栓皮櫟林分枯落物對土壤-植物系統(tǒng)水分運(yùn)動的影響

王 偉 偉

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 北京 102600)

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栓皮櫟林分枯落物對土壤-植物系統(tǒng)水分運(yùn)動的影響

王 偉 偉

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 北京 102600)

摘要：[目的] 分析枯落物層對森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)的作用。 [方法] 利用穩(wěn)定同位素技術(shù)，測定了在旱季和雨季栓皮櫟木質(zhì)部水分以及枯落物層和不同土壤層水分的同位素特征。通過對比不同環(huán)境條件下(干旱期和降雨前后)枯落物層和土壤水分同位素組成的變化，并根據(jù)其與植物莖水分同位素特征的差異判斷栓皮櫟不同季節(jié)的水分利用來源。 [結(jié)果] 在旱季，隨著干旱期的進(jìn)行，對于平均枯落物層厚度，表層0—30 cm土壤水分同位素特征由于蒸發(fā)分餾的影響逐漸變得富集，而對于因?yàn)樘厥獾匦味斐傻奈捶纸饪萋湮飳虞^厚的地方，則土壤水分同位素特征隨著干旱期的進(jìn)行幾乎不發(fā)生變化；栓皮櫟的水分來源主要集中在表層，隨著干旱期的延長沒有發(fā)生變化；在雨季，極端降雨后，土壤同位素特征表明枯落物截留降雨的效應(yīng)明顯，被枯落物截留的雨水以活塞流的形式繼續(xù)向土壤入滲，栓皮櫟的水分來源主要來自于表層0—10 cm枯落物層(分解層)的土壤；土壤剖面水分同位素特征呈現(xiàn)的梯度變化與土壤層的結(jié)構(gòu)有關(guān)。[結(jié)論] 枯落物層的厚度，特別是未分解層，對土壤水分的同位素特征影響有差異；枯落物層的水文效應(yīng)也間接改變了植物的水分利用。

關(guān)鍵詞：枯落物； 穩(wěn)定同位素； 土壤水分； 水分利用

森林枯落物層是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是森林水文效應(yīng)的第二活動層[1-2]，不但具有截持降水、減少侵蝕、阻延地表徑流、補(bǔ)充土壤水分的作用，而且能夠影響土壤營養(yǎng)元素的循環(huán)、植物的水分利用和組成以及能夠抑制土壤水分蒸發(fā)，是植物群落涵養(yǎng)水源、保持水土的主要功能層次，在土壤—植被—大氣連續(xù)體中起著重要的作用[3-5]。而枯落物的這些水文功能與其種類、儲量、分解程度、分布格局及其持水能力有密切的關(guān)系[6]。

在旱季，枯落物抑制土壤水分蒸發(fā)的作用對于干旱半干旱區(qū)土壤水分活性的維持具有重要的作用。周宏偉[7]在塔克拉瑪干沙漠腹地進(jìn)行人工模擬4種不同覆蓋物，包括積沙層、鹽結(jié)皮層、枯落物和積沙-枯落物混合層對土壤水分蒸發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)這些覆蓋物相對于無覆蓋物沙地，蒸發(fā)抑制作用明顯，而且隨著覆蓋物厚度的增加蒸發(fā)抑制效率增加明顯，枯落物的最大蒸發(fā)抑制率高達(dá)78.96%，現(xiàn)實(shí)蒸發(fā)抑制效率為61.74%。申衛(wèi)軍[8]在分析馬占相思和濕地松人工林枯落物層的水文生態(tài)功能時(shí)，也發(fā)現(xiàn)枯落物層減少土壤水分蒸發(fā)的效應(yīng)隨枯落物層厚度和土壤含水量的增大而增加，同時(shí)2種枯落物對徑流留出時(shí)間的阻滯效應(yīng)隨枯落物層厚度的增加呈直線增加?？萋湮飳拥慕亓糇饔靡彩强萋湮飳由鷳B(tài)水文效應(yīng)的一個(gè)重要的方面，通過林冠層后的降水到達(dá)地表時(shí)，枯落物層再次截留部分降水或延緩入滲，從而改變水文過程和水文效應(yīng)[9]。枯落物層對降水的截留是一個(gè)從開始截留降雨到吸水飽和的過程，可分為截留、滲透直至達(dá)到最大(飽和)，截留率逐漸減小。李海軍[10]在研究天山中部不同林齡天然云杉林地表層土壤入滲性能中分析了枯落物層對土壤入滲性能的影響，得出初滲速率與枯落物層的厚度呈極顯著正相關(guān)，枯落物層越厚，地表入滲空隙越大，水分下滲速率越快。汪邦穩(wěn)[11]研究枯落物對降雨徑流分配的影響發(fā)現(xiàn)：枯落物覆蓋能夠有效改善降雨徑流的垂直空間分配，使得地表徑流減少，壤中流和基流顯著增加。另外，森林凋落物的分解還是森林生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)質(zhì)殘?bào)w分解轉(zhuǎn)化的基本過程，是系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分的可利用性和維持森林的生產(chǎn)力具有重要的作用。凋落物在自然條件下，凋落物的自然持水率是影響凋落物分解重要因素之一，凋落物的分解速率隨凋落物自然持水率的升高而增加[12]，而這將進(jìn)一步存進(jìn)植物的生長和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的提高。

