滇東南喀斯特小生境土壤水來源與運(yùn)移的穩(wěn)定同位素分析

牟 洋, 范 弢, 戶紅紅

(云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院/云南省高原地理過程與環(huán)境變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500)

研究土壤水分運(yùn)移對(duì)實(shí)現(xiàn)土壤水和地下水的有效利用具有理論和現(xiàn)實(shí)意義.穩(wěn)定同位素作為理想示蹤劑較早被應(yīng)用于土壤水分運(yùn)移的研究[1]，并在土壤水—地下水—植物水—大氣水等水分相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的研究中發(fā)揮著作用，蒸發(fā)引起的分餾效應(yīng)使同位素值產(chǎn)生偏差和降水的差異性補(bǔ)給則是研究基礎(chǔ)[2].國外較早根據(jù)穩(wěn)定同位素的季節(jié)變化來研究不同剖面同位素組成、土壤水分入滲、徑流和地下水補(bǔ)給量等[3-5]，并建立相關(guān)模型.

喀斯特地區(qū)土壤水運(yùn)移主要有優(yōu)先流、活塞流兩種方式.夏季降水很快通過大孔隙滲透，避免了蒸發(fā)損失，在土壤水和地下水補(bǔ)給中起主導(dǎo)作用，根區(qū)優(yōu)先流活躍，而活塞流運(yùn)移廣泛存在[6-8].劉偉等[9]運(yùn)用穩(wěn)定同位素對(duì)比了喀斯特與非喀斯特地區(qū)土壤水運(yùn)移特征差異，喀斯特地區(qū)土壤基質(zhì)流較弱，而非喀斯特地區(qū)隨土層深度增加，基質(zhì)流混合作用增強(qiáng).通過變異系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)比分析桂西北峰叢洼地典型坡面不同覆被及坡位的土壤水分動(dòng)態(tài)變化及其空間變異，表明土壤水分空間差異及變異程度主要受前期降水量、有機(jī)碳、取樣時(shí)間、地勢(shì)和裸巖率的影響[10-11]；表層土壤水穩(wěn)定同位素變化較大，隨土層深度增加變化減少，土壤水分對(duì)降雨響應(yīng)的滯后時(shí)間與前期土壤含水率有關(guān)[12].對(duì)喀斯特峽谷地區(qū)不同生境的土壤物理特征和水分動(dòng)態(tài)研究表明，各生境水分脅迫頻繁發(fā)生，但出現(xiàn)的次數(shù)、程度、持續(xù)時(shí)間各不相同，其中干旱期失水最快的是石槽，其次是石溝，最慢的是土面[13].

滇中巖溶高原鄉(xiāng)土樹種滇青岡(Cyclobalanopsisglaucoides)及其伴生喬木水分利用層位呈現(xiàn)時(shí)空差異，旱季主要利用深層土壤水，并對(duì)表層巖溶帶水利用增加，趨向于利用穩(wěn)定的水源；雨季主要利用淺層土壤水[14].植物根系水力提升會(huì)對(duì)水分進(jìn)行再分配，進(jìn)而對(duì)土壤水分進(jìn)行調(diào)節(jié)，但高粘土含量可能阻礙植物對(duì)土壤水提取[15].滇東南文山州石漠化面積廣，占全省石漠化面積的27.5%，潛在石漠化土地面積大，作為石漠化恢復(fù)樹種的云南松(Pinusyunnanensis)對(duì)貧瘠的土壤環(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，是優(yōu)良的造林樹種[16-17].石漠化程度不同，植物水分利用來源也存在差異，輕、中度石漠化環(huán)境下，植物主要利用土壤水；重度石漠化環(huán)境下，植物對(duì)降水的利用比例增大[18]，這都會(huì)對(duì)土壤水的運(yùn)移產(chǎn)生影響.

目前對(duì)普者黑峰林湖盆區(qū)內(nèi)土壤理化性質(zhì)的空間異質(zhì)性及植物水分利用來源已有研究，但缺乏小生境尺度上土壤水分運(yùn)移的影響研究，本研究通過分析3種小生境垂直剖面土壤水δ18O同位素的組成差異，探究小生境差異及其發(fā)育植被是否對(duì)土壤水運(yùn)移產(chǎn)生影響，并為西南巖溶區(qū)現(xiàn)有植被恢復(fù)模式的合理性以及對(duì)喀斯特山地環(huán)境的適應(yīng)性和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù).

