 o水汽之间的同
位素分馏就会出现不平衡 o这时整个生态系统水
体的同位素分馏主要受动力同位素效应支配 o大
气降水的水滴与空气中的水滴发生交换 o使得大
气降水 ∆⁄值升高 o造成 ∃∆⁄ s ∀当温度低时 o
水的蒸发速度很慢 o在水汽界面处已处于同位素
图 t 降水 ∆⁄与林冠穿透水 ∆⁄相关性
ƒ¬ªqt ׫¨ ¦²µµ¨ ¤¯·¬²± ¥¨·º¨¨ ±µ¤¬±©¤¯¯ ∆⁄¤±§·«µ²∏ª«©¤¯¯ ∆⁄
平衡状态 ∀如果水的蒸发是在开放条件下 o即液相得到足够的补充 o则可以认为其同位素组成保持不变 o这
时蒸汽相和液相的分馏系数kΑl就等于轻 !重同位素水分子的蒸汽压之比 o∃∆⁄  sk尹观 ot|{{ ~°¤∏¯ ετ αλqo
usssl ∀
31 3 降水 ∆⁄与壤中流的关系
从图 w可以看出 o降水强度对壤中流 ∆⁄的影响微弱 ∀降水量在 s ∗ ts °°时开始采样 o即采样 ´期kz
月 u{日 ) {月 y日l o降水对壤中流的影响甚微 ∀壤中流 ∆⁄值接近降水 ∆⁄的平均值 ∀降水 ∆⁄的降低引
起壤中流 ∆⁄降低 o这种影响在降雨第 w天才滞后发生 ∀降水量在 ts ∗ us °°时 o即采样 µ期k{月 ts日 ) {
月 t|日l o在降水量 !日平均降水量较大和降水连续性较高时 o如第 µ采样期间 o前 y天几乎每日下一场雨 o
降水 ∆⁄的升高或降低引起壤中流 ∆⁄降低 o这种影响在降雨第 u ∗ v天滞后发生 ∀降水量在 us ∗ vs °°时 o
即采样 ¶期k{月 vs日 ) |月 {日l o前 v天也是每天一场雨 o壤中流 ∆⁄变化曲线随雨水的 ∆⁄变化曲线变
化而有微弱变化 o这种影响在降雨当天或第 u天发生 ∀从图 w可以看出 o{月 vs日 p |月 {日 o连续降大雨 x
天k降水量 ∴ts°°l o{月 vs日降水量最大 o增加到 u{1uy °°时 o降水 ∆⁄值减小 o这是由于降水中重同位素
st 林 业 科 学 wt卷
图 u 降水 ∆⁄与林冠穿透水 ∆⁄的差值k∃∆⁄l随降水量的变化
ƒ¬ªqu ׫¨ ¦«¤±ª¨ ²©§¬©©¨µ¨±·√¤¯∏¨ ¥¨·º¨¨ ±µ¤¬±©¤¯¯ ∆⁄¤±§
·«µ²∏ª«©¤¯¯ ∆⁄²√ µ¨³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±
已优先降落 o云团中留下的为轻同位素 o故导致后来
降水 ∆⁄值减小 ∀
壤中流对雨水的反应 o可以用降雨前土壤浅层
非饱和带降水k旧水l被置换速度的差异来解释 ∀前
期研究k顾慰祖 ot||ul表明 o壤中流中往往含有非本
次降水的成分 o土壤非饱和带壤中流中一定含非本
次降雨的成分 o且此成分在降雨径流过程中存在时
程变化 ~对不同径流组成的流量过程 o非本次降雨所
占比重不同 ∀留存于土壤水中的非本次降水k/ 旧
水0l因新的降水事件而被裹挟 !置换或驱替 o并与本
次降水k/ ∆⁄新水0l共同构成壤中流 ∀任何降雨产
流可以分解为土壤非饱和带旧水 !本次降水和地下
水 ∀פ®¤¶«¬k usssl在使用氢氧同位素技术研究某
山地小流域的径流特征时 o把径流组成分解为事件
水k √¨¨ ±·º¤·¨µl !事前水 k³µ¨2 √¨¨ ±·º¤·¨µl !地下水
kªµ²∏±§º¤·¨µl ∀一定强度降雨发生时 o径流最先受
本次降水即事件水的影响 o本次降水形成坡面流或
图 v 温度和湿度随降水量的变化
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³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ¤°²∏±·
者部分渗入地下融入壤中流 o因此本次降水在雨后
还会有一部分存留在土壤中慢慢释放出来 ~事前水
即土壤旧水在降雨发生时则被本次降水形成的壤中
流挤压出来而影响径流组成 ~壤中流比较稳定 o受降
雨的影响很微弱 ∀
3 .4 穿透水 ∆∆与壤中流 ∆∆的关系
从图 x 可以看出 o随日降雨量的增加 o穿透水
∆⁄随降水 ∆⁄升高k或降低l而升高k或降低l o几乎
同步波动 ∀根据 ≥°≥≥统计分析软件 „‘’∂ „方差分
