全 文 ：第 wv卷 第 t期
u s s z年 t 月
林 业 科 学
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¤±qou s s z
四川卧龙亚高山暗针叶林土壤水的氢稳定
同位素特征 3
徐 庆t 刘世荣t 安树青u 蒋有绪t 林光辉v
kt1 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重点实验室 北京 tsss|t ~
u1 南京大学生命科学学院 南京 utss|v ~ v1 中国科学院植物研究所稳定同位素实验室 北京 tsss|vl
摘 要 } 根据 ussv年夏季测得的四川卧龙自然保护区亚高山暗针叶林地区 v个不同群落的降水 !土壤水 !浅层地
下水k泉水l氢稳定同位素含量k∆⁄l o分析土壤剖面各层次土壤水氢稳定同位素的变化规律及其与水分迁移的关
系 ∀结果表明 }tl土壤表层k枯枝落叶层l水 ∆⁄受降水 ∆⁄的直接影响 o并且与降水 ∆⁄有相同的变化趋势 ~ul„ !… !
≤群落土壤垂直剖面的土壤水 ∆⁄空间分布形式反映了降水 ∆⁄的时间变化特征 ∀s ∗ us ¦°上层土壤水 ∆⁄值很
低 ous ∗ ws ¦°时迅速升高 oxs ∗ ys ¦°时基本稳定 oxs ∗ ys ¦°深层土壤水 ∆⁄受浅层地下水 ∆⁄的影响增强 ~vl土壤
水 ∆⁄介于降水 ∆⁄与浅层地下水 ∆⁄之间 o表明卧龙亚高山暗针叶林土壤水源于降水与浅层地下水 ∀在一次性降
水 tw1{ °° 后 x天内 o降水对枯枝落叶层的贡献率最高为 zx1w| h ∗ ||1|t h o对 s ∗ x ¦°土壤水的贡献率次之为
yy1y{ h ∗ {v1st h o对 vs ∗ ws ¦°土壤水的贡献率为 uw1xs h ∗ {s1xz h o对 xs ∗ ys ¦°土壤水贡献率最低为 ut1uu h
∗ u|1tz h ~wl浅层地下水 ∆⁄受降水 ∆⁄的直接影响不明显 o变化幅度很小 o浅层地下水 ∆⁄的稳定性说明地下水代
表了多年降水的平均状态 ∀
关键词 } 土壤水 ~氢稳定同位素 ~暗针叶林 ~四川卧龙
中图分类号 }≥ztw 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlst p sss{ p sz
收稿日期 }ussy p sx p s{ ∀
基金项目 }|zv项目kussu≤…tttxswl !|w{项目kussy p w p swl以及中国科学院/百人计划0对林光辉的资助项目 ∀
3 刘世荣为通讯作者 ∀
Χηαραχτεριστιχσ οφ Ηψδρογεν ΣταβλεΙσοτοπειν Σοιλ Ωατερ οφ ΣυβpΑλπινε ∆αρκ
Χονιφερουσ Φορεστ ιν Ωολονγ oΣιχηυαν Προϖινχε
÷∏±¬±ªt ¬∏≥«¬µ²±ªt „± ≥«∏´¬±ªu ¬¤±ª≠²∏¬∏t ¬± Š∏¤±ª«∏¬v
kt1 ΚεψΛαβορατορψοφ Φορεστ Εχολογψ ανδ Ενϖιρονµεντo Στατε Φορεστρψ Αδµινιστρατιον Τηε Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστ Εχολογψo Ενϖιρονµεντ ανδ
Προτεχτιον o ΧΑΦ Βειϕινγ tsss|t ~ u1 Σχηοολοφ Λιφε Σχιενχε o Νανϕινγ Υνιϖερσιτψ Νανϕινγ utss|v ~ v1 Λαβορατορψοφ Θυαντιτατιϖε ςεγετατιον Εχολογψo
Ινστιτυτε οφ Βοτανψo Χηινεσε Αχαδεµψοφ Σχιενχεσ Βειϕινγ tsss|vl
Αβστραχτ } ׫¨ ²¥­¨¦·¬√¨ ²©·«¬¶³¤³¨µº¤¶·²§¨·¨µ°¬±¨ ·«¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³¶¥¨·º¨ ±¨·«¨ ¥¨«¤√¬²µ¶²©¶·¤¥¯¨¬¶²·²³¨ ¦²±·¨±·¶k∆⁄l
¤±§·«¨ ³¤·¨µ±¶²©º¤·¨µ·µ¤±¶³²µ·¤·¬²±¬±³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±o¶³µ¬±ªº¤·¨µ¤±§¶²¬¯ º¤·¨µq • ¤·¨µ¶¤°³¯ ¶¨º¨ µ¨ ·¤®¨ ±©µ²°v ¦²°°∏±¬·¼
