水蚀风蚀交错带不同植物利用水源的差异与共存机制

Make full use of limited water resources to increase the vegetation cover is a fundamental measure of the Loess Plateau. Research work in the past have more emphasis on improving water use efficiency of single plant, while ignoring the overall water use efficiency of vegetation communities. Vegetation communities will have a different root distribution characteristics and different water-use plants with a reasonable, not only the efficient use of limited water resources, but also to increase the vegetation cover, reducing soil erosion. This project first select some typical plants in the water and wind erosion crisscross region in the Loess Plateau, determination of plant root distribution characteristics, the differences of the growing season water; use of natural technologies such as hydrogen and oxygen isotopes through the soil column, plot experiments, field positioning means of determination and mathematical model, study of these plants, seasonal precipitation, overland runoff, soil water storage in the different layers and other potential water absorption ratio, and seasonal variability of the efficiency, clear the typical plants of different sources of water absorption and utilization differences; Finally, we discuss a different root distribution characteristics and water use sources of plant coexistence mechanisms, thereby improving water use efficiency of the community as a whole, to build a sustainable community ecosystems. On the Loess Plateau and the ecological environment, the results of important guiding significance, but also to provide new ideas to solve the problem of dry soil in the construction of artificial vegetation in the Loess Plateau.

充分利用有限的水资源增加植被盖度是黄土高原水土保持的根本措施。但过去研究工作多强调提高单一植物的水分利用效率，而忽略了植被群落的整体水分利用效率。将具有不同根系分布特征和不同水源利用的植物进行合理搭配，不仅能高效利用有限的水资源，还能增加植被盖度，减少土壤侵蚀。项目首先在水蚀风蚀区选择一些典型植物，测定植物根系分布特征、生长季节耗水的差异性；其次利用天然氢氧同位素等技术，通过土柱模拟、小区试验、田间定位测定和数学模型等手段，研究这些植物对当季降水、坡面径流、不同层次土壤储水等潜在水源的吸收利用比例、季节变化特征及其效率，明确典型植物对不同水源的吸收利用差异；最后探讨具有不同根系分布特征和水分利用来源的植物共存机制，从而提高群落整体的水分利用效率，构建可持续发展的群落生态系统。研究结果对黄土高原水土保持和生态环境建设具有重要指导意义，也为解决黄土高原人工植被建设中的土壤干化问题提供新的思路。

针对黄土高原水蚀风蚀交错区水土流失与荒漠化现象，如何高效、可持续地建立一定盖度的植被是当前重要的科学与实践问题，而以往对林草植被水分利用等的研究多强调土壤水库的供给与调蓄作用，却忽视了林草植被对当季降水的利用，而不同植物对不同的水源的吸收利用机制与效率不同，该区典型植物对水分高效利用的机理尚不清晰。因此研究黄土高原水蚀风蚀交错区植物生长的潜在水分来源，典型植物对当季降水、坡面径流、不同层次土壤储水等潜在水源的吸收利用比例及效率，研究典型植物生长对不同水源的利用机制，同时确定植物吸收土壤水的层位及其动态变化。相关研究结果表明：水蚀风蚀交错区水分条件较好的沟道的旱柳具有较浅的根系分布，可以高效利用当季降水，基本可以健康生长。同时发展了三针热脉冲技术，利用一种探头来测量干旱区稀疏林地的土壤蒸发和植物蒸腾，为这种条件下的植物耗水量测量提供新的测量方法。研究了水蚀风蚀交错区几种典型植被布局当中的相互影响，柠条和紫花苜蓿由于耗水量较大，不宜一起出现在退耕坡地；人工草地（紫花苜蓿）和耕地自然撂荒均可以显著的减少坡面土壤侵蚀，这2种方式的水土保持效果没有显著的差异，但是土壤水分含量差异显著，人工草地导致了明显的土壤干燥化现象。人工灌木或者生物量较大的紫花苜蓿，可以迅速消耗土壤储水。传统的地表覆盖措施可以一定程度提高苜蓿生产力，但是无法在短期内缓解土壤干燥化进程，而一旦高耗水植被去除，模拟试验或者定量分析表明，土壤水分含量可以在自然降水的作用下，逐渐恢复；坡面上实行农作物与撂荒及苜蓿条带种植可以显著减少土壤侵蚀，同时改善人工植被土壤水分状况。本项研究对合理利用有限水土资源，促进干旱地区土壤水分生态环境的健康发展有重要意义，也为解决黄土高原人工植被建设中的土壤干化问题提供新的思路。