科研進(jìn)展
干旱沙區植被重建區水量平衡與植物生長(cháng)互饋機理研究獲新進(jìn)展
干旱沙區常因降雨量低、蒸散量高而呈現負水量平衡狀態(tài)，水分成為植物生存與生長(cháng)的主要限制因素。地下水是沙漠生態(tài)系統中的重要水源，旱區地下水生態(tài)系統的水量平衡，與植物生長(cháng)密切相關(guān)，直接決定了生態(tài)修復的可持續性，對以植被重建為主的生態(tài)修復及荒漠化防治具有重大意義。然而，對于沙漠生態(tài)系統中水量平衡與植物生長(cháng)特性隨地下水存在與否的變化規律研究目前較少。
中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院張志山研究員團隊，依托沙坡頭沙漠研究試驗站的“中國北方沙區水量平衡自動(dòng)模擬監測系統——沙坡頭蒸滲儀(Lysimeter)群”，采用其中12個(gè)大型稱(chēng)重式蒸滲儀(填充土壤為騰格里沙漠的風(fēng)沙土，從裸沙到多種單一栽植及灌木與半灌木混合栽植)，系統量化了2019年至2023年間不同沙漠生態(tài)系統(有無(wú)地下水)的水量平衡組分及植物生長(cháng)動(dòng)態(tài)。
研究發(fā)現，地下水補給（-2.5 m地下水位）使土壤水儲量變化向新的水量平衡狀態(tài)轉變，增加了實(shí)際蒸散發(fā)量和滲漏量。線(xiàn)性混合效應模型表明，地下水對水量平衡組分具有顯著(zhù)影響，并能促進(jìn)植物生長(cháng)。增強回歸樹(shù)模型顯示，地下水可緩解干旱和降水稀少對沙漠水量平衡的影響。在有無(wú)地下水補給的沙漠生態(tài)系統中，油蒿單一栽植的水分利用效率分別為6.74 kg m-3和3.10 kg m-3。在有地下水的沙漠生態(tài)系統中，檸條錦雞兒?jiǎn)我辉灾布坝洼锖蜋帡l錦雞兒混種的水分利用效率分別為3.05 kg m-3和2.64 kg m-3。
研究明確了半灌木在有無(wú)地下水的沙漠生態(tài)系統中都發(fā)揮著(zhù)重要作用。對于無(wú)地下水的沙漠生態(tài)系統，推薦采用油蒿半灌木單一栽植。在有地下水的沙漠生態(tài)系統中，油蒿單一栽植、檸條錦雞兒灌木單一栽植以及油蒿與檸條錦雞兒混合栽植是更優(yōu)的植物配置方案。
本研究通過(guò)以水分利用效率為主要評估指標的植物生長(cháng)性能分析，為含地下水沙漠生態(tài)系統的推薦植物配置方案提供了直接依據；指出干旱沙區的植被重建是防治沙漠化的有效解決方案，其中合理的植物配置方式是確保生態(tài)修復與重建長(cháng)期可持續的關(guān)鍵。
相關(guān)研究成果以Groundwater Altered Water Balance and Plant Water Use Efficiency in Desert Ecosystems為題，發(fā)表于國際權威期刊Water Resources Research。西北研究院博士生南益聰為第一作者，張志山研究員和德國于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)的Groh Jannis教授為共同通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項目和CPSF博士后獎學(xué)金計劃項目等的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2025WR040545
大型稱(chēng)重式蒸滲儀。(a)中國北方沙區水量平衡自動(dòng)模擬監測系統—沙坡頭蒸滲儀群；(b)本研究使用的12臺蒸滲儀；(c)蒸滲儀群平面圖；(d)蒸滲儀群地下設備。油蒿(Artemisia ordosica,Ao,半灌木);檸條錦雞兒(Caragana korshinskii,Ck,灌木);駝絨藜(Ceratoides latens,Cl,半灌木);油蒿和檸條錦雞兒混種(Ao & Ck);駝絨藜和檸條錦雞兒混種(Cl & Ck);G: 有地下水;NG: 無(wú)地下水。
地下水與植物栽植對水量平衡各組分的影響。裸沙(a,c)和栽植植物的蒸滲儀(b,d)在無(wú)地下水條件(a,b)和有地下水條件(c,d)。Ea: 實(shí)際蒸發(fā)量；ETa: 實(shí)際蒸散發(fā)量；?S: 土壤水儲量變化；DL:滲漏量。
2020-2023年兩種地下水條件及不同植物配置下的水分利用效率(a)，以及植物生物量增量變化與累積實(shí)際蒸散量 (b)和ETa/PET(c) 的關(guān)系。藍色陰影表示95%置信區間，PET：潛在蒸散發(fā)。