·¼³¨¶²©¶∏¥p¤¯³¬±¨ §¤µ®¦²±¬©¨µ²∏¶©²µ¨¶·¬±·«¨ • ²¯²±ª‘¤·∏µ¨ • ¶¨¨µ√¨ ²©≥¬¦«∏¤± °µ²√¬±¦¨ o≤«¬±¤o§∏µ¬±ª·«¨ ¶∏°°¨ µ²©ussv1
׫¨ µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §}tl ׫¨ ∆⁄¬± ¶∏µ©¤¦¨ ¶²¬¯ k ¬¯·¨µ ¤¯¼¨ µl º¤·¨µº¤¶§¬µ¨¦·¯¼ ¤©©¨¦·¨§¥¼ ∆⁄ ²© ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ¥¨¦¤∏¶¨ ·«¨¼
§¬¶³¯¤¼¨ §¶¬°¬¯¤µ§¼±¤°¬¦¶~ul ׫¨ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±³¤·¨µ±²©∆⁄©²µ·«¨ ¶²¬¯³µ²©¬¯¨ ¶²©·«¨ v ¦²°°∏±¬·¬¨¶µ¨©¯ ¦¨·¨§·«¨ ¦«¤±ª¨ ²©∆⁄
©²µ·«¨ ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±q׫¨ ∆⁄√¤¯∏¨¶º¨ µ¨ ²¯º¬±·«¨ ∏³³¨µ¶²¬¯ ¤¯¼¨ µks ∗ x ¦°l o¬±¦µ¨¤¶¨§µ¤³¬§¯¼¬±·«¨ °¬§§¯¨¶²¬¯ ¤¯¼¨ µkvs ∗
ws ¦°l o¤±§¥¨¦¤°¨ ¶·¤¥¯¨¬±·«¨ ²¯º¨ µ¶²¬¯ ¤¯¼¨ µkxs ∗ ys ¦°l ~vl ≥²¬¯ º¤·¨µ∆⁄¬±·«¨ ¶∏µ©¤¦¨ ¤¯¼¨ µ¶¨ °¨¨ §·² ¥¨ ¤¯¶²
¬±©¯∏¨±¦¨§¥¼·«¨ ∆⁄ √¤¯∏¨¶¬± ¶«¤¯ ²¯º ∏±§¨µªµ²∏±§ º¤·¨µ~wl ׫¨ ∆⁄ √¤¯∏¨ ²©¶²¬¯ º¤·¨µµ¤±ª¨§ ¥¨·º¨ ±¨ ·«¨ ∆⁄ √¤¯∏¨ ²©
³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ¤±§·«¤·²©∏±§¨µªµ²∏±§º¤·¨µoº«¬¦«¬±§¬¦¤·¨§·«¤·¥²·«³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ¤±§∏±§¨µªµ²∏±§º¤·¨µº¨ µ¨ ·«¨ ¶²∏µ¦¨¶²©
¶²¬¯ º¤·¨µ¬±·«¨¶¨ ¶∏¥p¤¯³¬±¨ §¤µ®¦²±¬©¨µ²∏¶©²µ¨¶·¶q •¬·«¬±x §¤¼¶²©¤tw1{ °°µ¤¬± √¨¨ ±·o·«¨ ¦²±·µ¬¥∏·¬²±²©³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±·²
¶²¬¯ º¤·¨µ§¨¦µ¨¤¶¨§ º¬·«¬±¦µ¨¤¶¨ ²©¶²¬¯ §¨³·«}zx1w| h ∗ ||1|z h ¬±·«¨ ¬¯·¨µ ¤¯¼¨ µoyy1y{ h ∗ {v1st h ¬± s ∗ x ¦°o
uw1xs h ∗ {s1xz h ¬± vs ∗ ws ¦°o¤±§ut1uu h ∗ u|1tz h ¬± xs ∗ ys ¦°oµ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ qxl ׫¨ ∆⁄ √¤¯∏¨ ²©¶«¤¯ ²¯º
∏±§¨µªµ²∏±§º¤·¨µ¦«¤±ª¨§ ¬¯·¯¨¤±§º¤¶±²·¶¬ª±¬©¬¦¤±·¯¼ ¤©©¨¦·¨§¥¼·«¨ ∆⁄ ²©³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±q׫¨ ¦²±¶·¤±·√¤¯∏¨ ²© ∆⁄ °¤¼
¶∏ªª¨¶··«¤·¶«¤¯ ²¯º ∏±§¨µªµ²∏±§º¤·¨µµ¨³µ¨¶¨±··«¨ ¤√¨ µ¤ª¨ ¦²±§¬·¬²±¶²©³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ²√¨ µ·«¨ ¼¨ ¤µ¶q
Κεψ ωορδσ} «¼§µ²ª¨±¶·¤¥¯¨¬¶²·²³¨ ~¶²¬¯ º¤·¨µ~¶∏¥p¤¯³¬±¨ §¤µ®¦²±¬©¨µ²∏¶©²µ¨¶·~ • ²¯²±ªo≥¬¦«∏¤±
