荒漠灌丛茎干流与根区优先流及其土壤沃岛效应研究

植株冠层截留的部分降水经枝叶汇流后与茎干截留的降水一起流向灌丛基部形成茎干流，它改变灌丛区降水的空间分布格局，并汇集附着在枝叶茎干的干湿沉降物于根区。茎干流经由根区优先流使水分和养分在植株根部富集，从而影响局地微生境水分和养分的运移与分布格局，对提高干旱半干旱区降水的有效利用和改善土壤养分状况具有重要作用，有利于荒漠灌丛的生存繁衍。茎干流与根区优先流及其土壤沃岛效应是荒漠灌丛适应干旱瘠薄立地条件的重要生态水文机制。本项目以腾格里沙漠南缘荒漠灌丛为研究对象，一方面通过野外密集取样并在室内定量分析植株根、茎、叶各构件营养元素、茎干流沉积物及根区土壤养分；另一方面，通过野外自然和室内模拟茎干流试验，分析茎干流与降水及植物冠层特征之间的关系，揭示影响茎干流形成及其动态变化的生物物理机制，建立基于茎干流与优先流特征的土壤沃岛效应模型。本研究对认识我国西部干旱区荒漠生态系统水养循环特征提供理论依据。

本项目以腾格里沙漠南缘优势固沙荒漠灌丛为研究对象，一方面通过定量分析植株根、茎、叶各构件营养元素、树干径流沉积物及根区土壤养分；另一方面，通过野外自然和室内模拟树干径流试验，分析树干径流与降水及植物冠层特征之间的关系，揭示影响树干径流形成及其动态变化的生物物理机制。本项目通过连续三年的野外试验与室内模拟研究，表征了荒漠灌丛结构特征与树干径流动态，定量分析了树干径流与降水及植物冠层特征之间的关系，以及降水、穿透雨、树干径流沉积物营养元素与灌丛不同空间位置根区土壤养分之间的对应关系；发现植株冠层截留的部分降水经枝叶汇流后与茎干截留的降水一起流向灌丛基部形成树干径流，改变了灌丛区降水的空间分布格局，并汇集附着在枝叶茎干的干湿沉降物于根区。通过该项目研究，明确了树干径流沉积物、根区优先流与土壤沃岛的相互联系，阐明了灌丛根区土壤水养动态及空间格局对斑块状灌丛稳定繁衍的生态学意义。研究表明树干径流经汇集的水分和养分通过根区优先流在植株根部富集，改变了入渗降水和养分物质在植物根区的运移与分布格局，促进干旱区植物对有限降水的高效利用，改善了土壤养分状况，有利于荒漠灌丛的生存繁衍。因此，树干径流与根区优先流及其土壤沃岛效应是荒漠灌丛适应干旱瘠薄立地条件的重要生态水文机制。