水的穩(wěn)定同位素成分被認(rèn)為是水的“指紋”，記錄了大量綜合反映個(gè)系統(tǒng)地球化學(xué)過程、聯(lián)系各環(huán)節(jié)成分特點(diǎn)的環(huán)境信息[13]，在土壤—植物—大氣連續(xù)體中，其分布特征反應(yīng)了一定范圍內(nèi)的水分循環(huán)過程及植物對不同水源的選擇利用能力等[14]。土壤水中的穩(wěn)定同位素變化受大氣降水中穩(wěn)定同位素以及地表蒸發(fā)、水分在土壤中的水平遷移和垂直運(yùn)動等多種因素的影響，因此可以將土壤水中的穩(wěn)定同位素成分作為一種天然的示蹤劑利用其濃度變化提取有關(guān)水在土壤中的遷移、分配的信息[15]。程立平[16]研究黃土塬區(qū)幾種典型土地利用類型的土壤水穩(wěn)定同位素特征時(shí)發(fā)現(xiàn)不同土地利用方式之間土壤水同位素值隨土壤深度增加而趨于一致；相同土地利用條件下，淺層土壤水同位素組成隨時(shí)間推移而變化的程度劇烈，隨土壤深度增加，土壤水同位素值的變化程度減弱，甚至無變化；而且通過對比降水與土壤水同位素值變化發(fā)現(xiàn)，在黃土塬區(qū)，活塞流和優(yōu)先流并存于降水入滲的過程中。王仕琴[17]利用同位素研究不同降水特征、土壤質(zhì)地和植被條件下的入滲過程的差異性，發(fā)現(xiàn)土壤非均質(zhì)條件下，降水入滲補(bǔ)給過程伴隨著蒸發(fā)、植被蒸騰作用以及與土壤前期水分的強(qiáng)烈混合作用，活塞流入滲的同時(shí)土壤100 cm深度可能還存在大孔隙優(yōu)先流，而土壤均質(zhì)條件下降水均勻入滲，土壤水基本以活塞流為主的形式運(yùn)動。

本文利用穩(wěn)定同位素技術(shù)，通過對枯落物、土壤和植物莖干水分的氫氧同位素特征的測定，以期了解枯落物層水文效應(yīng)對土壤—植物系統(tǒng)水分運(yùn)動的影響。

