基于环境同位素的干旱区沙地天然灌木群落耗水机理研究

Due to the rapid economic development of national economy, industrial production water consumption increases year by year, keeping the natural vegetation growth and development of ecological construction of water gradually reduced, ecological and water production contradiction is more outstanding. This project takes Hunshandake as study area, selecting typical shrub community as the research object. According to the different natural and geographical conditions of ecological system under the weather, hydrology, vegetation physiological and ecological factors and air, plants, soil environmental isotope determination,use environmental isotopes oxygen 18, tritium, deuteriumtracer technology, analysis of Atmospheric - plant - soil interface of water and substance transfer rule; Use of the energy balance principle to establish hours for the time parameter system, researching vegetation transpiration mechanism with stomatal conductance, photosynthetic and transpira -tion coupling multiple Chung source model ( SMPTSB ), use the coupled model of vegetation evapotranspiration model and soil water heat balance model to study the natural shrub community water consumption rule of the Hunshandake Sandy land, coupling natural shrub community ecological water consumption calculation model and based on environmental isotopes in Atmospheric - plant - soil, surface water and groundwater in the hydrologic cycle model, calculation water consumption of natural shrub community in sandy, reveal the source distribution of natural shrub community evapotranspiration water, analysis of climate change on sandy land ecological system and feedback effect.

由于国民经济经济迅猛发展，工业生产用水量逐年增加，使得维持天然植被的生长和发展生态建设用水逐渐减少，生态和生产用水矛盾更加突出，为此本项目以浑善达克沙地为研究区，选取典型灌木群落为研究对象，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、土壤的环境同位素的测定，利用环境同位素氧18、氚、氘的示踪技术，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以小时为时段的参数体系，用气孔导度-光合-蒸腾耦合的多涌源模型（SMPTSB）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天然灌木群落耗水机理，将天然灌木群落的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-地下水水循环模型的相互耦合，计算沙地天然灌木群落的耗水量，揭示天然灌木群落蒸散发水分的来源分布，分析气候变化对沙地生态系统影响及其反馈效应。

随着全球气候的变化和经济的迅猛发展，生态环境日益恶化，生态和工业用水的矛盾逐渐增加，在干旱寒冷地区尤为突出。天然植物对恢复荒漠土地生产力和维持生态平衡起着极为重要的作用。项目选择典型生态区浑善达克沙地为研究区，主要以自然生态系统中天然生长灌木黄柳主要研究对象，通过沙地生态系统的大气、植物、土壤、地下水的环境同位素的测定，分析大气—植物—土壤—地下水系统水分及物质传输规律，全面研究地下水水位如何影响生态系统及黄柳在不同季节变化情况下其根系的反馈情况。得到如下结论：.（1）利用氢氧稳定同位素示踪原理，通过对植物茎干水和潜在水源的D、18O对比分析，定性判断黄柳根系的主要吸水层位，并根据能量平衡原理建立多源线性混合模型定量计算出各潜在水源对黄柳的水分贡献率。结合不同月份温度、大气降水、地下水埋深等因子对植物水分吸收情况的影响，分析了黄柳的抗旱机制，结果表明黄柳可以通过自身调节朝着优势水源的方向发展以适应不同环境。.（2）根据当地气象数据和黄柳的生理生态特征的实测数据，利用FAO推荐的双作物系数法，计算出研究区参考作物蒸散量ETo，推算出黄柳在生育期内的作物系数Kc，从而计算出天然黄柳的生育期内耗水量，利用黄柳耗水量实测值进行了有效性检验。.（3）将黄柳生育期的吸水来源和耗水耦合，通过对不同季节黄柳的耗水量和降水、土壤水相应的定性分析，表明在降水出现亏缺的时候，土壤水成为植物的主要水分来源，同时定量分析了黄柳蒸散量所需水分来源的贡献量，反映出黄柳应对不同季节的良好的抗旱适应机制。.（4）采用环境同位素技术，在对位于浑善达克沙地南缘正蓝旗境内的闪电河流域地表水、地下水、大气降水采样进行氢氧稳定同位素测定的基础上，建立了当地大气降水方程，分析了研究区大气将水、地表水、地下水之间补排关系。.利用稳定同位素示踪技术揭示天然灌木群落蒸散发水分的来源分布，分析气候变化对沙地生态系统影响及其反馈效应。