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省文山自治州丘北縣普者黑(103°34′—104°45′E、23°45′—24°28′N)，地處云貴高原南段和廣西丘陵交界地帶，石漠化廣布.面積約165 km2，屬中亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年平均氣溫16 ℃，年平均降雨量1 214 mm，分為明顯的干濕兩季，雨季5—10月，旱季11月—次年4月.研究區(qū)內(nèi)土壤類型為各類石灰土，土層厚度80 cm左右，不同生境有差異.受人類活動(dòng)影響，原生林基本已被破壞，主要植被群落為清香木次生林、小葉羊蹄甲灌叢，以及后期種植的云南松人工林等，小生境類型差異明顯，植被特征等見表1.植被—土壤層—表層裂隙共同構(gòu)成該區(qū)域的表層巖溶生態(tài)系統(tǒng)，其對(duì)水分的蓄持為地下水提供水源，表層巖溶泉發(fā)育，是該地生態(tài)、生產(chǎn)和生活的穩(wěn)定水源.

表1 不同群落小生境組合類型及特征

1.2 研究方法

1.2.1 生境調(diào)查 選取菜花箐山坡上坡位石溝、中坡位土面和下坡位土坡3個(gè)典型小生境進(jìn)行調(diào)查取樣，調(diào)查生境內(nèi)植物種類、基巖裸露率、植被蓋度、土壤類型、枯落物存量等.石溝為構(gòu)造裂隙控制形態(tài)，其間土壤(灰棕色石灰土)充填[19]，土石比≥70%，植物主要是萌生的矮小的小葉羊蹄甲(Bauhiniabrachycarpa)，平均胸徑1.7 cm，高度1.6 m，種植密度0.8株·m-2，基巖裸露率高，喬木層蓋度低；土面發(fā)育在直徑≥0.3 m圓狀或近圓狀的溶痕上，枯落物較多，土層較厚，為暗棕色石灰土，土石比≥40%，樹種清香木(Pistaciaweinmannifolia)，平均胸徑13.4 cm，高度9 m，種植密度0.5株·m-2，喬木層蓋度大；土坡枯落物存量高，土層厚，為黃棕色石灰土，土石比≥80%，樹種為細(xì)葉云南松(Pinusyunnanensisvar.tenuifoli)，平均胸徑17.5 cm，高度12 m，種植密度0.3株·m-2，基巖裸露率低.

1.2.2 樣品采集 選用研究區(qū)2014年5月—2015年4月自動(dòng)監(jiān)測(cè)站相關(guān)氣象數(shù)據(jù)資料，主要有各月平均氣溫、月降水量等.

2014年5月—2015年4月一個(gè)水文年內(nèi)，在每個(gè)月的一次有效降水后采集大氣降水作為降水樣，在露天空曠位置高處放置自制的采集器收集雨水.采集菜花箐泉作為地下水樣，迅速用100 mL聚乙烯塑料瓶密封低溫保存.

根系和木質(zhì)部樣品采集均在晴天上午，同一植株各采集兩個(gè)平行樣.采集清香木和云南松根系，在冠幅內(nèi)中間位置按照10 cm遞進(jìn)挖取30 cm×30 cm×10 cm的土壤柱至1 m，用土壤篩手工選出根系，按根系直徑<5 mm、5～10 mm、>10 mm分級(jí)，洗凈后烘干至恒重計(jì)算根系干重.小枝采樣在無人干擾或干擾較小的樣點(diǎn)逐月進(jìn)行，采集小葉羊蹄甲、清香木和云南松陽面栓化無葉片的小枝，長約3 cm，去除韌皮部保留木質(zhì)部，迅速裝入塑料離心管，密封保存.

雨后，在所選植物冠幅內(nèi)的樹根附近逐月對(duì)3種小生境用土鉆法進(jìn)行土樣采集，取樣深度為20、40、60、80 cm，分別取土樣30 g，混合完全后放入樣品袋密封.

1.2.3 樣品測(cè)定分析 土壤性質(zhì)測(cè)定：土壤容重、總孔隙度和毛管孔隙度采用環(huán)刀法，土壤含水率測(cè)定使用烘干法；土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法，土壤機(jī)械組成測(cè)定采用比重計(jì)法[20].

