帽儿山落叶阔叶林产流及其溶解性有机碳输出的时间动态

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rilton
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随着全球气候变化,极端天气出现频率越来越高,由极端天气引发的极端水文活动也越来越受到重视。春季融雪和夏季洪峰是河流产流的两个重要水文事件,气候变化对这两个水文过程的影响尤为突出。本研究以625 m2的样地和150 hm2的集水区两个空间尺度为研究对象通过监测全年大气降水输入和河流径流输出,同时以高频率取样探究融雪和洪峰两个水文事件可溶性有机碳(DOC)输出时间动态并试分析其变化原因。  2014年3月21日至5月1日融雪期水量平衡场土壤水量输入和输出分别为74.2和15.6 mm,径流率仅为21%;融雪期 DOC输出量与冬季大气输入量基本持平,分别为0.25和0.22 g/m2。融雪高峰期DOC浓度与其瞬时流量的相关性随土层而变。5 cm和35 cm土层DOC浓度与瞬时流量之间均无显著关系;65 cm土层则表现出弱负对数关系,而95 cm土层呈现显著线性正相关。不同土层DOC瞬时通量与瞬时流量之间均极显著正相关,且产流量越大的土层,其正相关回归方程的斜率也越大,表明水文驱动土壤DOC流失。融雪径流产流量和输出DOC通量大小均表现出35 cm>5 cm>95 cm>65 cm趋势,其中5 cm和35 cm土层是DOC的主要输出层,占总输出量的70%。由于土壤的滞留作用,DOC浓度波动范围随土层加深而向低浓度收敛。  2014年融雪期集水区水量输入与输出量均为84 mm,DOC输入和输出量分别为0.29和0.38 g/m2,其中高峰期和平缓期DOC通量分别为0.06和0.32 g/m2。融雪高峰期开始河流径流流量逐渐增大,达到平缓期后基本保持稳定中波动变化;河川径流基流变化趋势与之基本相同,高峰期和平缓期的基流指数分别为0.73和0.90,这说明本地区地下水是融雪期河流主要补给路径。河流DOC浓度在高峰期也显著升高,并在平缓期显著下降并保持稳定,融雪高峰期和融雪平缓期DOC浓度波动范围分别为2.3–12.4mg/L和2.1-7.4 mg/L。  2014年全年共产生6个洪峰,洪峰过程中河流径流输入与输出量分别为322和213 mm,大气降水DOC输入量和河流DOC输出量分别为0.53和1.36 g/m2。随着河流径流增加其DOC浓度也逐渐升高,但由于相关碳库限制河流DOC浓度又快速降低。洪峰期河流径流DOC浓度波动范围为3.21–23.27 mg/L,均值为6.36 mg/L。洪峰期间随着时间推移,DOC浓度与径流线性关系斜率升高,这可能是由于陆地土壤碳库 DOC变化引起的。  2013年11月12日至2014年11月11日全年大气共输入水和DOC分别为648 mm和1.79 g/m2,全年集水区通过河流共输出水量和DOC分别为538 mm和3.15 g/m2。全年降雨主要集中在5月和7月,由于融雪期经过冬季积累,虽然水量输入较少,但DOC输入量却是最高的。全年大气沉降DOC浓度波动幅度为0.13-14.24 mg/L,平均浓度0.27 mg/L,其季节分布表现为生长季初期和末期浓度较高,生长盛期浓度较低的变化趋势, 而且连续降雨过程中林外雨DOC浓度逐渐降低。全年河流DOC浓度波动范围为2.15-23.27 mg/L,平均DOC浓度为5.86 mg/L。融雪期和降雨期的洪峰期间DOC浓度均出现明显升高。河流 DOC浓度与河流径流以及河水温度呈显著线性正相关关系,但5-6月以及10-11月DOC浓度与河水温度呈负相关关系,这可能是河流径流流量对其产生的影响。  对比融雪期和洪峰期对全年河流碳水输出贡献发现,融雪期 DOC输出量仅为全年12%,河流水输出量也仅为14%,融雪期河流DOC浓度为4.45 mg/L,低于全年平均水平,洪峰期河流径流量和DOC输出量占全年的43和39%,本地区生长季洪峰对全年碳水输出贡献比较均衡,河流DOC平均浓度为6.36 mg/L,略高于全年河流 DOC平均浓度。因此,融雪期对全年DOC输出没有产生特殊贡献,这可能是由于融雪水量输入不足和土壤渗透性较高造成的;洪峰期是河流碳水输出的主要时期,但洪峰期河流碳水输出主要是由于此期间径流增大引起,河流DOC浓度上涨贡献较小。
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