高寒沙地典型人工林水分响应机理及阈值研究

Desertification is a significant global environmental problem. China is one of the countries seriously affected by desertification and alpine sandy land in Qinghai Province is a representative region. In this region, vegetation restoration is the most effective way to control desertification. Water as a primary factor for limiting physiological and ecological adaptability of plants is the most important part of vegetation rehabilitation in alpine sandy land. Precipitation is a main source of absorbing water for plants. However, now there are few studies on the moisture response mechanism and threshold of plantation in alpine sandy land. The objective of this study is to analyze the water utilization strategy, moisture response mechanism and threshold of Caragana intermedia at different growth phases by using stable isotope technology and continuous dynamic observation method for multiple ecophysiological indexes. Meanwhile, it should be pay close attention to the key problem of moisture response process. This research with significant theoretical and scientific values provides imperative theoretical support for scientific plantation management in alpine sandy land.

土地荒漠化是全球的重要环境问题，我国是受荒漠化影响较为严重的国家之一，青海高寒沙地是我国土地荒漠化的典型代表。人工植被恢复是治理土地荒漠化最有效的途径，而水分是限制植物生理生态适应性的主要因子，是沙地人工植被建设最关键因素。降雨是沙区植物吸收水分的主要来源，但目前关于高寒沙地人工植被对降雨的响应过程与机理及其阈值尚缺乏全面系统研究。项目以共和盆地高寒沙地典型人工林不同生长阶段的中间锦鸡儿（Caragana intermedia）为研究对象，首次采用稳定性同位素分析技术与多项生理生态指标连续动态观测手段相结合的方法，紧密关注植物对水分响应过程的关键点与核心问题，系统分析中间锦鸡儿在不同生长阶段水分利用策略、对水分的响应过程及其阈值，研究成果具有重要的理论意义和科学价值，为高寒沙地人工林科学经营管理提供理论支撑。

水分是限制干旱地区植物生理过程和生态适应性的主要因子，而植物在不同生长阶段水分利用策略存在差异。了解共和盆地典型人工林的水分响应机理对于高寒沙区人工林经营管理提供理论支撑。本项目以青海高寒沙区不同生长阶段的中间锦鸡儿为研究对象，基于稳定性同位素技术与多项生理生态指标连续动态观测手段相结合的方法，对人工林主要水分来源及利用策略、土壤含水量对降雨的响应、生理特性及其与环境因素相关性进行研究。结果表明，不同林龄中间锦鸡儿人工林的枝条水和土壤水δ2H、δ18O组成以及土壤含水量能够敏感的响应降雨事件，＜5mm的降雨能够使30cm以上的土层水分产生波动，5~18mm的降雨量能影响0~40cm的土壤水分，18mm以上的降雨量能影响0~60cm土层水分；降雨前3a和8a林龄主要利用浅层（0~30cm）土壤水，16a林龄利用中层（30~90cm）土壤水，30a林龄主要利用深层（90~150cm）土壤水；经过不同量级降雨补给，各林龄对土壤水分的主要利用层有所不同，随降雨量增大，浅层土壤水的贡献率越高，人工林整个生长阶段对地下水的利用率较低。受 Gs的影响，Pn和 Tr随土壤含水量的增加而增加，3a和8a林龄在土壤含水量为5.5%~6.5%时Pn达到最大值时，16a和30a林龄分别在土壤含水量为6.5%~7.5%和7.5%~10%时Pn最大；3a和8a林龄叶片的Pn与土壤含水量（VWC）的相关性较弱，30a与浅层和深层VWC显著相关。随土壤深度增加，不同林龄ψ与VWC的相关系数均呈现先增加后减小的趋势。随林龄增加，土壤持水能力呈现增加-降低-增加的趋势，深层土壤VWC的稳定性呈现先降低后升高的趋势。本研究成果为高寒沙区人工林植被恢复提供科学依据，为未来全球降雨格局改变对中间锦鸡儿生长影响的预测提供理论支撑。