水樣測(cè)定：土壤水和植物水樣品采用真空抽提法獲取[21].水樣在中國地質(zhì)科學(xué)院桂林巖溶地質(zhì)研究所巖溶地質(zhì)與資源環(huán)境監(jiān)督檢測(cè)中心采用Finnigan MAT-253質(zhì)譜儀測(cè)定，測(cè)定結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水(V-SMOW)標(biāo)準(zhǔn)校正.δD和δ18O實(shí)驗(yàn)誤差分別為0.5‰、0.1‰.

1.3 數(shù)據(jù)處理及制圖

本研究運(yùn)用Iso Source模型計(jì)算植物對(duì)潛在水源的利用比例，運(yùn)行模型前需設(shè)定兩個(gè)參數(shù)：一是來源增量參數(shù)設(shè)置為1%，表示以1%增量賦值植物對(duì)各潛在水源的利用比例；二是質(zhì)量平衡公差設(shè)置為0.1%，表示各水源同位素值被利用比例加權(quán)值之和與植物木質(zhì)部水同位素值的差異不超過0.1%時(shí)，該比例組合被認(rèn)為是可能的組合[22-23].

采用Excel 2016對(duì)降水、土壤水和表層巖溶水樣穩(wěn)定同位素進(jìn)行相關(guān)性分析和變異系數(shù)計(jì)算，并進(jìn)行繪圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小生境水體同位素組成特征及潛在水分來源

研究區(qū)降水水樣δD和δ18O值的范圍分別為-103.2‰～11.0‰、-14.4‰～0.4‰，表現(xiàn)出隨降水量的增大而顯著貧化的降雨量效應(yīng)，但存在滯后效應(yīng)(圖1).研究區(qū)溫度效應(yīng)不明顯，這與年溫差較小，只在冬季溫度偏低，而分為明顯的干濕兩季等因素有關(guān).在5月(旱季末)，穩(wěn)定同位素達(dá)到峰值，隨雨季到來降水增多，同位素逐漸貧化，8月降到最低值，西南季風(fēng)攜帶水汽對(duì)研究區(qū)降水影響強(qiáng)烈.雨季結(jié)束后降水減少，同位素值逐漸升高，12月降水最少，穩(wěn)定同位素富集明顯，出現(xiàn)第二個(gè)峰值，后略有下降又不斷升高.旱季降水同位素的高值說明夏季風(fēng)輸送水汽對(duì)研究區(qū)降水影響小，12月—次年2月降水穩(wěn)定同位素值再次降低，過量氘增大，說明研究區(qū)局地水汽再循環(huán)強(qiáng)烈，對(duì)大氣降水有顯著貢獻(xiàn).

研究區(qū)降水線(local meteoric water line, LMWL)為δD=7.780 3δ18O+10.622 9(R2=0.97,n=12)(圖2)，與全球降水線(δD=8δ18O+10)相比斜率略小，截距偏大.斜率小表示大氣干燥，分子質(zhì)量小的氫同位素比氧同位素分餾速度快，δD偏重的程度大于δ18O，表現(xiàn)為普者黑地區(qū)截距偏大.

對(duì)小生境土壤水δD和δ18O擬合分析，石溝：δD=6.774 4δ18O-11.152(R2=0.952 2,n=48)，土面：δD=7.573 4δ18O-1.485 6(R2=0.971 1,n=48)，土坡：δD=7.082 3δ18O-10.477(R2=0.963 8,n=44).各小生境土壤水穩(wěn)定同位素方程斜率和截距均小于研究區(qū)降水線方程，土面土壤水穩(wěn)定同位素方程截距較石溝和土坡偏大，土壤水δD介于-125.8‰～-27.5‰，δ18O介于-17.4‰～-3.7‰，同位素組成主要落在當(dāng)?shù)卮髿饨邓€右下側(cè)，表明大氣降水是小生境土壤水主要補(bǔ)給源，生境不同蒸發(fā)強(qiáng)度不同，土壤水氫氧同位素發(fā)生不同程度的不平衡分餾，土坡土壤水穩(wěn)定同位素較石溝和土面較偏負(fù).各生境土壤水δD和δ18O分布集中，可能是降雨入滲與土壤中老水發(fā)生混合.研究區(qū)表層巖溶水δD和δ18O的變化范圍分別為-75.3‰～-71.2‰、-10.7‰～-9.7‰，穩(wěn)定同位素值落在降水線右下方，與降水穩(wěn)定同位素相比較貧化，與土壤水相比較富集，對(duì)小生境土壤水進(jìn)行了補(bǔ)給，其變化范圍小于大氣降水和土壤水，進(jìn)而對(duì)土壤水氫氧同位素值產(chǎn)生影響.綜上，降水和表層巖溶水為研究區(qū)土壤水主要的環(huán)境水源.

