黄河三角洲河岸土壤水碳变异对水文变化的多尺度响应特征

Hydrological condition is the key constraint factor of biogeochemical processes in riparian ecosystem, the influence mechanism of which on riparian soil properties is still unclear. Especially that concerning the riparian soil in the Yellow River Delta, which is not only affected by the water and sediment regulation of Yellow River, but also endangered by the high salinity of groundwater. Taking the downstream riparian zone from the Lijin Station of the Yellow River as the study area, this project adopt multiple means, including field investigation and monitoring, remote sensing inversion, Ground Penetrating Radar detection, laboratory analysis and mathematical statistics, to conduct the research. The main focus of the study are the multi-scale variation pattern and hydrological response characteristics of water-salt-organic carbon content in riparian soils; temporal and spatial effects of seasonal hydrological changes on soil water-salt-organic carbon content in riparian soils; and the edge with its effect of soil profile moisture response to the change of surface hydrometeorology-vegetation and groundwater, thus revealing the response mechanism of soil water-salt-organic carbon to hydrological changes. The research findings could provide important theoretical support for the eco-hydrological regulation of the Yellow River and the maintenance and protection of the ecosystem function of the riparian zones in the Yellow River Delta.

水文条件作为河岸生态系统生物地球化学过程的关键制约因子，其对河岸土壤性质的影响机制尚不明晰，特别是黄河三角洲河岸土壤不仅受到黄河调水调沙影响，同时受到地下水高盐分的危害。针对这一问题，本项目采用实地调查与监测、遥感反演、探地雷达探测、实验室分析和多种统计方法等多种手段，以黄河利津站下游河岸为研究对象，重点研究：（1）河岸土壤水-盐-有机碳含量在多时间尺度（年、季）和多空间尺度（面、样带、点）的变异规律及水文响应特征；（2）季节水文变化对河岸土壤水-盐-有机碳含量影响的时空效应；（3）土壤剖面水分对地表/地下水文要素的响应界面及其效应，揭示土壤水-盐-有机碳对水文变化的响应机制。研究成果可为黄河生态水文调控，以及黄河三角洲河岸带生态系统功能维持和保护提供重要的理论支持。

近年来在气候变化和黄河调水调沙的影响下，黄河三角洲地区水文气候条件发生了显著变化，围绕此影响下河岸土壤-景观的时空动态和不同尺度的响应特征，本课题开展了一系列研究，主要研究工作和成果包括：（1）黄河三角洲水文-气候-植被系统稳态转换研究。水文-气候-植被系统经历了4次稳态转换过程。黄河流量在不同时期或是限制因素或是补充因素，当区域气候干旱程度超过阈值时，黄河径流可能成为植被生长的重要供水因子。（2）黄河三角洲土壤盐分时空动态及对水文气候的响应研究。1985-2018年黄河三角洲表层土壤平均盐分总体呈先上升后下降的趋势，其变化对气温和黄河流量有显著的响应；在黄河生态补水期，河口和黄河河岸地区的土壤盐分含量明显减小。（3）基于多源遥感的黄河三角洲土壤盐分、有机质的反演。实现了基于无人机高光谱和Landsat多光谱影像结合的盐分、有机质的高精度反演。（4）黄河三角洲景观格局的时空变异研究。近20年黄河三角洲景观呈现破碎化趋势，景观边界复杂化且景观之间的连通性加强。耕地为主要景观，且聚集度高、连通性较强；建设用地景观形状趋于复杂；林、草地景观形状较为简单；盐田和养殖池、滩涂的聚集程度较强。（5）河岸土壤水-盐-有机碳含量的季节-空间变异及对季节水文变化的响应。2018年5月-2019年3月，土壤电导率呈下降趋势，有机质呈上升趋势；沿河岸纵向上，电导率整体有增加态势；SOM有不同程度下降趋势；距河岸横向上，土壤水分先降低后升高；土壤电导率基本呈波动上升态势；SOM含量较为平稳。蒸发量、降水量、黄河流量、气温是影响河岸土壤的主要水文气候因素，在三个维度上水文气候影响的时空效应差异较大。水文气候要素对土壤养分具有不同程度的直接响应，并通过影响对其他成分对不同养分指标产生间接影响。本课题成果有利于黄河三角洲的水资源管理和土壤-景观的气候适应。