土壤水稳定同位素变化受大气降水稳定同位素 !地表蒸发以及水分在土壤中的水平和垂直运动等多种
因素的影响 ∀近年来 o因稳定同位素技术具有很高的灵敏度和准确性 o在生态学研究领域得到了广泛的应
用 o为水循环研究提供了新的手段k林光辉等 ot||x ~石辉等 oussv ~孙双峰等 oussxl ∀在国外 o有关土壤水稳
定同位素的研究较多kƒ¤«¨ ¼ ετ αλqot|{{ ~פ®¤¶«¬ousss ~⁄²±¤¯§ ετ αλqoussv ~ Μαρφια ετ αλqousswl ∀国际原子
能机构和世界气象组织kŒ„∞„Π•  ’l也倡导用稳定同位素方法来管理水资源 o并已开始利用稳定同位素来
研究地下水的移动k≥¨ ±·∏µ® ετ αλqot|zs ~ƒµ²«¯¬¦«ot||yl o并对降水到地下水过程中稳定同位素的变化进行了
评估k≤¤·ετ αλqot||yl ∀在中国 o有关土壤水中稳定同位素变化及其在水文循环中所起的作用却还知之甚
少 ∀田立德等kussul对青藏高原中部土壤水中稳定同位素变化进行了初步报道 ∀尹观等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 ∀但中国在这方面的研究仍然不足 ∀
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 ∀卧龙
亚高山暗针叶林位于长江上游 o是长江重要支流 ) ) ) 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 ∀徐庆等kussx ~ussyl对卧龙亚高山暗针叶林中降水 !穿透水稳定同位素的变化特征已做了
初步研究 o但对于土壤水稳定同位素的变化研究还未见报道 ∀ussv年 o在卧龙亚高山暗针叶林中进行了土
壤坡面各层次土壤水稳定氢同位素的示踪研究 o旨在定量分析降水在卧龙亚高山暗针叶林土壤剖面垂直方
向的运移过程及降水对不同深度土壤水的贡献率 o以探讨森林植被 !地被层和地下层结构对水循环过程的调
控能力 o为揭示森林植被对区域水资源的调控机制提供科学依据 ∀
t 研究区概况
研究区位于四川卧龙自然保护区邓生亚高山暗针叶林生态系统定位研究站ktsuβx{χutδ ∞ovsβxtχwtδ ‘~
海拔 u {sx °l附近的岷江冷杉kΑβιεσφαξονιαναl暗针叶林内 ∀本区属青藏高原气候区 o主要受西风急流南支
和东南季风的影响 ∀根据 usst ) ussv年卧龙亚高山暗针叶林生态定位站资料 o本区气温以 tu月最低 o平均
气温 p x1u ε oz月最高 o平均气温 us1w ε o年均气温 w1v ε o年相对湿度 {s1t h ∀年均降水量 {{w1uw °° o降
水天数 uss §以上 ~t月平均降水量 x1| °° oz月平均降雨量 t|v1t °° o降雨量集中在 x ) |月份 o占全年降雨
量的 {t1sz h ∀风向以北风及东北风为主 ∀年蒸发量 zzu1x °° o日照时数 t t{x1w «∀
本研究选择的亚高山暗针叶林是四川卧龙地区中部及西北侧分布最广 !蓄积量最大的针叶型森林 ∀林
下土壤主要为发育于灰岩 !千枚岩 !玄武岩等基质的山地棕色暗针叶林土 ∀乔木层高 ts ∗ vx ° o盖度 xs h ∗
zs h ∀岷江冷杉组成了暗针叶林乔木层的主要树种k盖度 ws h l o少量红桦 k Βετυλα αλβοpσινενσισl !糙皮桦
k Βετυλα υτιλισl和铁杉 k Τσυγα χηινενσισl 构成亚层 ∀灌木层高 s1x ∗ ts ° o盖度 ws h ∗ ys h o主要有冷箭竹
k Βασηανια φανγιαναl和华西箭竹k Φαργεσια νιτιδαlk盖度 ws h l o伴生有陇塞忍冬k Λονιχερα τανγυτιχαl !鞭打绣球
k Ηεµιπηραγ µα ωαλλl !桦叶荚 kςιβυρνυµ βετυλιφολιυµl和鞘柄拔葜k Σµιλιξ σιανσl等k盖度 x h l ∀草本层高 x ∗ ys
¦° o盖度 vs h o主要有膨囊苔草 k Χαρεξ λεηµανιιl和阔柄蟹甲草k Χαχαλιαλατιπεσl等 ∀地被层厚 u ∗ y ¦° o盖度
