古尔班通古特沙漠南缘荒漠植被对绿洲排水的依赖性研究

Oasis is the center of the Northern Slope Economic Zone of Tianshan Mountain. The native vegetation in the south periphery of Gurbantunggut Desert plays a key role in protecting the oasis. However, the water-saving irrigation in oasis has reduced its drainage to groundwater and would have a significant negative effect on the native vegetation which is partially living on the groundwater. Based on the estimation of how far the groundwater is available to native vegetation, the current study is intended to choose typical plant communities to investigate their root distribution and directly partition water sources between precipitation and groundwater. The heat pulse systems will be used to ascertain the hydraulic lift from groundwater. In combination with stable isotopic technology, the nursing effect of the shrubs to herbaceous layers will also be studied. Eddy covariance technologies will be used to measure the water and CO2 fluxes. In combination with measurement on soils and plants, water consumption of plant communities would be partioned and groundwater supply to each layer would be quantified. In the end, the vegetation response to groundwater variation would be well understood and the degree of dependence of vegetation on groundwater would be quantified. With these results, the effect of water-saving in oasis on native vegetation at the south periphery of Gurbantunggut could be reliably predicted.

绿洲是天山北坡经济带经济发展与人类活动的主要承载体,古尔班通古特沙漠南缘的原生植被一直履行着保卫绿洲的重要生态功能。绿洲农田节水灌溉的快速发展导致农田排水(地下水补给)量的减少,进而导致地下水位下降；而这必将对部分依赖地下水生存的准噶尔盆地南缘荒漠植被产生巨大影响,甚至威胁其正常生态功能的发挥。该申请拟在初步确定地下水对准噶尔南缘荒漠南缘植被影响范围的基础上，选择典型荒漠植物群落，对植物根系垂直分布进行研究，结合稳定同位素等手段，对植物水分来源进行直接拆分；利用茎流计测定植物水力提升，并结合稳定同位素量化提升水对草本层的贡献，解析植物种间水分关系并验证拆分结果；利用涡动相关技术，结合碳、水通量各单项测定，拆分植物群落各层片耗水量及地下水对其贡献比例,确定各层片的对地下水的依赖程度。最终确定沙漠南缘不同类型植被对地下水的依赖程度到底有多大，并预测地下水位下降对这些植被的负面影响程度。

古尔班通古特沙漠南缘的原生植被一直履行着保卫绿洲的重要生态功能。绿洲农田节水灌溉的快速发展导致地下水位下降必将对部分依赖地下水生存的准噶尔盆地南缘荒漠植被产生影响,威胁其正常生态功能的发挥。项目结合已有的气象水文、通量、根系调查及植物生理响应数据，在群落尺度，以涡度相关技术为主要手段，结合自制微型蒸散仪和同化箱，对群落尺度的水汽通量各组分进行拆分，研究不同植物群落与群落不同组分对地下水的依赖程度。在个体尺度，利用稳定同位素技术结合根系分布，确定植物的用水策略及其对水分条件改变的生理响应特征和抗旱维持机制。研究结果表明在早春积雪融化阶段（3月中旬至4月初），土壤温度是土壤C释放的主要控制因素；在春季一年生植物占优势的阶段（4月中旬至6月初），群落生物量是控制NEE的主要因素，并且生态系统表现为弱的C源，而在夏季一年生和多年生植物占优势的阶段（6月末和9月初），土壤温度成为NEE主要的控制因素并且与NEE负相关，生态系统表现为C释放。梭梭和白梭梭在整个生长季的水分利用来源明显不同。在表层土壤水分充足的早春季节，梭梭主要利用浅层土壤水(0–40 cm)而白梭梭主要利用中层土壤水(40–100 cm)。在表层土壤水分亏缺的夏季，梭梭主要利用地下水而白梭梭主要利用深层土壤水(100–300 cm)。夏季较大的降水脉冲后，虽然这两个物种都增加了对浅层土壤水的利用，但梭梭主要利用地下水，白梭梭主要利用深层土壤水，表明这两个物种在水分利用策略上较为保守。梭梭的抗旱策略是生物量优先地下分配以优化土壤水分获取。对幼苗而言，抗旱策略不完全发育，水分传导失效是干旱期间幼树死亡的主导驱动因子；对于年长的个体，在干旱期间以牺牲叶面积为代价的根系生长导致其死于碳饥饿。干旱胁迫下梭梭幼苗碳水相互作用过程决定了受干旱胁迫梭梭幼苗的生死存亡，并揭示“根系保护”策略在决定梭梭存活和萌枝中起到关键性作用，提供了碳水动态变化对树木死亡效应的新视角。项目研究成果对于科学认识人类活动和气候变化对准噶尔荒漠植被的影响提供了科学借鉴。