岩溶山地不同坡位植物水分来源和水分利用效率

吴虹余; 蒋勇军; 吴泽; 吕玉香; 罗淑娥; 张弦鸣; 李梦妮; 赵春峰; 吕同汝; 茆杨; 邱菊

doi:10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.040

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

岩溶山地不同坡位植物水分来源和水分利用效率

试验研究

- 岩溶山地不同坡位植物水分来源和水分利用效率
- Water sources and water use efficiency of plants at different slopes in karst mountainous areas
- 水土保持通报 2025年45卷第4期页码：19-28
- 作者机构：
  
  1.西南大学地理科学学院，重庆 400700
  2.重庆市地质矿产勘察开发局南江水文地质工程地质队，重庆 400700
- 作者简介：
  
  吴虹余（1996—），女（汉族），广东省湛江市人，硕士研究生，研究方向为碳循环与岩溶作用。Email：hongyuwuu@qq.com。
  蒋勇军（1968—），男（汉族），湖南省安化市人，博士，教授，主要从事岩溶环境/水文地质、水文学、（生物）地球化学、全球变化及GIS等方面的研究。Email：Jiangjyj@swu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  西南大学创新研究2035先导计划“岩溶槽谷区水土流失/石漠化过程及植物适应性机理”(SWU-XDZD22003);西南大学试验技术研究项目(SYJ2025016);重庆市自然科学基金项目(2022yszx-jcx0008cstb;cstb2023yszx-jcx0009)
- DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.040
  中图分类号： S157;X173 S792.39
- CSTR：32312.14.stbctb.2025.04.040.
- 收稿：2025-02-08，
  
  修回：2025-05-23，
  
  纸质出版：2025-08-20
- 稿件说明：
移动端阅览
吴虹余, 蒋勇军, 吴泽，等.岩溶山地不同坡位植物水分来源和水分利用效率[J].水土保持通报,2025,45(4):19-28.

Wu Hongyu, Jiang Yongjun, Wu Ze, et al. Water sources and water use efficiency of plants at different slopes in karst mountainous areas [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):19-28.
吴虹余, 蒋勇军, 吴泽，等.岩溶山地不同坡位植物水分来源和水分利用效率[J].水土保持通报,2025,45(4):19-28. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.040. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.040..

Wu Hongyu, Jiang Yongjun, Wu Ze, et al. Water sources and water use efficiency of plants at different slopes in karst mountainous areas [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):19-28. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.040. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.040..

摘要

目的

研究岩溶坡地生境中不同坡位典型木本植物的水分利用效率，为岩溶坡地制定合理的水土保持和生态修复措施提供指导。

方法

利用气象数据、土壤质量含水率、稳定同位素（δ

H，δ

O，δ

C）数据，研究了重庆明月山岩溶槽谷3个不同坡位样地的典型木本植物的水分来源和水分利用效率。

结果

①雨季土壤含水率高于旱季；坡上的平均土壤含水率较坡中低5.07%~28.41%，较坡下低16.36%~30.49%。 ②表层岩溶带水是不同坡位上木本植物的重要水源，雨季坡上、坡中和坡下的木本植物对其利用比例分别为34.65%，25.58%和20.82%，旱季分别为54.44%，53.60%和43.47%。雨季，坡中和坡下植物对20—40 cm土层土壤水分的利用比例高于坡上；而旱季，坡下植物对20—40 cm土层土壤水分的利用比例高于坡上。 ③乔木和灌木的δ

C值和内在水分利用效率（WUE

）在雨季均低于旱季。在不同坡位中，乔木的WU

值均高于灌木，乔木和灌木WUE

的均值表现为：坡上

坡中

坡下。

结论

岩溶槽谷的土壤含水量从坡上到坡下递增。坡上植物面对水分胁迫时，更多利用表层岩溶带水，且水分利用效率更高。

Abstract

Objective

The water use efficiency of typical woody plants at different slope positions in karst slope habitats were analyzed in order to provide guidance for formulating effective soil and water conservation and ecological restoration measures for karst slopes.