2.2 不同小生境土壤水δ18O變化特征

雨季，石溝和土面土壤水δ18O波動(dòng)變化明顯，土坡則呈現(xiàn)出快速貧化趨勢(shì)，各生境表層土壤水δ18O值偏高于深層，土坡較石溝和土面土壤水δ18O偏負(fù)(表2)，土壤含水率隨深度逐漸增加，石溝和土面均呈波動(dòng)變化趨勢(shì)(表3).旱季，石溝土壤水δ18O先富集后貧化，土坡土壤水δ18O變化趨勢(shì)與之相反，土面迅速貧化.各生境表層土壤水δ18O值均偏低于深層，土坡深層土壤水δ18O變化范圍最小(-13.3‰～-5.3‰)，土壤含水率隨深度增加，土面與之相反，石溝土壤含水率低.

石溝雨季表層土壤水δ18O變異系數(shù)絕對(duì)值較下層大，旱季時(shí)表層和深層土壤水δ18O變異程度較低(0.16)，土壤基質(zhì)流混合作用較強(qiáng)，下層出現(xiàn)極大值(0.41).土面雨季各層土壤水變異程度均為各生境中最大，土壤水基質(zhì)流混合作用較弱，旱季時(shí)變異程度較低，深層出現(xiàn)最低值(0.10).土坡雨季土壤水δ18O變異系數(shù)絕對(duì)值在40 cm層出現(xiàn)極值(0.38)，表層變異系數(shù)大于深層，旱季時(shí)深層土壤水δ18O變異系數(shù)絕對(duì)值為各生境最大(0.27)，其它各層均較小，土壤基質(zhì)流混合作用強(qiáng).

表2 不同小生境雨季和旱季土壤水δ18O統(tǒng)計(jì)特征1)

1)0～20 cm:表層，20～40 cm:中層，40～60 cm:下層，60～80 cm:深層.

表3 不同小生境雨季和旱季土壤含水率1)

1)0～20 cm:表層，20～40 cm:中層，40～60 cm:下層，60～80 cm:深層.

2.3 不同小生境土壤水δ18O差異分析

2.3.1 石溝土壤水δ18O變化 土面和土坡表層為沙壤土，3種小生境表層以下土層均為黏土(表4)，土壤基質(zhì)流混合作用較弱，但均可能存在活塞流運(yùn)移機(jī)制.石溝小生境雨季土壤水δ18O總體表現(xiàn)為逐漸偏負(fù)，60 cm層土壤含水率快速升高，大孔隙優(yōu)先流明顯.除5月外，各層土壤水δ18O變幅不大，隨雨季到來土壤水δ18O值逐漸降低(圖3).5月表層土壤水δ18O富集，下層迅速降低，其它月份石溝小生境土壤水δ18O隨土壤深度呈波動(dòng)變化，土壤水飽和，降水開始以活塞流入滲.

表4 不同小生境土壤機(jī)械組成1)

1)5～25 cm：表層，25～40 cm：亞表層，80～100 cm：深層，各生境有差異.

旱季，表層土壤水δ18O集聚，至60 cm層波動(dòng)增大后逐漸收縮，是與石溝上層孔隙度大、容重小(表5)，蒸發(fā)旺盛，60 cm層因大孔隙存在，土壤含水率升高，地下水對(duì)深層土壤水進(jìn)行補(bǔ)給有關(guān).雨季到來前表層土壤水δ18O富集，降水通過優(yōu)先流形式迅速補(bǔ)給下層土壤水，使δ18O值降低.60 cm層土壤水δ18O波動(dòng)強(qiáng)烈，變異程度高，表明土壤基質(zhì)流混合作用微弱.1月上層土壤水δ18O幾乎無變化，至60 cm層土壤水δ18O值達(dá)到最高后降低，這與旱季降水稀少，土壤水δ18O富集有關(guān).4月60 cm層土壤水δ18O迅速降到最低值是因降水以優(yōu)先流形式迅速補(bǔ)給該層土壤水，δ18O值迅速貧化[24].

