浑善达克沙地植被恢复条件下土壤水分—植被演替互馈机制研究

Over the past several decades, ecological environment reconstruction, characterized by vegetation restoration, received great progress in sandy land of arid and semiarid regions in China. However, desiccation of deep soil, decrease of groundwater level, and vegetation degradation occurred due to the lack of knowledge about the relationship between soil water and vegetation succession. During the process of vegetation restoration, mechanisms on the interaction in the system of water consumption by vegetation-soil water-groundwater need further study on. This project will be conducted in the Hunshandake Sandy Land, and will focus on investigating the soil-plant system at regional scale, and monitoring the spatial and temporal variation of soil water and the growth of plants. By adopting the method of substituting space for time and the technique of hydrogen and oxygen isotopes, we aimed to study the relationship between soil and vegetation restoration, and between water consumption by vegetation, soil water, and groundwater, in semiarid region with high groundwater level. The results of this project were hoped to provide theorical assistance for the sustainability of vegetation restoration, and the effective utilization of soil water resources.

近几十年，我国干旱半干旱沙区以植被恢复为主的生态环境重建取得了重要进展。但是，由于缺乏对土壤水分—植被演替过程相互关系的了解，很多地区出现了深层土壤干化、地下水位下降及植被退化问题。植被恢复过程中，植被耗水—土壤水—地下水相互作用机制仍需深入研究。本项目拟选择浑善达克沙地为研究区，以区域尺度土壤—植被系统调查以及样地内土壤含水率时空动态及植被生长发育过程的定位监测为主要内容。利用空间代替时间的方法，借助氢氧同位素监测手段，研究半干旱沙地地下水浅埋条件下土壤—植被系统演替及植被耗水—土壤水—地下水的相互关系，以期为该区植被恢复的可持续性和土壤水资源的合理利用提供理论依据。

本项目以地下水——土壤——植被——大气连续体的水过程为核心，通过揭示不同类型及恢复年限的植被的水分利用现状，明晰植被类型及植被演替对土壤水分、养分等性质的影响，以提高不同生态系统的水分利用效率，促进植被恢复为目标。研究尺度从土壤颗粒组分的排列组合对孔隙构造和分布及土壤颗粒持水性能的影响等微观界面行为、生态系统内部地下水——土壤——植被——大气连续体水过程、区域尺度土壤性质变异与植被演替的关系等多尺度相结合，研究方法强调将区域调研、定位监测、室内测定、模型运用和理论分析等多技术手段相结合，取得了有关植被恢复与土壤水分互馈机制方面的相关研究成果。通过区域调研采样和室内测定，从微观机理方面分析了颗粒组分含量、膜状水和吸附水、以及颗粒的构造系数等对土壤孔隙的影响，对比分析了不同模型方法计算的土壤孔隙构造和体积的差异，优选能准确刻画从饱和至烘干状态下土壤持水性能的模型方法；揭示了不同植物群落生境土壤的理化性质空间变异与植物演替的关系；估算了风沙活动中地表土壤养分流失量，揭示了生态恢复措施的防风固沙、固土保肥、从而促进植被演替的积极作用。在定位监测和模型应用方面，准确量化农田水分利用效率，提出了优化的灌溉策略，减少灌溉耗水以保障自然生态系统用水；分析了荒漠和草地生态系统剖面土壤水分的时空变异性和蒸散量差异，揭示了荒漠和草地生态系统地下水与土壤水的水量交换规律，估算了荒漠和草地生态系统对降水和地下水的利用效率，提出在荒漠生态系统充分利用降水、浅层和深层土壤水分以及地下水的植被恢复策略。本项目的研究成果将为浑善达克沙地的植被恢复提供理论依据。