Methods

Using meteorological data， soil mass moisture content， and stable isotope （δ

H， δ

O， δ

C） data， the water sources and water use efficiency of typical woody plants in three different slope plots in the karst trough valley of Mingyue Mountain， Chongqing were studied.

Results

① Soil moisture content was higher during the rainy season than during the dry season. In terms of slope position， the average soil moisture content on the upper slope was lower than that on the middle slope， with a difference ranging from 5.07% to 28.41%， and approximately 16.36% to 30.49% lower than that on the lower slope. ② Water from the surface karst zone serves as a critical water source for woody plants at different slope locations. The utilization rates were 34.65%， 25.58% and 20.82% for the upper， middle and lower slopes respectively， during the rainy season， and increased to 54.44%， 53.60% and 43.47% respectively， during the dry season. During the rainy season， the utilization ratio of soil moisture by plants in the 20—40 cm soil layer on the middle and lower slopes was higher than that on the upper slopes. During the dry season， the proportion of soil moisture utilized by plants in the 20—40 cm soil layer on the lower slopes was higher than that on the upper slopes.③ The δ

C values and intrinsic water use efficiency （WUE

） of trees and shrubs were lower

during the rainy season than during the dry season. Across different slope positions， the WUE

of trees was higher than that of shrubs， with the mean WUE

following the order： upper slope

middle slope

lower slope.

Conclusion

Owing to differences in slope position， the soil moisture content in the karst trough valley increases from the top to the bottom of the slope. When plants on slopes are exposed to water stress， they make greater use of the water in the surface karst zone and exhibit higher water use efficiency.

关键词

Keywords

references

付昕宇，刘华民，于晓雯，等 . 岱海湖滨带湿地植物水分来源及利用策略研究［J］. 干旱区资源与环境， 2020 ， 34 （ 12 ）： 42 - 49 .

Fu Xinyu ， Liu Huamin ， Yu Xiaowen ， et al . Water sources and use strategies of plants in lake Daihai wetland ［J］. Journal of Arid Land Resources and Environment ， 2020 ， 34 （ 12 ）： 42 - 49 .

Liu Changcheng ， Liu Yuguo ， Fan Dayong ， et al . Plant drought tolerance assessment for re-vegetation in heterogeneous karst landscapes of southwestern China ［J］. Flora-Morphology ， Distribution， Functional Ecology of Plants， 2012 ， 207 （ 1 ）： 30 - 38 .

Cai Lulu ， Xiong Kangning ， Li Yuan ， et al . Coexisting plants restored in karst desertification areas cope with drought by changing water uptake patterns and improving water use efficiency ［J］. Journal of Hydrology ， 2025 ， 654 ： 132813 .

Jiang Guanghui ， Guo Fang ， Liu Fan ， et al . Hydrogeological responses of karst compartments to meteorological drought in subtropical monsoon regions ［J］. Journal of Hydrology ， 2025 ， 655 ： 132940 .

石春茂，罗娅，杨胜天，等 . 干热河谷区不同坡位土壤水分对降雨的响应特征［J］. 应用生态学报， 2022 ， 33 （ 5 ）： 1352 - 1362 .

Shi Chunmao ， Luo Ya ， Yang Shengtian ， et al . Responses of soil moisture at different slope positions to rainfall in dry-hot valley ［J］. Chinese Journal of Applied Ecology ， 2022 ， 33 （ 5 ）： 1352 - 1362 .

Zhang Jun ， Wang Sheng ， Fu Zhiyong ， et al . Characterizing rapid infiltration processes on complex hillslopes：Insights from soil moisture response to rainfall events ［J］. Journal of Hydrology ， 2024 ， 644 ： 132110 .

张宗领，陈静 . 文山石漠化区坡柳水分利用效率与茎导管性状对坡位的响应［J］. 文山学院学报， 2022 ， 35 （ 2 ）： 10 - 16 .

Zhang Zongling ， Chen Jing . Responses of water use efficiency and stem vessel traits of Dodonaea viscosa to slope position of Wenshan rocky desertification areas ［J］. Journal of Wenshan University ， 2022 ， 35 （ 2 ）： 10 - 16 .

蒋丹丹，万福绪，黄文庆 . 石灰岩山地坡位对侧柏光合蒸腾特性的影响［J］. 林业科技开发， 2014 （ 6 ）： 59 - 63 .

