植被和降水对红壤坡地干湿季水分动态分布的协同作用

In the red soil region of tropical and subtropical China, unbalanced precipitation causes serious soil erosion and seasonal drought, and results in serious limitation in agricultural production. Moisture in the red soil sloping land not only influences the function of agroforestry ecosystem, but also influences the formation of seasonal drought. However the soil moisture dynamics and its driving mechanism are still not clear, especially for the influence of vegetation in recent years. This project will be conducted on a typical red soil sloping land, in order to investigate the soil water movement regimes affected by vegetation and precipitation. A long-term continuous located observation will be performed to explore seasonal and instantaneous dynamics of soil moisture at different slope positions and different soil profile horizons. Precipitation characteristics will be investigated to demonstrate their effect on soil water content, which will be done together with hydrological processes and response of soil moisture dynamics in wet/dry season. The growing situation and root distribution of different vegetation type will also be studied to investigate the relationship between vegetation and soil water dynamics. In general, the synergistic effect of vegetation and precipitation on soil water dynamics will be investigated by studying the features of water accumulation and consumption of different vegetations, and interaction between vegetation and soil water in dry/wet seasons. Results will be helpful to display the pattern of soil moisture dynamics, and to investigate its driving mechanisms in the red soil sloping land, and the results will also help to regulate red soil water and reduce seasonal drought.

我国热带亚热带的红壤区降水分布不均，由此造成的水土流失和季节性干旱问题突出，严重制约本地区的农业生产。红壤坡地水分状态影响农林生态系统的功能，也影响季节性干旱形成，但尚未充分掌握其动态规律及驱动机理，特别是近年植被改变带来的影响还不甚明晰。本项目以典型的红壤缓坡为研究对象，揭示植被和降雨作用下的土壤水分运动规律。通过长期连续定位监测，探明不同坡位和剖面层次土壤水分的季节和瞬时动态规律；分析干湿季典型降雨事件中的土壤水文过程、土壤水分动态响应，明确降雨特性对红壤水分的作用；监测不同植被的地上部生长状况和根系分布变化，分析植被与土壤水分动态的关系；综合分析旱季和雨季不同植被的集水、耗水特征，探明植被与土壤水分的相互作用，从而揭示植被和降水对坡地红壤水分动态分布的协同作用。研究结果可望探明红壤坡地水分动态分布规律，并揭示其部分驱动机制，为调控红壤水分和缓解季节性干旱提供理论依据。

我国南方红壤水分具有显著的干湿季动态分布特征，但是人们尚未充分掌握其动态规律及驱动机理。本项目在一个不同植被覆盖的典型红壤缓坡地上，研究红壤水分的干湿季动态分布规律及其受降水与植被的协同作用。通过野外长期连续定位监测植被、土壤、气象、土壤水分，分析不同坡位、不同深度的土壤水分长期和瞬时动态规律；分析典型降雨事件中的土壤水分动态响应，明确降雨特性对红壤水分的作用；结合植被特征变化,分析植被与土壤水分动态分布、干旱发展的关系；综合分析旱季和雨季不同植被的集水、耗水特征，揭示植被和降水对坡地红壤水分动态分布的协同作用。主要研究结果：（1）坡地土壤是由第四纪红色黏土母质发育的红壤，土壤水分有效性整体较差；（2）植被差异较大，主要体现在树龄（包括生长期）、郁闭度、叶面积指数及根系分布；（3）不同水分年的降水分布格局表现为年降雨量是2016年明显大于2017、2018、2019年，其中2016、2019年降雨的干湿季差异最大；（4）红壤坡地储水量与降雨量的多年动态变化趋势较一致，但不同样地的土壤水分的动态分布特征不同；（5）红壤坡地存在优先流路径，优先流发育特征受降雨条件和植被根系显著影响；（6）红壤坡地土壤水分剖面的动态分布表现为“整体较湿”、“整体较干”、“上干下湿”三种基本类型；（7）不同样地的土壤水分剖面的干湿持续时间（包括开始和结束时间）、剖面分布差异较大，这与植被地上部和地下部不同作用密切相关；（8）植被地上部与地下部影响红壤坡地干湿季水分动态分布的方式明显不同，相对于雨季集水作用，植被的旱季耗水对红壤季节性干旱发展影响更大。研究结果揭示了红壤坡地水分动态分布规律的部分驱动机制，为调控红壤水分和缓解季节性干旱提供理论依据。人们在评价红壤坡地不同植被的涵养水源能力时，应综合考虑植被在干湿季中的不同作用尤其是在旱季中的作用。长时间高频定位监测有利于全面和深入揭示红壤坡地干湿季水分动态分布规律。