1研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于鷲峰國家森林公園內(nèi)的北京林業(yè)大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)林場，北京市西北郊，太行山系最北端和燕山山脈相會的地方，北緯40°3′46″，東經(jīng)116°5′45″，屬于華北暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫8.5～9.5 ℃，最高氣溫39.7 ℃，最低氣溫-19.6 ℃，≥10 ℃有效積溫3 385～4 210 ℃，無霜期150 d，晚霜于4月上旬，早霜于9月上旬，多年平均降水量600～700 mm，季節(jié)性差異明顯，多集中在7—9月份，占全年降水量的70%以上。植物生長期220天。春季干旱多風(fēng)，晝夜溫差大，降水占全年降水的8%左右，而蒸發(fā)量很大，很容易造成春旱，夏季炎熱多雨，降水集中，秋季冷暖適宜，冬季寒冷干燥，降水量占全年的2%左右。由于自元代以后森林不斷被破壞到清朝末期植被已退化成灌叢和灌草叢，以及少量的次生林和草甸植被等。20世紀(jì)以來，由于人類經(jīng)濟(jì)活動頻繁，僅存的少部分森林也遭受到砍伐，原生植被破壞殆盡。自20世紀(jì)50年代到60年代開始，北京市開展了大規(guī)模的人工造林，使北京低山區(qū)森林不斷恢復(fù)，現(xiàn)在已有側(cè)柏、栓皮櫟、油松、刺槐等片狀的人工林分。

由于自然(地形、降雨、地面物質(zhì)組成和植被)和人為因素(開荒、過度放牧、工礦交通)影響，北京地區(qū)水土流失嚴(yán)重，早在20世紀(jì)50年代北京山區(qū)就已經(jīng)開展水土保持工作[18]，研究區(qū)仍然能夠看到一些坡面水土保持工程措施(干砌片石護(hù)坡，水平階)，特別是在低山區(qū)，這些措施可以攔蓄徑流、沉淀泥沙，改善侵蝕和水分循環(huán)環(huán)境，為植樹造林和植被恢復(fù)創(chuàng)造了良好的條件[19]。

試驗(yàn)樣地海拔400 m左右，北緯40°03′，東經(jīng)116°05′，坡度7.5°，坡向南偏東45°，樣地規(guī)格40 m×60 m，樣地林分為輕度混交林，主要喬木為側(cè)柏和栓皮櫟，林下代表灌木為荊條、孩兒拳頭，栓皮櫟為優(yōu)勢樹種，單木優(yōu)勢度非常明顯，其他伴生樹種幾乎都為被壓木和中庸木，林分密度為1 294株/hm2，建群種比率為58%，平均胸徑為16.2 cm，平均樹高為10.9 m，郁閉度0.85，平均樹齡為53 a。在樣地坡面選擇2個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)分別位于坡下(SPL1，海拔370 m)和坡中(SPL2，海拔397 m)，母質(zhì)為凝灰?guī)r坡積物，由于水土保持工程的原因，土壤層厚度在60 cm左右，黏壤土，碎塊狀結(jié)構(gòu)，在0—60 cm土壤層內(nèi)石礫含量極少，而在60 cm以下石礫含量開始增多，并出現(xiàn)灰白色的風(fēng)化凝灰?guī)r，土壤層顏色變化明顯。由于栓皮櫟枯落物量較大，在前一年落葉后，由于冬春季節(jié)溫度、水分含量較低，分解速度慢，主要分解期集中在雨季和雨季后期，所以采樣期內(nèi)土壤表層有一定厚度的枯落物層，且未分解層和半分解層以及分解層明顯，根據(jù)采樣點(diǎn)位置的差異，枯落物層的厚度也有差異，因?yàn)楸本┒杭径囡L(fēng)，導(dǎo)致坡下一般會積累較厚的枯落物層。通過在坡面不同位置采樣，分析枯落物層對土壤、植物莖干水分同位素特征的影響。

2試驗(yàn)方法

2.1　樣品采集

枯落物層樣品的采集并未按照其分解程度進(jìn)行采集，而是整體采集(半分解層居多)，土壤樣品通過1 m的土鉆，上層0—40 cm土壤每10 cm分層取樣，隨即每20 cm取樣，一直到風(fēng)化基巖層(一般在70 cm左右)。樣品裝入50 ml的塑料離心管中(帶螺紋口)，并用parafilm密封，帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍保存。

(1) 植物樣品采集。在土壤采樣點(diǎn)附近，選取2株成熟的栓皮櫟植株，每株一個(gè)樣品，剪取非綠色的栓化小枝，去皮后迅速放入采樣瓶內(nèi)，用parafilm膜密封，帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍保存。