Jiang Dandan ， Wan Fuxu ， Huang Wenqing . Slope positions effects on photosynthesis and transpiration characteristics of Platycladus orientalis in limestone mountain ［J］. China Forestry Science and Technology ， 2014 （ 6 ）： 59 - 63 .

Liu Wenna ， Nie Yunpeng ， Luo Zidong ， et al . Transpiration rates decline under limited moisture supply along hillslopes in a humid karst terrain ［J］. Science of The Total Environment ， 2023 ， 894 ： 164977 .

吕同汝 . 亚热带岩溶槽谷顺/逆层坡适生树种的水分利用策略［D］. 重庆：西南大学， 2022 .

Lv Tongru . Water use strategy of suitable tree species on dip/anti-dip slope in subtropical karst trough valley ［D］. Chongqing ： Southwest University ， 2022 .

Wu Ze ， Behzad H M ， He Qiufang ， et al . Seasonal transpiration dynamics of evergreen Ligustrum lucidum linked with water source and water-use strategy in a limestone karst area， southwest China ［J］. Journal of Hydrology ， 2021 ， 597 ： 126199 .

Liu Jiuchan ， Shen Licheng ， Wang Zhengxiong ， et al . Response of plants water uptake patterns to tunnels excavation based on stable isotopes in a karst trough valley ［J］. Journal of Hydrology ， 2019 ， 571 ： 485 - 493 .

Cao Min ， Wu Chao ， Liu Jiuchan ， et al . Increasing leaf δ 13 C values of woody plants in response to water stress induced by tunnel excavation in a karst trough valley：Implication for improving water-use efficiency ［J］. Journal of Hydrology ， 2020 ， 586 ： 124895 .

Wu Ze ， Lv Tongru ， Zeng Sibo ， et al . Differential responses in water-use strategies of evergreen（ Ligustrum lucidum ）and deciduous（ Robinia pseudoacacia ）trees to tunnel excavation in a subtropical karst trough valley ［J］. Journal of Hydrology ， 2024 ， 636 ： 131323 .

Ellsworth P Z ， Williams D G . Hydrogen isotope fractionation during water uptake by woody xerophytes ［J］. Plant and Soil ， 2007 ， 291 （ 1 ）： 93 - 107 .

Brunel J P ， Walker G R ， Kennett-Smith A K . Field validation of isotopic procedures for determining sources of water used by plants in a semi-arid environment ［J］. Journal of Hydrology ， 1995 ， 167 ： 351 - 368 .

Parnell A C ， Phillips D L ， Bearhop S ， et al . Bayesian stable isotope mixing models ［J］. Environmetrics ， 2013 ， 24 （ 6 ）： 387 - 399 .

Zhao Ying ， Wang Li ， Chun K P ， et al . Dynamic hydrological niche segregation：How plants compete for water in a semi-arid ecosystem ［J］. Journal of Hydrology ， 2024 ， 630 ： 130677 .

Farquhar G D ， Richards R A . Isotopic composition of plant carbon correlates with water-use efficiency of wheat genotypes ［J］. Functional Plant Biology ， 1984 ， 11 （ 6 ）： 539 .

McCole A A ， Stern L A . Seasonal water use patterns of Juniperus ashei on the Edwards Plateau， Texas， based on stable isotopes in water ［J］. Journal of Hydrology ， 2007 ， 342 （ 3/4 ）： 238 - 248 .

Evaristo J ， McDonnell J J ， Clemens J . Plant source water apportionment using stable isotopes：A comparison of simple linear， two-compartment mixing model approaches ［J］. Hydrological Processes ， 2017 ， 31 （ 21 ）： 3750 - 3758 .

Liu Jinke ， Han Guilin . Tracing riverine particulate black carbon sources in Xijiang River Basin：Insight from stable isotopic composition and Bayesian mixing model ［J］. Water Research ， 2021 ， 194 ： 116932 .

O’Leary M H . Carbon isotope fractionation in plants ［J］. Phytochemistry ， 1981 ， 20 （ 4 ）： 553 - 567 .

