基于土壤-植被系统的林地土壤水源涵养功能研究

A comprehensive understand of stored moisture in forest soil is helpful to the evaluation of ecosystem service value and the scientific decision of water resources management in peri-urban ecosystem. In this study, the Zhangxi small watershed in peri-urban zone in Ningbo city was selected as the study area. The sources and variation of stored soil moisture were studied from the perspective of plant-soil system, by combining the methods of stable isotope analysis (rainfall, plant, soil and groundwater) and moisture content measurement. The main research content includes: 1) soil moisture variation at different depths after rainfall, and the different response process of soil moisture under different meterological and environmental conditions; 2) the water use strategies of plant and the effect of soil moisture variation on plant water sources; 3) the transport and distribution of soil moisture in the coupling of plant and soil, and thus to clarify the water conservation function of forest soil from the perspective of plant-soil system. This study may be helpful to the better understanding of the variation of soil moisture storage in forest, and to the water resources management.

明确林地水源涵养过程有助于建立生态过程‒生态系统服务的关系以及生态系统水资源管理的科学决策。本研究拟选取宁波城市与农业生态系统交界区域的樟溪小流域为研究区，综合应用土壤水分动态监测和氢氧同位素示踪等方法，分析土壤水分含量变化及植物水分利用对其变化的响应关系，从土壤-植被系统的角度明晰林地水源涵养过程。具体研究包括：1）降雨后不同深度土壤水分含量的变化过程，以及这一动态过程对不同气象、环境因子的响应特征；2）降雨后植物吸收水分的来源及其变化规律，包括空间来源（土壤深度）和成分识别（降水、土壤水、地下水的构成和比例），揭示植物水分来源对土壤水分变化过程的响应关系；3）耦合土壤、植被作用下降水对土壤水的补给过程、土壤水分的运移机制，从土壤-植被系统角度明确林地土壤对水源的涵养过程。研究以期揭示林地水源涵养过程的变化规律，为水资源管理提供科学参考。

明确林地水源涵养过程有助于建立生态过程‒生态系统服务的关系以及生态系统水资源管理的科学决策。本项目主要研究内容为分析土壤水分含量变化及植物水分利用对其变化的响应关系，从土壤-植被系统的角度明晰林地水源涵养过程。具体研究包括：1）降雨后不同深度土壤水分含量的变化过程；2）植物水分来源及其对次降雨的响应关系；3）耦合土壤、植被作用下降水对土壤水的补给过程、土壤水分的运移机制，从土壤-植被系统角度明确林地土壤对水源的涵养过程。.以往相关研究多关注干旱半干旱的缺水地区，而我们发现在湿润区的章溪，整个生长季根系水分再分配在夜间补充41%的土壤日间耗水量；夏季峰值可补充超过75%的土壤日间耗水量；可见在章溪流域，水分再分配是十分重要的土壤水补给机制。基于同位素示踪技术发现，植物吸收利用的水分，只有34%来自土壤层，非土壤层贡献占66%；以往研究通常认为土壤层是水源涵养的主体，但在土层浅薄的流域，岩石裂隙水对植物水分利用贡献更大。通过明确河道径流来源，可从水资源供给的角度反映流域水源涵养状况；基于氢氧同位素示踪我们发现，降雨后进入河道径流的雨水只有23%，河道径流主要来自岩石裂隙水；与植物水分利用来源相似，所以我们认为岩石裂隙是水源涵养的主体。明确了水源涵养的动态及其对植物和径流的补给，基于降雨和径流同位素的季节变化，估算了6个子流域水分平均滞留时间为91—178天，可见并非流域面积越大，水分周转时间越长。.研究对于理解土壤-植被系统水源涵养过程、功能具有重要启示，对流域水分管理及生态系统服务调控具有重要意义，研究在深入理解岩石风化层储水的作用方面取得创新性成果。研究为基于同位素示踪技术深入理解景观格局与水文过程的关联机制奠定了基础，研究在景观格局与水文过程关联机制方面取得创新性成果。