(2) 降水樣品的采集方法：降水樣品采集地點(diǎn)位于距離試驗(yàn)樣地200 m，海拔120 m和153 m的空曠地，放置2個(gè)鐵質(zhì)收集桶，四周沒有樹木和建筑物，收集桶的上方放置塑料漏斗且在漏斗里放置一個(gè)乒乓球，防止桶內(nèi)的水分蒸發(fā)分餾。將收集的降水樣品放入100 ml的塑料試管中，并立即用parafilm密封，帶回實(shí)驗(yàn)室放入冰箱中冷藏。

2.2　樣品室內(nèi)分析

樣品的室內(nèi)分析在北京林業(yè)大學(xué)水土保持重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，利用低溫真空蒸餾(LI-2000植物土壤水分真空抽提系統(tǒng))的方法提取植物和土壤的水分(Ehleringer et al 2000), 激光液態(tài)水同位素分析儀(Los Gatos Research)應(yīng)用偏軸積分腔輸出光譜的方法，可以在25 cm的腔室中產(chǎn)生大約2 500 m的光路，不同的水分子在這樣的光腔中有區(qū)分明顯的吸收峰，某種分子的絕對數(shù)量可以通過測量某種特定波長激光的吸收狀況得到[20]，對水分樣品同位素豐度δD，δ18O值進(jìn)行測定，其δD，δ18O的測定精度分別達(dá)到0.3‰和0.1‰。測得的植物和土壤水樣中氫氧同位素含量為“與標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水(SMOW)”的千分差，表示為：

δ=(Rsample-Rstandard)/Rstandard×1 000‰

式中：Rsample——水樣中D或18O的濃度；Rstandard——SMOW中D或18O的濃度。

3結(jié)果分析

3.1　降雨分布和降雨、植物莖干水分的同位素特征

由圖1可知，在2013年試驗(yàn)區(qū)的降雨分布呈現(xiàn)出明顯的旱季和雨季的分界，在五月底(0527—0528)近10 mm的降雨后正式進(jìn)入雨季，而之前(旱季)僅僅只有近30 mm的降水，第1次采樣前(0503)實(shí)驗(yàn)區(qū)有近一個(gè)月的無降雨日，到第2次采樣(0525)時(shí)干旱期延長，近50 d的無降雨日。而在雨季降雨頻繁且連續(xù)，同時(shí)伴隨有極端降雨事件，在6—7月間有3次降雨事件降雨量分別達(dá)到42.8，45.6，51.2 mm。收集最近1次(20130715)極端降雨樣品，并在降雨后1 d(20130716)和5 d(20130720)采集土壤和植物樣品，期間無降雨事件發(fā)生。

圖1　采樣期內(nèi)降雨的分布和降雨和栓皮櫟水分同位素特征

根據(jù)植物莖的氧同位素特征，干旱期相較于濕潤期，植物莖水的同位素值偏小，同時(shí)隨著干旱期的延長，植物莖水的同位素值逐漸減小，這可能與栓皮櫟的水分利用策略有關(guān)，在干旱期，水分來源的深度較濕潤期深，而且隨著干旱期的延長，水分利用的深度會逐漸加深。而在濕潤期，長時(shí)間持續(xù)降雨后，植物莖水的同位素值與最近的極端降雨同位素值接近，而之前的小降雨事件的對植物莖水同位素特征幾乎沒有影響，在雨季極端降雨的同位素特征對栓皮櫟的水分同位素特征起決定作用，在經(jīng)過近5 d的無降雨