Fu Z Y ， Chen H S ， Zhang W ， et al . Subsurface flow in a soil-mantled subtropical dolomite karst slope：A field rainfall simulation study ［J］. Geomorphology ， 2015 ， 250 ： 1 - 14 .

张彩云，蒋勇军，马丽娜，等 . 岩溶槽谷区不同土地利用方式下的坡地产流产沙规律［J］. 水土保持通报， 2021 ， 41 （ 1 ）： 49 - 55 .

Zhang Caiyun ， Jiang Yongjun ， Ma Lina ， et al . Characteristics of runoff and sediment on slope land with different land use in karst trough valley area ［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation ， 2021 ， 41 （ 1 ）： 49 - 55 .

Tracy S R ， Black C R ， Roberts J A ， et al . Soil compaction：A review of past and present techniques for investigating effects on root growth ［J］. Journal of the Science of Food and Agriculture ， 2011 ， 91 （ 9 ）： 1528 - 1537 .

Gupta A ， Rico-Medina A ， Caño-Delgado A I . The physiology of plant responses to drought ［J］. Science ， 2020 ， 368 （ 6488 ）： 266 - 269 .

Wu Yuanzhi ， Huang Mingbin ， Warrington D N . Black locust transpiration responses to soil water availability as affected by meteorological factors and soil texture ［J］. Pedosphere ， 2015 ， 25 （ 1 ）： 57 - 71 .

Behzad H M ， Arif M ， Duan Shihui ， et al . Seasonal variations in water uptake and transpiration for plants in a karst critical zone in China ［J］. Science of The Total Environment ， 2023 ， 860 ： 160424 .

吴静，盛茂银，肖海龙，等 . 西南喀斯特石漠化环境适生植物细根构型及其与细根和根际土壤养分计量特征的相关性［J］. 生态学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 677 - 687 .

Wu Jing ， Sheng Maoyin ， Xiao Hailong ， et al . Fine root architecture of adaptive plants and its correlation with nutrient stoichiometric characteristics of fine root and rhizosphere soils in karst rocky desertification environments， SW China ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 677 - 687 .

何静 . 川中丘陵区3种植物水分吸收与利用策略［D］. 四川雅安：四川农业大学， 2022 .

He Jing . Water absorption and utilization strategies of three plants in the hilly area of central Sichuan basin ［D］. Yaan， Sichuan ： Sichuan Agricultural University ， 2022 .

刘淑娟，张伟，王克林，等 . 桂西北喀斯特峰丛洼地土壤物理性质的时空分异及成因［J］. 应用生态学报， 2010 ， 21 （ 9 ）： 2249 - 2256 .

Liu Shujuan ， Zhang Wei ， Wang Kelin ， et al . Spatiotemporal heterogeneity and its formation causes of soil physical properties in karst peak-cluster depression area of northwest Guangxi， China ［J］. Chinese Journal of Applied Ecology ， 2010 ， 21 （ 9 ）： 2249 - 2256 .

邓艳 . 西南典型峰丛洼地岩溶关键带植被—表层岩溶水的耦合过程［D］. 湖北武汉：中国地质大学， 2018 .

Deng Yan . Coupling process between vegetation and epikarst water in karst critical zone， southwest typical peak-cluster depression area ［D］. Wuhan， Hubei ： China University of Geosciences ， 2018 .

曾伟康 . 亚热带常见树种细根功能性状特征分析［D］. 湖南长沙：中南林业科技大学， 2023 .

Zeng Weikang . The research on fine root functional traits and root rconomic space of common subtropical tree species ［D］. Changsha， Hunan ： Central South University of Forestry & Technology ， 2023 .

Cai Lulu ， Xiong Kangning ， Liu Ziqi ， et al . Seasonal variations of plant water use in the karst desertification control ［J］. Science of The Total Environment ， 2023 ， 885 ： 163778 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

季节性干旱对中国陆地生态系统碳-水耦合机制的影响

不同苜蓿品种再生草特性分析

不同土壤水分对幼龄梨树生理特性及生物量的影响

本氏针茅与柳枝稷光合生理生态特征比较研究

不同剂量秸秆还田的保墒效果及其对玉米产量的影响