zs h o塔藓k Ηψλοχοµιυµ σπλενδενσl和山羽藓kΑβιετινελλα αβιετιναl等构成较为发达的苔藓层 ∀枯枝落叶层厚 v ∗
tx ¦°∀
u 研究方法
211 野外采样
研究地点设在卧龙亚高山暗针叶林生态系统定位站暗针叶林中 o沿海拔梯度每 tss °选择 t个固定的
典型样地kts ° ≅ ts °l o共设 „ !… !≤ v个样地 ∀ „样地海拔 u zxs ° kvsβxtχutδ ‘otsuβx{χt|δ ∞l o…样地海拔
u {xs °kvsβxtχtyδ ‘otsuβx{χusδ ∞l o≤ 样地海拔 u |xs °kvsβxtχusδ ‘otsuβx{χuuδ ∞l ∀v 个样地群落特征和生
境特点见文献k徐庆等 oussxl ∀
在暗针叶林研究地附近约 vs °处无林地气象站采集降水 o在 „样地土深 t1x °处采集泉水k浅层地下
水l ∀共采集 |个水样 o其中降水样 x个 o泉水 w个 ∀野外收集降水样 !浅层地下水k泉水l样后立即装入塑料
瓶密封 o并在低温ks ∗ x ε l实验室保存 ∀收集降水和浅层地下水的时间为早晨 { }ss ∀
在 „ !… !≤ v个样地各挖一个典型的土壤垂直剖面 o剖面特征见表 t ∀
| 第 t期 徐 庆等 }四川卧龙亚高山暗针叶林土壤水的氢稳定同位素特征
表 1 土壤剖面特征
Ταβ .1 Χηαραχτεριστιχσ οφ σοιλ προφιλε
土壤层次
≥²¬¯ ¤¯¼¨ µ
土层深度
≥²¬¯ ¤¯¼¨ µ
§¨³·«Π¦°
样地 ≥¤°³¯¨³¯²·
„ … ≤
s 枯枝落叶层¬·¨µ¯ ¤¼¨ µ w ∗ z ¦° x ∗ ts ¦° z ∗ tx ¦°
p t s ∗ x 腐殖质层 o根多‹∏°∏¶«²µ¬½²±o °¤±¼µ²²·¶
腐殖质层 o根多
‹∏°∏¶«²µ¬½²±o°¤±¼µ²²·¶
腐殖质层 o根多
‹∏°∏¶«²µ¬½²±o°¤±¼µ²²·¶
p u x ∗ ts 腐殖质层 o根多‹∏°∏¶«²µ¬½²±o °¤±¼µ²²·¶
含腐殖质 o根多
Œ±¦¯∏§¨¶·«¨ «∏°∏¶o°¤±¼µ²²·¶
腐殖质层 o根多
Œ±¦¯∏§¨¶·«¨ «∏°∏¶o°¤±¼µ²²·¶
p v ts ∗ us 淀积层 o根多Œ¯ ∏¯√¬¤¯ «²µ¬½²±o°¤±¼µ²²·¶
淀积层 o根多
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含腐殖质 o根多
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p w us ∗ vs 淀积层 o根多Œ¯ ∏¯√¬¤¯ «²µ¬½²±o°¤±¼µ²²·¶
淀积层 o根多
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淀积层 o根多
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p x vs ∗ ws 淀积层 o根少Œ¯ ∏¯√¬¤¯ «²µ¬½²±o©¨ º µ²²·¶
淀积层 o根少
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淀积层 o根少
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p y ws ∗ xs 母质层 o根少¤·¨µ¬¤¯ «²µ¬½²±o©¨ º µ²²·¶
母质层 o夹碎石 o根少
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母质层 o根少
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p z xs ∗ ys 母质层 o夹碎石 o根少 ¤·¨µ¬¤¯ «²µ¬½²±o¬±¶¨µ·¶²°¨ §¨·µ¬·∏¶o©¨ º µ²²·¶
母质层 o夹碎石 o根少 ¤·¨µ¬¤¯ «²µ¬½²±o
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母质层 o夹碎石 o根少 ¤·¨µ¬¤¯ «²µ¬½²±o
¬±¶¨µ·¶²°¨§¨·µ¬·∏¶o©¨ º µ²²·¶
ussv年 {月 ts ) tw日 o{月 ty ) us日 o每天收集土壤剖面枯枝落叶层 !腐殖质层ks ∗ x ¦°l !淀积层kvs