后，莖干水分同位素特征變化微弱(-6.97‰，-7.21‰)。

3.2枯落物層的水文效應(yīng)對土壤剖面的水分同位素特征的影響

在干旱期的第1次采樣(20130503)，同位素特征的變化如圖2所示。無論坡下還是坡中枯落物層和土壤表層的水分同位素特征，由于長期蒸發(fā)的影響，呈現(xiàn)出明顯的梯度變化，從枯落物層開始，隨著土壤深度的增加，水分同位素特征先逐漸減小，然后趨于穩(wěn)定；在坡下這個(gè)拐點(diǎn)出現(xiàn)在20 cm深度處，而在坡中這個(gè)拐點(diǎn)的更深一些，出現(xiàn)在30 cm土層。隨著干旱期的延長，在第2次采樣(20130525)所得到的同位素特征變化如圖3所示，坡下土壤各層的同位素特征幾乎沒有變化，而土壤坡面的整體變化趨勢也沒有改變，拐點(diǎn)出現(xiàn)的深度正慢慢下移至30 cm，但是可以看出10—20 cm和20—30 cm土層的水分同位素特征差異不如上層明顯；而坡中的土壤層同位素特征變化較為明顯，特別是上層土壤(0—40 cm)同位素特征整體富集，土壤坡面的變化趨勢沒有變化，拐點(diǎn)出現(xiàn)的深度明顯下移至40 cm，在40 cm以下的土層水分同位素特征變化不大。

圖2　干旱期坡下和坡中枯落物層和土壤剖面水分同位素特征

圖3　雨季坡下和坡中枯落物層和土壤剖面水分同位素特征

3.3雨季極端降雨后坡面不同位置枯落物和土壤水分同位素特征

在雨季，根據(jù)采集的未分解層和分解層的枯落物樣品水分同位素特征分析，發(fā)現(xiàn)他們之間有顯著差異，未分解層明顯大于分解層，這種差異的原因不一定是由于表層枯落物層蒸發(fā)富集導(dǎo)致的，可能與降雨過程中同位素特征的變化有關(guān)，本研究采用未分解層(0 cm)的水分同位素特征代表枯落物層水分同位素特征，觀察水分的入滲過程。經(jīng)過長歷時(shí)的連續(xù)降雨后，無論坡中還是坡下，枯落物的同位素特征較表層(0—10 cm)土壤水分同位素特征小，而土壤剖面的同位素特征變化也具有相似性，在上層(<60 cm)土壤水分的同位素特征變化不大，都在-60‰左右，而在60 cm以下的土層，水分同位素特征減小劇烈。這可能與土壤剖面的結(jié)構(gòu)有關(guān)，60—80 cm土層土壤的顏色變化明顯，而且石礫含量較多。在經(jīng)過3 d的無降雨期后，不同位置的表層枯落物水分的同位素特征由于蒸發(fā)而富集，而土壤剖面各層土壤水分的同位素特征變化有差異，坡中上層(0—30 cm)土壤水分同位素特征幾乎沒有變化，而坡下土壤上層(0—30 cm)的水分同位素特征變化明顯，呈現(xiàn)自上而下出活塞流下滲的特征，后形成的土壤水能夠取代先形成的土壤水并將其向下推移，即土壤0—30 cm土層水分的同位素特征保留了采樣前3 d(20130716)枯落物層以及0—20 cm的土壤水分穩(wěn)定同位素組成特征(采樣日期20130720土壤0—10，10—20，20—30 cm的同位素特征分別為-60.58‰，-56.27‰，-58.69‰分別與采樣日期20130716枯落物層以及土壤0—10，10—20 cm水分穩(wěn)定同位素組成-60.78‰，-56.27‰，-60.21‰相對應(yīng))。同時(shí)仍然能夠看到在坡下土壤同位素值劇烈變化發(fā)生在60 cm土層以下，而在坡中土壤剖面在60 cm深度處遇到巖石而無法繼續(xù)取樣。

3.4不同季節(jié)枯落物層水文效應(yīng)對栓皮櫟水分來源的影響

在旱季，根據(jù)枯落物和土壤各層水分氧同位素特征以及植物莖干水分的氧同位素值，通過直接對比法，能夠初步得出栓皮櫟的主要水分來源。在生長季剛開始時(shí)(展葉期，如圖4所示)，坡下和坡中栓皮櫟莖干水分的同位素豐度值(-7.36‰，-7.88‰)比較接近，處在表層0—20 cm土壤同位素特征范圍內(nèi)，但與0—10 cm土層的水分同位素特征更為接近，表明此時(shí)水分主要來源在表層0—10 cm，而隨著干旱期的延長，在干旱期的第2次采樣，土壤和植物的氧同位素特征如圖6所示，相較于生長初期，坡下和坡中的栓皮櫟莖干水分同位素特征都明顯減小(-8.08‰，-10.41‰)，而且不同位置差異明顯，坡中的栓皮櫟莖干水分小于坡下，主要水分來源也變深，在坡下栓皮櫟主要來源與10-20 cm土層，而坡中處栓皮櫟林的水分來源則更深，在30—40 cm深度甚至更深。這可能枯落物層的厚度有關(guān)，坡下枯落物層的厚度較坡中厚，隨著枯落物層厚度的增加，抑制土壤蒸發(fā)的效應(yīng)越大，從而減小了土壤蒸發(fā)損失。