表5 不同小生境土壤理化指標(biāo)

2.3.2 土面土壤水δ18O變化 土面小生境雨季和旱季土壤水δ18O隨深度波動(dòng)變化明顯(圖4)，土壤水以活塞流入滲為主.因上層土壤非毛管孔隙度大，隨雨季到來，降水快速下滲，40 cm層土壤水δ18O值迅速降低.6月土壤水δ18O富集，降水補(bǔ)給存在明顯的滯后效應(yīng)，9月土壤水δ18O才降到最低值，雨季土壤水δ18O總體表現(xiàn)為逐漸偏負(fù).旱季土壤水δ18O變異較復(fù)雜，除1月外，40 cm層土壤水δ18O值均快速減小，可見蒸發(fā)對(duì)小生境表層土壤水δ18O存在影響，1月是旱季40 cm層土壤水δ18O唯一在該層位值升高的月份，土壤水δ18O富集.因前期土壤水滯留，3月植物根系水力提升作用使表層土壤水δ18O富集，下層迅速下降至不變.

2.3.3 土坡土壤水δ18O變化 土坡小生境雨季初和雨季末表層土壤水δ18O值較高，土壤水δ18O值變幅較大(圖5)，分別在60和40 cm層迅速降低，各月土壤水δ18O呈逐漸收縮趨勢(shì)，原因是土坡上層土壤存在大孔隙，土壤水以優(yōu)先流形式運(yùn)移直接補(bǔ)給下層土壤，雨季初云南松對(duì)深層土壤水和表層巖溶水利用比例較高(表6)，根系水力提升作用將下層土壤水提至上層，使淺層土壤水δ18O偏負(fù)；雨季結(jié)束，表層土壤水δ18O開始逐漸富集.旱季各月土壤水δ18O曲線呈波動(dòng)變化，深層均逐漸富集，降水以活塞流方式補(bǔ)給土壤水.20～60 cm土壤水δ18O值貧化，變化幅度小,深層土壤水δ18O值差異較大.

表6 清香木和云南松根系分布特征

2.4 不同小生境植物水分利用分析

從表6可以發(fā)現(xiàn)清香木和云南松細(xì)根含量相當(dāng)，云南松粗根含量高于清香木，并且兩個(gè)樹種的根系剖面分布類似，但是水分利用差別較大.根據(jù)Iso Source模型計(jì)算出植物對(duì)潛在水源的利用比例，可以發(fā)現(xiàn)石溝生境小葉羊蹄甲全年對(duì)各層土壤水和表層巖溶水均有利用(圖6)，水分利用策略屬于機(jī)會(huì)型，5月對(duì)表層土壤水利用率達(dá)40.5%，8月對(duì)中層土壤水和表層巖溶水利用比例分別為27.7%、38.1%，10月對(duì)中、下層土壤水利用比例較高，其它月份對(duì)各層土壤水利用比較接近.雨季，土面生境清香木對(duì)表層巖溶水利用率高，在6月和8月對(duì)表層巖溶水的利用比例達(dá)到64.3%和78.8%，7月清香木可能是利用了前期降水，9月中、下層土壤水的利用比分別為32.1%、39.6%.旱季，1月清香木對(duì)中層土壤水利用比例高達(dá)72.8%，3月對(duì)上、中、下層土壤水利用比例分別為30%、27.3%和30.7%.6月時(shí)，土坡生境云南松對(duì)深層土壤水和表層巖溶水利用比分別為29%和35.2%，8月和9月時(shí)對(duì)巖溶水利用比高達(dá)93.4%和84.4%，10月對(duì)各層土壤水利用比例較為接近.旱季，12月和2月對(duì)下層土壤水利用比例為68.2%和34.8%，在4月對(duì)表層土壤水利用比例達(dá)到52.8%，對(duì)下層的土壤水利用比例只有6.6%，其它月份可能利用了前期降水.正是因各生境上發(fā)育植被的異同，對(duì)土壤水的利用策略差異，從而可能會(huì)對(duì)各生境土壤水的運(yùn)移產(chǎn)生影響.