∗ ws ¦°l和母质层kxs ∗ ys ¦°l土样kts天 ≅ w层次 ≅ v个坡面 € tus个l ∀隔天k{月 ts !tu !tw !ty !t{和 us
日l收集枯枝落叶层和土壤不同深度ks ∗ x !x ∗ ts !ts ∗ us !us ∗ vs !vs ∗ ws !ws ∗ xs和 xs ∗ ys ¦°l处土壤样ky
天 ≅ w层次 ≅ v个坡面 € zu个l o立即装入采样瓶密封 o低温保存 ∀收集土壤样的时间为早晨 { }ss ) tsΒss ∀
共采集土样 t|u个 ∀
212 样品分析
在南京大学生命科学院同位素实验室内用蒸发冷却的方法提取土壤水 ∀所有水样 ∆⁄的测定由中国科
学院植物研究所稳定同位素实验室 ⁄¨ ·¯¤³¯∏¬ ÷°稳定同位素比率质谱仪完成 ∀ ∆⁄用高温气体转化方法测定 o
∆⁄标准误差为 ? x ϕ ∀
氢稳定同位素组成采用千分偏差值k∆l法表示 o即根据国际上规定统一采用待测样品中某元素的同位
素比值k⁄ΠΗl与标准物质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 ∆值k尹观 ot|{{l ∀
∆∆ € k ∆ΠΗl¶°¤³¯¨ p k ∆ΠΗl≥’ •k ∆ΠΗl≥’ • ≅ ts
v
式中 }k ∆ΠΗl¶¤°³¯¨为样品 ∆ΠΗ的比值 ok ∆ΠΗl≥’ •为标准平均海水 ∆ΠΗ比值 o∆值单位为 ϕ ∀
213 贡献率
通过水体 ∆⁄对比 o可知水体的水分来源k≥·¨µ±¥¨µª ετ αλqot|{z ~⁄¤º¶²± ετ αλqot||t ~≥·¨µ±¥¨µª ετ αλqo
t||t ~Šµ¨ªªot||t ~°«¬¯¯¬³¶ ετ αλqot||xl ∀并可以用简单的两端线性混合模型来确定每一种来源所占的比例
k • «¬·¨ ετ αλqot|{xl ∀当 u种水源 ∆⁄不同时 o该水分 ∆⁄一定介于二者之间 ∀将具有较大 ∆⁄值的水源作为
富集端 o具有较小 ∆⁄值的水源作为消耗端 o则土壤水分中消耗端水源所占的比例为 }
Π≤ € ∆⁄Α p ∆⁄¶∆⁄Α p ∆⁄¦ ≅ tss
式中 }Π≤ 为土壤水分中消耗端水源所占的比例 o∆⁄Α !∆⁄¦和 ∆⁄¶分别为富集端水源 ∆⁄!消耗端水源 ∆⁄和
土壤水分 ∆⁄∀
214 气象数据处理
气象数据k降水量 !温度 !湿度和蒸发量等l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 ∀采用林内气象站自计雨量计k⁄≥u型 o天津气象仪器厂l测量天然降水量k Πl o并与约 vss °
外的邓生定位站 ≥t 型标准雨量计做比较 ∀
215 数据处理
数据处理运用 ≥°≥≥统计分析软件 o并进行回归分析 !Φ检验和均值比较 ∀
st 林 业 科 学 wv卷
v 结果与讨论
311 暗针叶林土壤剖面垂直结构特点
卧龙自然保护区亚高山暗针叶林位于巴郎山阴坡 o水分条件好 o整个高度上植被和土壤发育很好 o所研
究的不同海拔高度 „ !… !≤ v个样地土壤垂直剖面分为 w个层次 o即枯枝落叶层 !腐殖质层 !淀积层和母质层 ∀
„样地 }枯枝落叶层 w ∗ z ¦°o腐殖层 z ∗ ts ¦°o根系深 ys ¦°∀ …样地 }枯枝落叶层 v ∗ ts ¦° o腐殖层 w ∗ z
¦° o根系深 wy ¦°∀ ≤样地 }枯枝落叶层 z ∗ tx ¦°o腐殖层 z ∗ tt ¦°o根系深 yt¦°∀
312 不同深度间土壤水 ∆∆关系
根据 ≥°≥≥ o对土壤剖面各层次土壤水 ∆⁄进行 „‘’∂ „方差分析 o结果表明 }„ !… !≤ 样地 y天及 ts天的
各剖面及各层次土壤水 ∆⁄差异均不显著k Ё s1sxl ∀因此 o„ !… !≤ v个样地各剖面及各层次土壤水 ∆⁄均
可以作为 v个重复使用 ∀
313 不同深度土壤水中 ∆∆的变化
图 t v个样地不同深度土壤水 ∆⁄均值变化
ƒ¬ªqt ∆⁄¤√¨ µ¤ª¨ ²©¶²¬¯ º¤·¨µ¬± §¬©©¨µ¨±·§¨³·«¬±·«µ¨¨³¯²·¶
图 tk¤l为 ussv年 {月 |日降水 tx1z °°后 ots !tu !tw及 us日枯枝落叶层和各层次土壤水 ∆⁄的变化 ∀
从图 tk¤l可以看出 o降水第 u天 o枯枝落叶层水 ∆⁄值较低k∆⁄€ p {u1stz ϕ l ∀s ∗ us ¦°土壤水 ∆⁄值低且