圖4　旱季不同時(shí)期坡中和坡下土壤與植物莖干水分同位素特征

在雨季，當(dāng)利用穩(wěn)定同位素判斷出植物有多個(gè)水分來源時(shí)，通常假定較淺層的土壤為主要的水分來源，因?yàn)橄鄬τ谏顚油寥纴碚f，通常表層土壤水分、養(yǎng)分充足，植物根系分布較多，同時(shí)吸收水分所消耗的能量較少。如圖5所示，坡下和坡中莖干水分同位素值接近(-6.95‰，-7.26‰)，根據(jù)直接相關(guān)法，植物莖干水分同位素值處于枯落物層與表層0—10 cm土壤水分同位素特征之間，可以明顯發(fā)現(xiàn)枯落物層水分(特別是表層未分解層枯落物)對植物水分利用的貢獻(xiàn)。而在經(jīng)過幾天晴天之后，植物莖水同位素值幾乎沒有變化，主要水分來源仍然來自表層枯落物和0—10 cm土壤，但是這時(shí)相對于未分解層，分解層對植物的水分來源貢獻(xiàn)更為明顯。

栓皮櫟利用枯落物層水分不僅僅在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)在野外試驗(yàn)中，枯落物層中生長的根系也進(jìn)一步證明了這個(gè)結(jié)果。這可能與生長季環(huán)境條件有關(guān)，在雨季連續(xù)降水，表層枯落物層不僅水分含量充足，而且此時(shí)溫度和水分含量不僅對土壤微生物活性提高同時(shí)對枯落物層的分解也有利，從而促進(jìn)了養(yǎng)分的釋放，而此時(shí)也是根系生長的活躍期，根據(jù)根系生長的趨性，也有理由確定枯落物層水分對栓皮櫟水分利用的貢獻(xiàn)。

圖5　雨季不同時(shí)期坡中和坡下土壤與植物莖干水分同位素特征

4結(jié)論與討論

4.1　枯落物層對土壤水分同位素特征的影響

在坡面不同位置，以及坡面微地形的變化，枯落物層厚度不均一性，導(dǎo)致了不同位置土壤水分同位素特征的差異。在旱季，坡下與坡中土壤剖面水分同位素特征對比發(fā)現(xiàn)，在坡下出現(xiàn)拐點(diǎn)的深度較淺，同時(shí)隨著干旱時(shí)間的延長，坡下土壤同位素特征的變化也較小，這可能與坡下枯落物層較厚有關(guān)。隨著枯落物層厚度的增加，枯落物層抑制土壤蒸發(fā)的效應(yīng)越大。這是由于土壤表面覆蓋枯落物以后，阻礙了土壤表面蒸發(fā)水分與大氣水汽的直接交換，加大了太陽光的折射、反射和吸收太陽能的增加，蒸發(fā)動力變小，土壤蒸發(fā)量減少；同時(shí)，隨著枯落物厚度的增加，水分子在其中運(yùn)移的距離增大，蒸發(fā)阻力變大，蒸發(fā)量隨之減小。

在雨季，經(jīng)過連續(xù)降雨和極端降雨事件后，雨水對整個(gè)剖面的完全滲潤，不同位置枯落物層和土壤剖面同位素特征具有相同的變化，而在經(jīng)過幾天晴天后，不同位置土壤剖面同位素特征變化不同，主要差異出現(xiàn)在分解層，坡中從未分解層向下，土壤同位素特征無變化，而在坡下，由于活塞流的出現(xiàn)，從未分解層開始，可以發(fā)現(xiàn)明顯的水分驅(qū)替現(xiàn)象。這是由枯落物層的覆蓋增加了地表粗糙度，增大了地表的曼寧粗糙系數(shù)，減緩徑流的速度，增大了降雨徑流與土壤的接觸面，延長了降雨徑流的入滲時(shí)間。增強(qiáng)了降雨量對地表徑流和壤中流的影響。而枯落物層這種延長降雨入滲的效應(yīng)顯然也是隨著其未分解層厚度的增加而增加的。