3 討論

3.1 喀斯特土壤水運(yùn)移機(jī)制

喀斯特土壤水運(yùn)移方式主要有向下補(bǔ)給的活塞流、優(yōu)先流和向上的地表蒸發(fā)、根系水力提升兩種.土壤水δ18O在垂直方向存在波動(dòng)變化，是因降水入滲后與土壤水混合后以均質(zhì)活塞流形式層層向下推進(jìn)引起的[25].當(dāng)某一層位土壤水δ18O值迅速降低，就可能是降水通過大孔隙以優(yōu)先流的形式迅速補(bǔ)給土壤水，使土壤水δ18O值降低.研究區(qū)土壤水δ18O主要落在當(dāng)?shù)卮髿饨邓€右側(cè)，部分落在大氣降水線上，說明蒸發(fā)作用使土壤水δ18O發(fā)生不平衡分餾，導(dǎo)致δ18O大量富集，這與Wenninger et al[26]研究結(jié)果一致.根據(jù)Iso Source模型計(jì)算各潛在水源對(duì)植物水分的貢獻(xiàn)比例[27]，判別生境上發(fā)育植被不同對(duì)各層位土壤水以及表層巖溶水的利用差異，從而確定植被對(duì)土壤水分再分配的影響，進(jìn)一步分析研究區(qū)植被水分利用對(duì)土壤水δ18O的影響.

3.2 喀斯特地區(qū)各小生境土壤水運(yùn)移差異

巖溶區(qū)降水主要損失方式為深層滲漏和壤中流，其次為表層巖溶帶側(cè)滲和地表徑流，這種多界面水文過程共同驅(qū)動(dòng)地表、地下雙層土壤侵蝕，養(yǎng)分流失.巖溶區(qū)本身成土速率慢，導(dǎo)致石漠化問題突出[24].降水對(duì)土壤水補(bǔ)給分為分散面狀入滲和集中灌入式補(bǔ)給，后者在巖溶區(qū)十分普遍，上坡位巖石裸露，缺少土壤緩沖，會(huì)存在灌入式補(bǔ)給[28].巖溶季節(jié)性干旱使得表層土壤水供給不穩(wěn)定，石溝灌叢植被必須通過擴(kuò)展根幅獲取充分的生態(tài)空間，側(cè)根發(fā)育使石溝土壤容重小，孔隙度大，水分狀況良好，這與郭小嬌等[12]的研究結(jié)果一致.土壤水δ18O季節(jié)變化大，優(yōu)先流運(yùn)移方式在全年均有體現(xiàn)，旱季降水少，以優(yōu)先流形式入滲可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水的迅速補(bǔ)給，有助于灌叢植物對(duì)水源和養(yǎng)分的需求，促進(jìn)其生長.根據(jù)地下水δ18O范圍可知地下水也參與了土壤水的補(bǔ)給，雨季小葉羊蹄甲對(duì)中層土壤水和表層巖溶水的利用較多，根系發(fā)揮水力提升作用，吸收表層巖溶水釋放在淺土層使土壤水δ18O值降低.

土面植被優(yōu)勢(shì)種為清香木，各月土壤水δ18O均呈波動(dòng)變化，活塞流推移特征明顯.旱季土壤水δ18O總體變化趨勢(shì)為表層富集，中層波動(dòng)較大至深層逐漸收縮，可見表層土壤水受蒸發(fā)影響強(qiáng)烈，中上層是植被主要的用水層位，深層受地下水影響增大，土壤水δ18O穩(wěn)定且貧化.有機(jī)質(zhì)、黏粒是土壤團(tuán)聚體形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，有機(jī)質(zhì)含量較高，黏粒較少時(shí)，有機(jī)質(zhì)在團(tuán)聚體形成中起主導(dǎo)作用[29].各生境土壤有機(jī)質(zhì)含量遵循隨土層加深迅速衰減的規(guī)律，表層含量較高，土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，土壤透水、蓄水性能良好，抗旱抗沖刷能力強(qiáng)，土壤水文結(jié)構(gòu)功能較好.土面植被優(yōu)勢(shì)種清香木表層根系密度高達(dá)97.29%，土壤有機(jī)質(zhì)和含水率最高，將植物根系分布與土壤水分峰值對(duì)比發(fā)現(xiàn)，吸水根系分布深度位于土壤水分峰值范圍內(nèi)，即吸水根系分布區(qū)域土壤水分含量最高，旱季利用淺層土壤水較多，雨季利用表層巖溶水較多，表明其土壤水文涵養(yǎng)功能較好.