变化幅度小k p {v1xwv ϕ ∗ p {u1stz ϕ l ∀us ∗ xs ¦°土壤水 ∆⁄值迅速升高 o变化幅度较大k p {s1|uw ϕ ∗
p zs1vz{ ϕ l ∀{月 |日降水 ∆⁄为 p {v1vww ϕ o雨后第 u天 o土壤上层 s ∗ us ¦°土壤水 ∆⁄对应于这次降水
过程 o表明该次降水在第 u天到达 us ¦°的深度 o而且这次形成的降水还没有渗入 vs ∗ ys ¦°的深度 ∀在第 w
天 os ∗ us ¦°土壤水 ∆⁄值变化幅度小k p z|1|wv ϕ ∗ p {w1sxz ϕ l ~vs ∗ xs ¦°土壤水 ∆⁄值迅速升高 o变化
幅度较大k p y|1uyu ϕ ∗ p {s1uwy ϕ l ~继续往下 oxs ∗ ys ¦°土壤水 ∆⁄为 p yz1{zz ϕ ∀从图 tk¤l可见 o在 {
月 ts !tu !tw和 us日 w天 oxs ∗ ys ¦°土壤水 ∆⁄平均值为 p y{1u{v ϕ o∆⁄最低值为 p y|1wz ϕ o∆⁄最高值为
p yz1z{y ϕ o标准误差为 s1wst o在 ∆⁄试验标准误差 ? x ϕ 范围内 o表明一次降水 tx1z °°后k雨后有小雨l o
xs ∗ ys ¦°土壤水 ∆⁄趋于稳定 ∀
由图 tk¥l可见 o{月 tx日降水 tw1{ °°后第 u天枯枝落叶层水 ∆⁄为 p {u1tzv ϕ os ∗ us ¦°土壤水 ∆⁄
较低且变化幅度较小k p {u1tzv ϕ ∗ p {w1vxt ϕ l o向下到 vs ∗ xs ¦°土壤水 ∆⁄迅速升高 o且变化幅度较大
k p {u1tuz ϕ ∗ p zs1v{u ϕ l o到 xs ∗ ys ¦°土壤水 ∆⁄值趋于稳定 o{月 tw !ty !t{及 us日 w天中 oxs ∗ ys ¦°
土壤水 ∆⁄均值为 p yz1{yz ϕ o最低值为 p y{1zvx ϕ o最高值为 p yz1xtt ϕ o标准误为 s1vt{ o在 ∆⁄试验标
准误差 ? x ϕ 范围内 o表明降水 tw1{ °°后k雨后无雨l oxs ∗ ys ¦°土壤水 ∆⁄趋于稳定 o接近于浅层地下水
∆⁄值 ∀
可见 o不同深度k层次l土壤水 ∆⁄的空间分布实际上很好地记录了降水从地表向地下渗浸的过程 o用土
壤水稳定同位素的变化来研究水分在土壤中的迁移过程不失为一种有效的方法 ∀
土壤水 ∆⁄受降水 ∆⁄的影响 o在土壤上层最明显 o沿土壤坡面由上向下 o这种影响越来越弱 ∀ ∆⁄的波
tt 第 t期 徐 庆等 }四川卧龙亚高山暗针叶林土壤水的氢稳定同位素特征
动为 s ∗ us ¦°上层土壤最明显 ous ∗ xs ¦°时 ∆⁄迅速升高 oxs ∗ ys ¦°以下时 ∆⁄趋于稳定 ∀xs ∗ ys ¦°土
壤水为前期降水和浅层地下水的混合 ∀造成这种变化的可能原因为 }tl浅层地下水与接近地下水的土层间
水分交换相当活跃 o造成接近浅层地下水面的土壤水受浅层地下水的影响较大 o因此 ∆⁄变化较小 ~ul降水
从地表向地下渗透的过程中 o新降水并没有完全替代深层土壤中原有的水分 ∀
314 地表层土壤水 ∆∆随采样时间的变化
图 u 不同水分 ∆⁄值日变化
ƒ¬ªqu ⁄¤¬¯¼ §¼±¤°¬¦²© ∆⁄√¤¯∏¨ ²©√¤µ¬²∏¶º¤·¨µ
测量森林中枯枝落叶层和表层土壤水 ∆⁄的
一个主要目的是研究地表层蒸发对枯枝落叶层水
和表层土壤水 ∆⁄的影响 ∀由于暗针叶林中同一
植被类型 v个不同海拔高度 „ !…和 ≤ 样地枯枝落
叶层和各层次土壤水 ∆⁄差异不显著 o因此 o„ !…
和 ≤ v个样地枯枝落叶层水 ∆⁄和各层次土壤水
∆⁄可以作为 v个重复使用 ∀
图 u给出 ussv年夏季卧龙暗针叶林中土壤坡
面结构中枯枝落叶层 !腐殖层ks ∗ x ¦°l !淀积层
kvs ∗ ws ¦°l和母质层kxs ∗ ys ¦°l土壤水 ∆⁄随采
样时间的变化 ∀从图 u可以看出 o枯枝落叶层水
∆⁄和 s ∗ x ¦°表层土壤水 ∆⁄的波动幅度小于降
水 ∆⁄o但林中枯枝落叶层和 s ∗ x ¦°表层土壤水
∆⁄变化与降水 ∆⁄的变化趋势一致 o显示出枯枝
落叶层和 s ∗ x ¦°表层土壤水中 ∆⁄受降水 ∆⁄控
制 ∀
在 {月 tx日降水k降水量为 tw1{ °°l以后的
数天内 o几乎无雨k降水量极小 o可以忽略不计 o见
图 v 蒸发量和降水量日变化
ƒ¬ªqv ⁄¤¬¯¼ §¼±¤°¬¦¶²© √¨¤³²µ¤·¬²±¶¤±§³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±¶
