施秉喀斯特地区岩表枯落物对白云岩溶蚀的影响作用初探

摘要

岩溶生态环境具有脆弱性，已经引起了国内外越来越多学者广泛的关注和研究，随着对岩溶生态系统研究的不断深入和发展，学者们开始重视生物在岩溶发育过程中发挥的作用。目前国内外对藻类、苔藓、地衣、微生物的溶蚀效果研究较多，对高等植物的枯落物的溶蚀效应研究几乎没有。本研究以白云岩喀斯特世界自然遗产地施秉云台山为研究区，以云台山五种优势林型（常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、针阔混交林、硬叶林和针叶林）的枯落物为研究对象，通过野外采样和室内实验分析了不同林型的枯落物自身的持水能力和持水特性，并揭示了不同林型枯落物对白云岩持水性能不同的影响作用。通过野外监测、对比不同类型枯落物覆盖下的和无枯落物覆盖的岩表微气候的差异，探讨了不同类型的岩表枯落物对岩表微气候的改善作用。通过以上研究初步揭示了不同类型的岩表枯落物对白云岩溶蚀的间接的影响作用。研究结论如下： （1）五种林型的枯落物储量差异较大，针叶林和硬叶林枯落物半分解层和未分解层的储量均要多于针阔混交林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林。而常绿阔叶林和常绿落叶阔叶混交林则储量偏少，针阔混交林枯落物的储量居中。硬叶林和针叶林枯落物的最大持水量总量相近，均大于常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林和针阔混交林。枯落物的最大持水量和枯落物的储量是相关的，枯落物的储量越大，最大持水量越大。五种林型的最大持水量均是半分解层大于未分解层，半分解层的持水能力较高，未分解层的持水能力较低。常绿阔叶林的最大持水率最高，针叶林的最大持水率最低。针叶林的自然含水率最小，最大拦蓄量和有效拦蓄量都最大，硬叶林次之，针阔混交林居中。常绿阔叶林和常绿落叶阔叶混交林自然含水率高，最大拦蓄量和有效拦蓄量低于针叶林、硬叶林和针阔混交林。五种林型枯落物持水量和持水率均随着浸泡时间增加以对数函数形式增加，吸水速率随着浸泡时间增加以幂函数形式减小。 在白云岩喀斯特生态系统中，各个林型植被枯落物储量越大，其分解产生的腐殖质有机碳和CO2含量越高。降水的化学性质在先后淋溶了枯落物层和土层后发生很大的变化，其碳酸、有机酸的含量大大上升，水中的可溶性盐增加，pH值降低，因此侵蚀白云岩基岩的能力大大加强。 （2）有枯落物覆盖的五个样本失水量均远大于单独的白云岩岩片样本，其中差异最为显著的是常绿阔叶林，其失水量达到了单独岩片样本的11.1倍 ，最小为针叶林样本，为单独岩片样本的4.9倍，失水量从高到低依次为常绿阔叶林样本＞常绿落叶阔叶混交林样本＞硬叶林样本＞针阔混交林样本＞针叶林样本。蒸发失水率从小到大依次为针叶林（70%）、针阔混交林（83%）、常绿阔叶林（86%）、常绿落叶阔叶混交林（90%）以及硬叶林（90%），有枯落物覆盖的五个样本持水量较单独的岩片样本提高了3.9到7.3倍不止，此外在5种林型中，针叶林林型样本能保持更多比例的水分。 通过进一步分析可以认为，雨后，白云岩在枯落物的覆盖下岩表可保持一层水膜；而相对干旱时，有枯落物覆盖的白云岩又可直接从空气中吸收一定水分。这都大大增加了岩石的持水量，使得水岩相互作用时间延长，从而在一定程度上促进出露白云岩表面的溶蚀。 （3）不同林型枯落物表层气温日变化规律具备一致性，最高和最低气温时间相同，最高时间为中午12点，最低为早上8点，总体来说，监测区域的气温，A层（岩表10cm以内）气温要明显高于B层(岩表10-20cm)气温，即接近枯落物层的气温均低于周围气温，差值最为显著的时间段为中午12点。相较于有枯落物覆盖的岩体，裸露的岩面A层与B层温度差值最大，均高于五种林型相对应时间的温度差值。五种林型枯落物覆盖区域，8点A层和B层湿度均变化不大，但12点以及18 点时湿度均为A层大于B层，湿度最大时均为早8点，最小为中午12点，总体从测量的数据来看，有枯落物覆盖各点各时段测量的湿度均显著高于裸岩岩面。近地表层CO2通量从大到小依次为：0.83umol/m2/s（针叶林型）＞0.67umol/m2/s （常绿落叶阔叶混交林）＞0.58umol/m2/s （常绿阔叶林）＞0.45umol/m2/s （硬叶林）＞0.43umol/m2/s（针阔混交林）＞0.18umol/m2/s（裸露白云岩面），五个林型的CO2通量均大于裸露白云岩面。因此可知，枯落物的覆盖通过对白云岩表温湿度的调节改善了岩表微环境，有利于岩表微型生态系统中的生物生长发育和新陈代谢活力，加速了生物呼吸作用产生大量CO2；与此同时，枯落物在微生物降解过程中也产生大量CO2，因此使岩面与大气间CO2的交换量及交换速率得到加强，最终大大加强对白云岩的溶蚀。

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