有機(jī)質(zhì)含量低、黏粒較多時(shí)主要靠?jī)?nèi)聚力形成團(tuán)聚體，但該類團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)性差，遇雨易崩解，分散的黏粒隨壤中流入滲堵塞土壤孔隙，入滲率降低，持水能力弱，易干旱[29].黏粒較重會(huì)阻礙植物對(duì)土壤水提取[17]，各生境土壤黏性均較強(qiáng)，但作為石漠化恢復(fù)樹種的云南松其主根深至1 m以上，可利用深層土壤水和表層巖溶水，細(xì)根主要分布在上層，可有效利用表層土壤水，這種二態(tài)根系可從多個(gè)層位獲得水源，幫助其順利度過干旱期，將云南松與原生林混交，干旱季節(jié)原生林通過水力提升將表層巖溶泉和深層土壤水釋放在土壤上層，可以更好的適應(yīng)喀斯特地區(qū)的季節(jié)性干旱，提高水源涵養(yǎng)能力[30].

土坡因其地表枯落物多，植被蓋度大，下層土壤物理性黏粒含量高，可有效形成土壤團(tuán)聚體，減弱蒸發(fā)作用，云南松對(duì)表層巖溶水的水力提升也使土壤水δ18O季節(jié)變化減小且貧化，使含水率呈現(xiàn)隨深度增加逐漸升高的趨勢(shì).旱季各月土壤水δ18O曲線呈波動(dòng)變化，上層土壤水δ18O變化較小，深層差異較大，可見在旱季云南松不僅可利用表層土壤水，也可通過深根系利用地下水進(jìn)而影響土壤水的運(yùn)移.雨季土壤水δ18O呈逐漸收縮趨勢(shì)，云南松主要利用地下水，使深層土壤水δ18O穩(wěn)定貧化，有效調(diào)節(jié)了土壤水分.

4 結(jié)論

(1)喀斯特峰林湖盆區(qū)土壤水運(yùn)移不僅受小生境類型差異和土壤水文特征影響，植物群落的水分利用對(duì)土壤水再分配也會(huì)產(chǎn)生影響.隨著各生境上植被群落的恢復(fù)，成熟的清香木和云南松林相比于灌叢更趨向于利用表層巖溶水等穩(wěn)定的水源，土壤水異質(zhì)性逐漸降低.

(2)石溝小生境雨季表層土壤水δ18O變異程度大，旱季表層和深層土壤水δ18O變異程度較低，混合作用較強(qiáng)，土壤水活塞流和優(yōu)先流并存，以優(yōu)先流補(bǔ)給為主；土面雨季各層土壤水變異程度高，基質(zhì)流混合作用較弱，旱季變異程度較低，深層出現(xiàn)最低值，運(yùn)移模式多為活塞流；土坡雨季土壤水δ18O表層變異系數(shù)大于深層，旱季深層土壤水δ18O變異程度為各生境最大，其它各層均較小，基質(zhì)流混合作用強(qiáng)，以活塞流運(yùn)移為主，上層存在優(yōu)先流.

(3)喀斯特地區(qū)植被恢復(fù)應(yīng)選擇合適的小生境和植被恢復(fù)模式.土壤水分主要來源于大氣降水，在全球氣候變化背景下，降水豐缺會(huì)對(duì)喀斯特石漠化地區(qū)土壤水分動(dòng)態(tài)變化和群落穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，采取的上坡位灌叢，中坡位次生林，下坡位云南松林的植被恢復(fù)模式使土壤水文涵養(yǎng)功能有較好恢復(fù)，石漠化發(fā)生率降低，表明該植被恢復(fù)模式對(duì)喀斯特石漠化的治理起到了積極作用.