图 vl o所以枯枝落叶层和 s ∗ x ¦°表层土壤水 ∆⁄
在此后数天内主要受 {月 tx日降水的影响 ∀{月
tx ) t|日 o随林外 !林内蒸发量增高 o枯枝落叶层
水和 s ∗ x ¦°表层土壤水 ∆⁄逐渐升高 o但变化幅
度不大 o枯枝落叶层水 ∆⁄与 {月 tx日降水 ∆⁄较
接近k图 ul ∀
315 降水对不同深度土壤水的贡献率
从图 t !u 可以看出 o在卧龙亚高山暗针叶林
中 o土壤水 ∆⁄介于降水 ∆⁄与浅层地下水 ∆⁄之
间 o表明土壤水主要来源于降水与浅层地下水 ∀
{月 tx日降水 tw1{s °°后 x §内 o降水对暗针
叶林中土壤坡面结构中枯枝落叶层 !腐殖质层ks ∗
x ¦°l !淀积层kvs ∗ ws ¦°l和母质层kxs ∗ ys ¦°l的
贡献率列在表 v中 ∀从表 v可以看出 o在一次性降
水 tw1{ °°后 o降水对暗针叶林中枯枝落叶层的贡献率最高kzx1w| h ∗ ||1|t h l o对 s ∗ x ¦°深处土壤水的
贡献率次之kyy1y{ h ∗ {v1st h l o对 vs ∗ ws ¦°深处土壤水的贡献率较低kuw1xs h ∗ {s1xz h l o对土壤坡面
下层 xs ∗ ys ¦°深处土壤水的贡献率最低kut1uu h ∗ u|1tz h l ∀而浅层地下水对 xs ∗ ys ¦°深处土壤水的贡
献率较高kzs1{v h ∗ zz1u{ h l o进一步表明 xs ∗ ys ¦°深处土壤水为降水 !浅层地下水的混合体 ∀
316 土壤水 ∆∆与浅层地下水 !河水 ∆∆的关系
从图 w可以看出 o„样地从地表层土壤水到 txs ¦°浅层地下水k泉水l o氢稳定同位素的变化很大 ∀表层
ks ∗ x ¦°l土壤水 ∆⁄与降水 ∆⁄的变化趋势相当一致 ~而深层kxs ∗ ys ¦°l土壤水 !浅层地下水 ∆⁄的变化相
当小 o并且对降水 ∆⁄变化的直接响应也很弱 ∀降水对深层土壤水和浅层地下水 ∆⁄的影响微弱 o可以用土
ut 林 业 科 学 wv卷
表 3 1418 µ µ 降水对不同深度土壤水的贡献率
Ταβ .3 Χοντριβυτιον ρατε οφ πρεχιπιτατιον 1418 µ µ ον σοιλ ωατερ ιν διφφερεντ λαψερσ
不同深度土壤水
≥²¬¯ º¤·¨µ¬± √¤µ¬²∏¶¶²¬¯ ¤¯¼¨ µ
项目
Œ·¨°
月 p日 ²±·«p ⁄¤¼
s{ p tx s{ p ty s{ p tz s{ p t{ s{ p t| s{ p us
降水 ∆⁄ •¤¬±©¤¯¯ ∆⁄Πϕ p {u1t|t
浅层地下水 ≥«¤¯ ²¯º ∏±§¨µªµ²∏±§º¤·¨µ ∆⁄Πϕ p yv1t|w
枯枝落叶水 ¬·¨µº¤·¨µ ∆⁄Πϕ p {u1tzv p z{1yut p z{1vuu p z{1z{v p zz1xvx
贡献率 ≤²±·µ¬¥∏·¬²±µ¤·¨Πh ||1|t {t1ut z|1yv {u1sy zx1w|
s ∗ x ¦°土壤水 s ∗ x ¦° ¶²¬¯ º¤·¨µ ∆⁄Πϕ p {u1x|x p z{1|yv p zz1xzz p zy1vxz p zx1{yt
贡献率 ≤²±·µ¬¥∏·¬²±µ¤·¨Πh {v1st zx1zt y|1u| yy1y{
vs ∗ ws ¦°土壤水 vs ∗ ws ¦°¶²¬¯ º¤·¨µ ∆⁄Πϕ p z{1xs p zt1svx p zs1{u p zs1{zy p yz1{w{
贡献率 ≤²±·µ¬¥∏·¬²±µ¤·¨Πh {s1xz wt1uz ws1tw ws1ww uw1x
xs ∗ ys ¦°土壤水 xs ∗ ys ¦°¶²¬¯ º¤·¨µ ∆⁄Πϕ p yz1|tt p yz1yv p y{1zvx p yz1uuy p yz1z{y
贡献率 ≤²±·µ¬¥∏·¬²±µ¤·¨Πh uw1{v uv1vx u|1tz ut1uu uw1tz
图 w ∆⁄值日变化
ƒ¬ªqw ⁄¤¬¯¼ §¼±¤°¬¦²© ∆⁄√¤¯∏¨
壤浅层非饱和带在降雨前就已存在的非本次降水
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已经发现 }地表径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共同构成地表径流k顾慰祖 o