4.2　枯落物層對植物水分利用的影響

枯落物層對土壤水分特征的改變以及其本身的特性也間接改變了植物的水分利用，在旱季，生長季初期，坡中和坡下栓皮櫟具有相同的水分來源，而隨著干旱期的延長，水分利用的深度出現(xiàn)明顯的差異，坡中位置的水分利用較深。這進(jìn)一步說明了枯落物層厚度的差異對土壤水分蒸發(fā)的抑制作用的不同。而在雨季，枯落物層能夠直接為栓皮櫟提供水分，在前人的研究中很少有具體說明枯落物層對植物水分的貢獻(xiàn)，這可能局部地區(qū)環(huán)境有關(guān)，因?yàn)橄噍^于土壤層，枯落物層的水分蒸發(fā)損失更快，水分變化劇烈，這對植物根系生長來說應(yīng)該是很不利的，而在雨季由于長時(shí)間的連續(xù)降水和極端降水事件，不僅僅使得枯落物層達(dá)到最大持水量，還使得其能夠長期保持大量的水分，而且此時(shí)溫度和水分含量對土壤微生物活性提高和枯落物層的分解也有利，提供了大量的有機(jī)質(zhì)，改良了土壤結(jié)構(gòu)，增加了土壤孔隙，使土壤容重變小。生長季也是栓皮櫟生長和根系更新的活躍期，這些也許是栓皮櫟利用枯落物層水分的原因。

[參考文獻(xiàn)]

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Effects of Litters in Cork Oak Stands on Water Movement of Soil-Plant System

WANG Weiwei

(ChinaRailwayFifthSurveyandDesignInstituteGroupCo.Ltd,Beijing102600,China)

Abstract：[Objective] To analyze the effects of litter layer on forest ecosystem moisture cycle. [Methods] Using stable isotope techniques to measure the moisture inQuercusxylem in dry and wet seasons, and the isotopic characteristics of the litter layer and different soil moisture layers. By contrasting the changes of the composition of litter layer and soil moisture isotopes under different environmental conditions which including before and after periods of drought and rainfall, and based on the differences between the changes and the isotopic characteristics of plant stem moisture, the differences in different seasons of cork oak were estimated. [Results] Firstly, as the drought continues, due to evaporation fractionation gradually, the isotopic characteristics of moisture in surface soil of 0—30 cm become enriched for the average thickness of the litter layer, and the isotopic characteristics of soil moisture almost did not change for the thick undecomposed litter layer caused by special topography. The moisture source of cork oak concentrated mainly in the surface water, and did not change with the drought. Secondly, after extreme rainfall during the rainy season, soil isotopic characteristics indicated litter interception rainfall effect was obvious, the rainwater which was trapped by litter infiltrated to soil in the form of plug flow continuously, the main source of moisture ofQuercuscome from the surface 0—10 cm layer of soil litter decomposition layer. Thirdly, moisture gradient isotopic characteristics of the soil profile was related to the structure of the soil layer. [Conclusion] There are differences in the effects of litter layers’ thickness on soil moisture isotopic characteristics, especially which of undecomposed layer. The hydrological effects of litter in cork oak stands change the plant water use indirectly.

Keywords:litters; stable isotope; soil moisture; water use

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)03-0105-07

中圖分類號：S715-3

收稿日期：2014-04-01修回日期：2014-05-05

資助項(xiàng)目：國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“三北地區(qū)水源涵養(yǎng)林體系構(gòu)建技術(shù)研究和示范”(2011BAD38B05)

第一作者：王偉偉(1987—),男(漢族),山西省臨汾市人,碩士研究生，研究方向?yàn)樯炙募巴凰厮摹?E-mail:wangweiwei1987411@163.com。