摘要
在全球变暖的气候背景下，青藏高原气候正经历快速的变化，高原植被因此也发生了深刻变化，整体呈现出变绿的特征。青藏高原植被变化将通过改变地表能量和水分平衡过程对局地水汽再循环过程产生深刻影响，进而对气候变化产生反馈作用。受印度季风水汽输送通道的影响，青藏高原东南部地区水汽充沛，森林广为发育。强烈的地气交互作用使得该地区的水循环更为活跃。这种活跃的的水循环活动也使得位于雅鲁藏布江水汽通道、受印度季风强烈影响且降水频发的色季拉山地区形成了独有的高海拔原始森林生态系统。研究色季拉山森林生态系统的水循环过程，揭示降水驱动下地表各水体相互联系、转化机制，以及再循环水汽对局地水循环的贡献，能够为明确高原生态系统对气候变化的响应与反馈，保障青藏高原生态系统安全提供理论支持。 本研究基于稳定同位素技术，针对色季拉山森林生态系统水循环过程开展相关实验。首先，在色季拉山森林生态系统内的鲁朗站，以周为单位定期采集了不同水体样品（降水、土壤水、茎干水和叶片水），分析了不同水体稳定同位素之间的相互关系;其次，在色季拉山沿坡向梯度的坡顶、坡中、坡底和人工草场（下文简称“草场”）四个样点采集了土壤水、茎干水和叶片水样品，并利用多源混合模型、平均吸水深度模型以及数理统计等方法揭示了降水入渗进入土壤后的水分运移规律和植物水分利用策略的变化;最后，结合站点实测和IsoGSM2模型稳定同位素数据，量化了色季拉山森林生态系统（鲁朗站和奴下站）的水汽再循环比例。本研究从“自上而下”和“自下而上”两个角度形成水循环过程的闭环开展相关工作，以探明降水-土壤水-植物水-近地表水汽-降水间相互转化过程中的稳定同位素的变化和水分运移规律。取得了以下研究成果: 1)发现叶片水稳定同位素通过蒸发线斜率进行投影转换后，能够在一定程度上“指示”降水稳定同位素的信号，尤其是在季风期（7-9月）。这也意味着，降水稳定同位素经过蒸发线转换能够模拟叶片水稳定同位素变化，进而优化多水体稳定同位素的野外采样方案。此外，发现茎干水稳定同位素能够很好地“继承”土壤水稳定同位素信号(r=0.85，p＜0.01)，且基于二者之间的这种关系，利用“最小体积椭球法”与“最小协方差行列式法”确定椭圆参数，确定了色季拉山森林生态系统植物利用浅层土壤水的比例达到36.2～40.4％。 2)揭示了连续降水事件下色季拉山森林生态系统土壤水分运移的规律与机制，明确了降水对土壤水分的贡献及其主要影响因素。基于稳定同位素技术，发现色季拉山森林生态系统的入渗方式以“活塞流”为主，降水能够驱动浅层位的土壤水以“活塞流”的形式向更深层位运移，导致土壤水同位素偏离大气水线程度最大的层位出现在中层而非表层，进而改变了土壤水同位素的垂直分布。不同样点土壤的物理性质存在差异，导致各样点土壤的水分状况及其对降水入渗的响应程度和速度均有所不同。山坡3个样点降水对土壤水分贡献比例的变化(CRSW)能迅速响应降水事件，降水发生时均有所增加而降水结束后降低;草场样点降水对土壤水分贡献比例的变化对降水事件响应滞后。土壤性质中的田间持水量（即土壤自然状态下贮藏水分的能力）是影响降水对土壤水分贡献比例变化的主要指标(r=0.47，p＜0.01)。 3)探讨了连续降水事件下色季拉山森林生态系统不同样点的植物对潜在水源利用比例和平均吸水深度的变化，分析了降水对各样点植物水分利用策略的影响，明确了影响色季拉山地表水文过程的主要因素为土壤性质，次要因素为植物生物量。色季拉山各样点的平均吸水深度的整体分布为坡顶＞坡底＞坡中＞草场，这一分布与IsoSource模型计算的各样点植物水分利用的主要层位分别保持一致。单生环境下（除坡顶样点外），针、阔叶植物和灌木的平均吸水深度均在连续降水事件影响下不同程度变浅，对更浅层位的土壤水利用比例增加;而坡顶样点恰好相反，随着降水事件增加植物的平均吸水深度有所加深。混生环境下，针叶植物和阔叶植物存在水分竞争。随着降水事件增加，混生针叶植物的水分利用策略与单生针叶植物差异不明显，而混生环境则改变了阔叶植物的水分利用策略。土壤性质是影响色季拉山森林系统水循环过程的主要影响因素，其中土壤饱和含水量和孔隙度是最主要因子;而植物生物量是影响研究区水循环过程的次要因素。 4)量化了色季拉山森林生态系统再循环水汽对局地水循环的贡献比例，发现季风期(6-9月)尽管季风水汽输送通量大，但是外来的季风水汽的贡献比例呈下降趋势，而局地再循环水汽的贡献比例明显增加;而过渡期（5月和10月）再循环水汽对局地水循环的贡献比例降低。季风期间这种季节变化特征是由于季风期降水显著增加，土壤湿度一直很大，导致色季拉山地区的蒸发贡献比例几乎不变，而植物蒸腾的贡献比例随植物生长活动增强一直增加（奴下8月份除外），从而使得局地再循环水汽的贡献比例逐渐增加。因此，植物蒸腾是控制色季拉山地区水汽再循环比变化的主要组分。此外，奴下和鲁朗的水汽再循环比的大小与气温、相对湿度、地表温度和潜热辐射通量均存在不同程度的正相关关系(r＞0.6，p＜0.05)，这表明色季拉山地区的水汽再循环比的整体变化除了主要受到气象因素变化控制外，也受到气象要素与其它要素（土壤要素和下垫面状况）交互作用的影响。
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