t||ul ∀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®¤¶«¬kusssl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¨p
√¨¨ ±·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因活塞流
) ) ) 即因本次降水的作用而导致的壤中流被挤压出来影响径流组成 ~地下水和河水则比较稳定 o受降雨的影
响很微弱 ∀
深层土壤水 !浅层地下水 !河水最终受降水的影响 o但降水对深层土壤水 !浅层地下水 !河水的直接影响
并不十分显著 ∀深层土壤水和浅层地下水 ∆⁄的稳定性说明深层土壤水 !地下水代表了多年降水的平均状
态 o而不是一个夏季降水的总和 ∀卧龙亚高山暗针叶林深层土壤水 !地下水在水量平衡中起着重要作用 ∀深
层土壤水 !壤中流和地下水对一个地区水中稳定同位素的变化起着显著的缓冲作用 o使得深层土壤水 !地下
水 o以至于河水 ∆⁄随时间的变化远小于降水 ∀
w 结论
tl卧龙亚高山暗针叶林枯枝落叶层和腐殖层较厚 o表层土壤水 ∆⁄表现出与降水 ∆⁄一致的变化趋势 o
显示出表层土壤水 ∆⁄受降水 ∆⁄控制 ∀
ul卧龙亚高山暗针叶林 v个不同群落中土壤水 ∆⁄介于降水与浅层地下水 ∆⁄之间 ∀表明卧龙亚高山
暗针叶林土壤水主要源于降水与浅层地下水 ∀在一次性降水 tw1{ °°后 x天内 o降水对土壤坡面枯枝落叶
层的贡献率最高kzx1w| h ∗ ||1|t h l o对上层腐殖质层 s ∗ x ¦°的贡献率次之kyy1y{ h ∗ {v1st h l o对vs ∗ ws
¦°淀积层的贡献率较低kuw1xs h ∗ {s1xz h l o对 xs ∗ ys ¦°母质层贡献率最低kut1uu h ∗ u|1tz h l ∀
vl „ !… !≤群落中土壤垂直剖面土壤水 ∆⁄的空间分布形式反映了降水 ∆⁄的时间变化特征 ∀土壤剖面
vt 第 t期 徐 庆等 }四川卧龙亚高山暗针叶林土壤水的氢稳定同位素特征
中不同层位土壤水 ∆⁄在表层变化最大 o向下变化幅度越来越小 oys ¦°以下土壤水 ∆⁄趋于稳定 o并逐渐接
近地下水 ∆⁄值 ∀
wl浅层地下水 ∆⁄受降水 ∆⁄的直接影响不明显 o变化幅度很小 o浅层地下水 ∆⁄的稳定性说明浅层地
下水代表了多年降水的平均状态 o而不是一个夏季降水的总和 o该地区地下水在水量平衡中起着重要作用 ∀
地下水对一个地区水中稳定同位素的变化起着显著的缓冲作用 ∀
参 考 文 献
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‘∏·l q×µ¨ ¶¨o| }utw p ut|
≥ ±¨·∏µ® ƒ o…∏µ¶¤¯¬≥ o’°¤¼ ≠ o ετ αλqt|zs1 Œ¶²·²³¨ ·¨¦«±¬´∏¨¶¤²²¯¬¨§·²ªµ²∏±§º¤·¨µ°²√ °¨ ±¨·¬±·«¨ Ž²±¼¤³¯¤¬±qŒ„∞„ §¨¬·²µ¬¤¯ ¶·¤©©¨§q ∂¬¨±±¤ }Œ¶·²³¨ ¬±
‹¼§µ²¯²ª¼qŒ„∞„ °∏¥¯ qotxv p tyt
≥·¨µ±¥¨µª§≥ o≥º¤µ·° Žqt|{z1˜·¬¯¬½¤·¬²± ²©©µ¨¶«º¤·¨µ¤±§²¦¨¤± º¤·¨µ¥¼ ¦²¤¶·¤¯ ³¯¤±·¶²©¶²∏·«¨µ± ƒ¯ ²µ¬§¤q∞¦²¯²ª¼oy{ }t{|{ p t|sx
פ®¤¶«¬≥¤·¬²qusss1 • ∏±²©©¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶¬± ¤¶°¤¯¯ °²∏±·¤¬± ¥¤¶¬± ¥¼·«¨ ∏¶¨ ²©«¼§µ²ª¨ ± ¤±§²¬¼ª¨ ± ¶·¤¥¯¨¬¶²·²³¨¶q¬°²±²¯²ª¼ oktl }utz p uuw
• «¬·¨ • ≤ o≤²²® ∞ • o¤ºµ¨±¦¨  • o ετ αλqt|{x1׫¨ ⁄Π‹ µ¤·¬²¶²©¶¤³¬±·µ¨ ¶¨}¬°³¯¬¦¤·¬²±¶©²µº¤·¨µ¶²∏µ¦¨¶¤±§·µ¨¨µ¬±ª ⁄Π‹ µ¤·¬²¶q Š¨ ²¦«¬°¬¦¤ ·¨
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k责任编辑 于静娴l
wt 林 业 科 学 wv卷