析表明 o降水 ∆⁄ 与壤中流 ∆⁄ 差异显著 k π €
s1sw|l ~穿透水 ∆⁄与壤中流 ∆⁄差异显著 k π €
s1svvl ∀降水 ∆⁄与穿透水 ∆⁄差异不显著k π €
s1{yvl ∀进一步研究表明 o主要来自于大气降水的
穿透水对壤中流的补给格局与降水对壤中流的补给
图 w 降水量 !降水 ∆⁄和壤中流 ∆⁄随日期的变化
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格局相同 o有补给但不一定是当日当次的直接补给 o
壤中流中含有非本次降水补给的成分 ∀
w 结论
卧龙地区巴朗山亚高山暗针叶林夏季降水 ∆⁄
与降雨量负相关显著k Ρu € s1wxy oπ  s1sxl ∀降水
∆⁄与林冠穿透水 ∆⁄差异不显著 o降水 ∆⁄与壤中
流 ∆⁄o穿透水 ∆⁄与壤中流 ∆⁄差异显著 o从而说明
林冠穿透水主要来源于当次降水 ∀而壤中流一定含
非本次降雨的成分 o是/旧水0和/新水0的混合 ∀
v个不同群落中的降水 ∆⁄与林冠穿透水 ∆⁄的
差值k∃∆⁄l随着降雨量的增大呈偏正态结构 o当
w1|t [ 降水量  ux1ux °°时 o∃∆⁄  s ~当降水量 
tt 第 w期 徐 庆等 }四川卧龙亚高山暗针叶林降水分配过程的氢稳定同位素特征
图 x 穿透水 ∆⁄与壤中流 ∆⁄的变化
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ux1ux °°及降水量  w1|t °°时 o∃∆⁄  s o当
降水量为 tu1yx °°时 o∃∆⁄值最大 o表明影响
穿透水同位素值的因素不仅仅是水分蒸发和植
被对降水的截留 o而应是多种因素k温度 !湿度 !
蒸发等l的综合效应 ∀
受亚高山暗针叶林对大气降水分配和水文
过程的调节作用 o壤中流 ∆⁄相对稳定 ~壤中流
∆⁄及其变化动态与降水有明显差异 o表明其补
给来源受降水的影响 o但不一定是当日当次降
水直接补给 ∀这显示出亚高山暗针叶林植被结
构对壤中流有显著的调控作用 ∀不同的降水强
度对同一植被类型壤中流的 ∆⁄的影响微弱 ∀
当降水量 s ∗ ts °°时 o降水对壤中流的影响甚
微 o壤中流 ∆⁄值接近降水 ∆⁄的平均值 o降水
∆⁄的降低引起壤中流 ∆⁄降低 o这种影响在降雨第 w天才滞后发生 ~当降水量在 ts ∗ us °°时 o在降水量 !
日平均降水量较大和降水连续性较高时 o降水 ∆⁄的升高或降低引起壤中流 ∆⁄升高或降低 o这种影响在降
雨第 u ∗ v天滞后发生 ~降水量在 us ∗ vs °°时 o壤中流 ∆⁄变化曲线随雨水的 ∆⁄变化曲线变化 o这种影响
在降雨当天或第 u天发生 ∀
参 考 文 献
曹燕丽 o卢 琦 o林光辉 qussu1 氢稳定性同位素确定植物水源的应用与前景 q生态学报 ouuktl }tts p ttz
程汝楠 qt|{{1 应用天然同位素示踪水量转换 q见 }刘昌明 o任鸿遵主编 q水量转换 ) ) ) 实验与计算分析 q北京 }科学出版社 ovv p xs
顾慰祖 qt||u1 集水区降雨径流响应的环境同位素实验研究 q水科学进展 ovkwl }uwz p uxw
林光辉 o柯 渊 qt||x1 稳定同位素技术与全球变化研究 q见 }李博主编 q现代生态学讲座 q北京 }科学出版社 otyt p t{{
蒋有绪 qt||x1 世界森林生态系统结构与功能的研究综述 q林业科学研究 o{kvl }vtw p vut
马雪华 qt||v1 森林水文学 q北京 }中国林业出版社
石 辉 o刘世荣 o赵晓广 qussv q稳定性氢氧同位素在水分循环中的应用 q水土保持学报 otzkul }tyv p tyy
尹 观 qt|{{1 同位素水文地球化学 q成都 }成都科技大学出版社
尹 观 o范 晓 o郭建强 o等 qusss1 四川九寨沟水循环系统的同位素示踪 q地理学报 oxxkwl }w{z p w|w
王恒纯 qt||t1 同位素水文地质概论 q北京 }地质出版社 ott p uy
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ut 林 业 科 学 wt卷