固沙植被吸水源解析及其对干旱胁迫和地下水波动响应研究

Lucid waters and lush mountains are invaluable assets. Inner Mongolia is located in the north of China. In order to build a beautiful northern landscape, the construction of vegetation in sandy land ecosystem is particularly important. In this project observation of meteorology, hydrology, vegetation physiology and ecology under different natural and geographical conditions and the environmental isotopes of atmosphere, plant and soil in Hunshandake sandy land will be performed. Environmental isotope tracing techniques are used to analysis the regular pattern of the atmosphere-plant-soil interface moisture and material. Multi-source model based on energy balance principle is going to be established to study vegetation transpiration mechanism. Coupling model of vegetation evapotranspiration and soil hydrothermal equilibrium model will be used to study the water consumption mechanism. This project will couple the water consumption calculation model of sand-fixing vegetation, environmental isotope based atmosphere-plant-soil-surface water-groundwater circulation model, multi-source linear mixed model, Bayesian model, deep water absorption model and groundwater simulation model to calculate the water consumption of sand-fixing vegetation in sandy land ecosystem. The water source distribution patterns and water use efficiency in the root system of sandy ecosystem supposed to be reveal. The response rules of potential water source of sand-fixing vegetation to drought stress and fluctuation of groundwater level is going to be study as well. Ultimately, the ecological threshold of groundwater level to meet the growth of sand-fixing vegetation will be determined.

金山银山不如绿水青山，内蒙古位于我国正北方，为建设亮丽北方风景线，沙地生态系统植被建设尤为重要，本项目以浑善达克沙地为研究区，通过对不同自然地理条件生态系统下的气象、水文、植被生理生态等要素和大气、植物、土壤环境同位素的测定，利用环境同位素示踪技术，分析大气—植物—土壤界面水分及物质传输规律；利用能量平衡原理建立多涌源模型研究植被蒸腾机理，用植被蒸散发模型和土壤水热均衡模型的耦合模型研究浑善达克沙地生态系统耗水机理，将干旱区沙地生态系统固沙植被耗水量计算模型与基于环境同位素的大气—植物—土壤—地表水—地下水水循环模型、多源线性混合模型、贝叶斯模型、深度吸水模型、地下水模拟模型相互耦合，计算沙地生态系统固沙植被耗水量，揭示沙地生态系统植被根系吸水水分来源分布规律及水分利用效率，研究固沙植被根系吸水潜在水源对干旱胁迫和地下水水位波动的响应规律，确定满足固沙植被生长的地下水位的生态阈值。

近年来人类活动导致全球生态环境日益思化，干旱半干旱地区植物的水分利用问题尤为突出。以浑善达克沙地南缘两种典型人工种植植被青杨树与黄柳为研究对象，利用稳定同位素示踪技术、多元线性混合模型与贝叶斯模型，分析植被在不同季节与不同生长期的水分来源和水分利用效率的规律，结合研究区多年大气降水氢氧稳定同位素数据与气象数据，分析浑善达克沙地南缘的降水同位素特征。主要研究成果如下:.（1）研究区大气降水方程线： ，氢氧同位素雨季相对富集，旱季同位素值相对贫化，呈现出“夏高冬低”的季节性变化特征。在全年尺度与季节尺度上均存在显著的温度效应，未表现出降雨量效应;氖盈余夏季风期间d值一般小于10%，冬季风期间d值一般大于10%，并在年内变化中呈现出了“V”字形变化特征。.（2）不同水体氢氧同位素变化范围的大小为:大气降水>土壤水>茎干水>地下水，表现出大气降水在补给土壤水与地下水时受到了强烈的蒸发分馏作用;青杨树林地的土壤水分蒸发线的截距和斜率都要大于黄柳林地，是由于青杨树林地的土壤水分蒸发较黄柳林地更强烈，同时表现出青杨树林地土壤水分运动比黄柳林地运动更快，使得蒸发分馏的作用更加剧烈，间接地加剧了这种差异。.（3）结合直接对比法、多元线性混合模型与贝叶斯模型，分析年内间植被水分来源的变化规律，两种植被主要利用0-40 cm表层土壤水，当表层土壤水不足以维持植物的正常生长时，可以利用侧根吸收中深层土壤水，在此同时，还会利用强大的主根来吸收少量地下水来维持自身的正常生长。.（4）青杨树δ13C值的变化范围为-25.28‰~-28.54‰，黄柳阳叶面δ13C值变化范围为-26.10‰-28.98‰，黄柳阴叶面δ13C值变化范围为-26.10‰~-29.68‰之间；两种植被水分利用效率(WUE)的变化基本一致呈“U”字型变化特征，大小为；青杨树林地>阳叶面黄柳林地>阴叶面黄柳林地，在季节性尺度上，两种植被水分利用效率旱季高于雨季，这是植被为了应对水分胁迫，提高了水分利用效率。