松嫩平原苏打盐渍土区微地貌生态水文过程与盐渍化效应

The climate change and the intensifying human activities cause expanding and aggravation of soil salinization. A recent study suggests that hydrological processe changes intensify the spatial variation of soil salinity distribution under microrelief, which accelerate the process of soil salinization and ecological degradation. To identify the mechanisms responsible for the degradation, eco-hydrological processes and salinization effects need to be explored under microrelief in the water-soil-plant-atmosphere system. Based on the theory of eco- hydrology, the eco-hydrologic processes and salinizaton effects will be investigated under microrelief with saline-sodic soils through simulated experiments and field experiments. Stable isotope and on-the-go magnetic induction salinity measuring system will be employed in the study. Numerical simulations will be carried out with the coupling model of UNSATCHEM-2D+EPIC. The objectives of this research are to analyze influncial factors of soil salinity and find threshold values of plant community distribution under microrelief. This research can give some support and guide for vegetation restoration adapting to saline –sodic soils.

随着气候变化和人类活动的不断加剧，松嫩平原土壤盐渍化呈扩大和加重态势。最新研究认为松嫩平原微地貌的存在，导致了水文过程的变化，从而使土壤含盐量在很小的区域范围内存在显著差异，加速了土壤盐渍化过程和生态退化。而要揭示其退化机制，必须将水-土-植物-大气作为一个完整的系统在微域景观研究其生态水文过程和盐渍化效应。因此，本研究以生态水文学为理论依据，通过人工模拟和野外试验相结合，利用二维水盐运移+植物生长耦合模型模拟，通过稳定同位素法和机载移动式磁感应法土壤盐分测定系统研究微地貌下盐渍土生态水文过程机制，明确微域景观单元土壤复合镶嵌体形成因子，揭示植物群落分布的盐碱化阈值，为苏打盐渍土差异化植被恢复提供理论支持。

本项目通过控制实验，揭示了垂向和侧向水盐运移规律和土壤水盐变化下的植物响应机制，土壤含水量在不同高程台地处理和坡面不同高程位置处理均表现为随着剖面土壤层深度的增加呈现先减小后增大的趋势，最小值均出现在土壤剖面20cm土层。与坡地比较，土壤台地表现为具有较高的含水量。土壤盐碱指标pH、EC均呈现出随着土壤深度增加而增大的趋势。台地处理盐碱指标大于坡地处理，坡地处理间差异大于台地处理。因此相同高程的台地较坡地具有较高的保水效果，同时具有增加盐碱的作用。不同高程台地和坡地不同高程位置均分布有羊草、芦苇、猪毛蒿和碱地凤毛菊四种优势种植物，台地处理的生物多样性要优于坡地处理的生物多样性。通过定位监测，明确了微地貌景观下的苏打盐碱土空间分布特征及驱动因子。微地貌景观中草甸碱土多分布于地势较高的地貌单元上，草甸盐土分布在洼地中心等地势平坦的单元上。地形高度，坡度和坡长是影响微地貌景观水盐变化的重要因子。地形高度较坡度影响显著，且地形高度影响土壤碱性特征较强。通过野外小区试验，阐明了微地形复合镶嵌体空间变异特征，确定了微地形复合镶嵌体相对高程的盐碱阈值。经典统计分析表明，在微地形影响下，土壤物理、化学性质为中等及弱空间变异；地统计分析结果表明，土壤理化性质具有中等及强空间自相关性，且土壤物理指标较土壤化学的盐碱指标有更强的空间自相关，即微地形对于土壤水分的影响更为剧烈；土壤理化性质与相对高程显著正相关，植物生物量与其相反。土壤理化指标与相对高程之间呈现二次函数关系，微斜坡地上土壤盐碱达到最高阈值时的微地形高程为50-60cm。本项目的研究成果能够为苏打盐碱土苏打盐渍土差异化修复和耕作管理提供理论依据。项目执行期间发表论文14篇，其中SCI论文5篇，出版专著1部，获授权发明专利1项并实现成果转化，获吉林省科技进步二等奖1项。