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森林与水的关系是生态学和森林水文学研究的热点之一,在全球变化背景下,降水格局变化会对淡水湿地森林生态系统水文过程产生最直接和最重要的影响。淡水湿地森林具有调节气候、蓄洪防旱、净化水质和保持区域生态平衡等重要功能,研究淡水湿地森林水文过程及其对降水格局变化的响应机制,可为淡水湿地森林资源保护和利用、退化淡水湿地森林恢复和重建等提供科学依据。稳定同位素技术具有较高的灵敏度和准确性,研究分析淡水湿地森林中大气降水、地表水、地下水、土壤水和植物水(“五水”)氢氧同位素特征,可解决生态系统水文过程中的一些关键科学问题。长江三角洲地区的城市化进程和全球变化影响着该区域水文和生态系统的稳定性,本研究选择浙江绍兴汤浦水库库区三种不同类型的淡水湿地森林(阔叶林、针阔混交林和针叶林),运用氢氧稳定同位素技术,系统、定量和动态地阐明水文过程中各水体氢氧稳定同位素变化特征、不同量级降水对各层土壤水的贡献率、优势树种的水分利用策略等,初步揭示淡水湿地森林对水文过程的调控作用,为我国长三角地区淡水湿地森林水循环过程的定量研究奠定良好基础。主要结论如下:(1)浙江绍兴汤浦水库库区大气降水线为δD=8.36δ18O+14.92;降水δD介于-147.5‰~2.7‰之间,δ18O介于-19.05‰~-1.17‰之间;降水量效应显著;干季降水水汽主要来源于相对干燥的内陆地区;湿季降水水汽主要来源于湿度较高的西太平洋、印度洋。(2)库区土壤水主要来源于大气降水和浅层地下水;不同量级降水后9天内,枯落物层水δD对降水δD的响应最显著,小雨对各林中枯落物层水贡献率为4.2%~46.4%,对表层土壤水(0~20 cm)贡献率为6.1%~42.2%;降水事件(不同量级降水)是影响降水在土壤剖面入渗的主要因子(p<0.001),降水在不同类型湿地森林土壤剖面中的入渗过程存在一定差异(p=0.003)。小雨(降水量≤10 mm)9天内,降水在针阔混交林土壤中滞留时间最长(6天),阔叶林次之(5天),针叶林最短(3天);中雨(10 mm<降水量≤25 mm)后9天内,降水在针阔混交林土壤中滞留时间最长(8天),阔叶林次之(7天),针叶林最短(6天)。(3)林中优势植物水主要来源于大气降水、雨前土壤水和浅层地下水。不同量级降水后9天内,降水事件是影响植物水δD和不同树种对该次降水利用率的主要因子,各林中优势植物对降水的利用率为:阔叶林(8.6%~56.4%)>针阔混交林(7.1%~52.8%)>针叶林(13.0%~32.5%)。林中优势树种的水分利用来源存在差异,土壤表层(0~20cm)根系丰富的树种,如北美枫香(Liquidambar styraciflua)对小雨的利用率较高(45.2%~1.5%),而根系分布较深的树种,如美洲黑杨(Populus deltoides)对中雨的利用率峰值为64.7%,对大雨的利用率高达88.0%。(4)不同淡水湿地森林林中降水、地表水、地下水、土壤水和植物水这“五水”存在转化关系。不同量级降水后,大气降水、雨前土壤水和浅层地下水可转化为林中各优势树种植物水;土壤水受大气降水和浅层地下水的双重补给,降水通过入渗补给转化为土壤水和浅层地下水。库区地表水和地下水之间存在转化关系(y=0.91x-3.61,R2=0.598,p<0.05),且均与当地大气降水关系密切。(5)汤浦水库库区淡水湿地森林对其生态系统水文过程具有一定的调控作用。该淡水湿地森林的枯落物层和土壤层的水文效应反映了针阔混交林对水文过程的调控作用比阔叶林及针叶林强。小雨和中雨后9天内,80~100 cm土壤水δD值分别介于-34.1‰~-34.9‰之间和-31.6‰~-25.1‰之间,深层土壤水δD较稳定,表明淡水湿地森林对降水量≤20 mm的降水在土壤剖面入渗过程具有一定调控作用,且针阔混交林的调控作用优于阔叶林和针叶林。建议今后在我国长三角地区开展退化淡水湿地森林植被恢复和重建过程中,应考虑将根系分布不同的针叶树种和阔叶树种进行混交,例如将本研究中的针叶树种池杉(Taxodium ascendens)与根系分布较浅的北美枫香、河桦(Betula nigra)等及根系分布较深的美洲黑杨等阔叶树种进行混交,多树种合理配置,以保持该群落稳定性,同时增强淡水湿地森林对全球降水格局变化的适应性。