庐山不同海拔植物蒸腾水龄动态及用水策略 植物生态学报    2024, 48 (9): 1104-1117.   DOI: 10.17521/cjpe.2024.0022

图4 研究期内庐山低海拔(A)和高海拔(B)不同土层含水率变化特征。

正文中引用本图/表的段落

由图4可知, 在任何情况下低海拔表层与深层土壤的土壤含水率均显著大于中层土壤(p < 0.05)。2020年8月至2021年10月土壤含水率呈先升后降的趋势, 降水对各土层含水率都有显著的影响(p < 0.05), 在雨季各土层水分补充明显。2020年8-10月、2021年2-4月、2021年5-10月土壤平均含水率分别为18.2%、22.7%、14.68%, 其中3、4月土壤水分状态最好, 平均土壤含水率分别为23.7%、23.6%。

除了水龄总体水平的差异, 马尾松和黄山松的变化趋势也截然相反。马尾松在3-4月的水龄水平是一年中最低的, 而黄山松3-4月是最高的。马尾松根系在20-100 cm土层分布较为均匀, 根系生物量占比的标准差低于黄山松, 所以适应性好, 成活率高(Lakshmanan et al., 2017; 庞志强和余迪求, 2020), 吸水层的切换更为自由(蔡鲁等, 2015; 刘自强, 2019; 李慧等, 2021), 不同季节水龄的差异性也更高(Dawson & Pate, 1996; Eggemeyer et al., 2009; Amin et al., 2020), 水龄的波动幅度也更高(Suz et al., 2014; Dubbert et al., 2019; Luo et al., 2023)。此外, 对于低海拔蒸腾水龄的季节性变化, 9月中旬至10月底水分状况较差, 但是暴雨次数很少, 仅占总降雨天数的10.91%, 小雨和中雨占比高, 所以相对于雨季, 9月中旬至10月底对深层土壤的补充作用较好, 且深层水源相对稳定。所以在9-10月低海拔马尾松主要利用深层水, 考虑到降水在深层土壤的停留时间长, 蒸腾水龄在观测期内较大, 随着雨季到来, 降水对浅层土壤的补充明显, 土壤水分状况也是研究期内最佳的阶段, 植被倾向于吸收消耗能量少的浅层水(杨菲等, 2022; 吴应明等, 2023), 这也是导致3-4月马尾松水龄小的原因。高海拔黄山松在2021年3-4月主要吸水层在浅层, 根系也主要分布在0-40 cm (83.5%), 但是水龄却是观测期内最大的, 这可能与水分在土壤中的运动路径和蒸腾抑制有关。在2021年3-4月, 降水量充沛(总计869.6 mm), 土壤水分水平高(含水量平均35.8%), 而平均根区补偿比例仅为31.2%, 降水可能通过优先流的形式绕过根区入渗到更远处或更深层土壤(牛健植等, 2006), 无法被植被利用, 从而使蒸腾水龄变大。此外, 有研究表明, 庐山地区的多种针叶树在土壤水分处于过饱和状态时, 表层根系的活性会降低。高海拔的土壤在水分条件最好的3-4月份, 长期处于过饱和状态(图4A), 这种缺氧条件阻碍了植被的生长发育和生存。水涝胁迫会诱发生理机制的改变, 缺氧环境通常会导致净光合速率大幅下降。蒸腾和光合的减少归因于气孔关闭, 进而影响蒸腾水龄, 使蒸腾水龄变大(Else et al., 2001; Ashraf et al., 2011)。

本文的其它图/表

• 图1 庐山地区不同海拔植物。
  
• 表1 庐山山区样地概况
  
• 图2 2020-2021年庐山地区不同海拔气象因子季节性变化。A, 低海拔。B, 高海拔。
  
• 图3 庐山地区不同海拔氢氧稳定同位素组成(δ²H、δ¹⁸O)。A, 低海拔。B, 高海拔。
  
• 图5 庐山地区的根系生物量分布。A, 马尾松。B, 黄山松。C, 栓皮栎。D, 短柄枹栎。
  
• 表2 庐山地区不同海拔优势植物平均蒸腾水龄(d)
  
• 图6 庐山优势植物水分来源季节性变化(平均值±标准差)。A, 马尾松。B, 黄山松。C, 栓皮栎。D, 短柄枹栎。
  
• 图7 庐山典型植被根区水分补偿比例(β)季节变化图。
  
• 图8 考虑时间来源(A、C)与不考虑时间(B、D)来源的水分来源对比图(平均值±标准差)。A, 马尾松。B, 黄山松。C, 栓皮栎。D, 短柄枹栎。