植樹造林是生態(tài)建設(shè)的主要手段之一，我國自20世紀(jì)70年代開始建設(shè)“三北防護(hù)林”和退耕還林還草工程，土地利用和覆蓋變化（LUCC），影響著當(dāng)?shù)氐乃Y源。干旱半干旱地區(qū)約占全球陸地面積的45%，水資源利用上主要依賴地下水，因而評(píng)估生態(tài)工程對(duì)地下水補(bǔ)給的影響至關(guān)重要。氯質(zhì)量平衡方法（CMB）是估算干旱半干旱地區(qū)地下水補(bǔ)給量的常用方法，然而，在評(píng)價(jià)LUCC對(duì)地下水補(bǔ)給影響時(shí)，前提條件是包氣帶土壤氯含量分布的代表性，以及曲線達(dá)到穩(wěn)態(tài)。缺乏對(duì)于這些條件的判別方法，在一定程度上限制了CMB方法的應(yīng)用。

　　針對(duì)上述問題，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所頁巖氣與地質(zhì)工程院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員黃天明、研究員龐忠和等，建立了在LUCC條件下判別土壤氯含量分布曲線是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)的方法。方法的原理包括：第一，LUCC變化時(shí)間與特定深度的土壤水分年齡對(duì)比判斷氯剖面的代表性，即對(duì)比特定深度上土地利用變化歷史延時(shí)（A_L）與氯累積年齡（A），如果前者大于后者，說明這個(gè)深度以上的土壤水是新植被覆蓋條件下補(bǔ)給的，可以利用包氣帶氯質(zhì)量平衡方法評(píng)價(jià)地下水補(bǔ)給及其變化；反之，說明土壤水是新舊兩種條件下補(bǔ)給水的混合物，系統(tǒng)水分分布尚未達(dá)到新的平衡。第二，利用氯累積和水分累積的相關(guān)曲線來識(shí)別土壤氯剖面是否為穩(wěn)態(tài)，線性曲線為穩(wěn)態(tài)，否則，為非穩(wěn)態(tài)（圖1）。

圖1.土地利用與覆蓋變化（LUCC）條件下包氣帶氯剖面特征及穩(wěn)態(tài)識(shí)別

　　毛烏素沙地（圖2）雖然降水量較?。?20 mm/yr），但裸地補(bǔ)給量較大（50-54 mm/yr）。原因是包氣帶巖性為細(xì)砂和粉砂，土壤水入滲較快。利用該研究提出的方法進(jìn)行判別，發(fā)現(xiàn)在蓋度較低的稀疏草地、灌木和林地下面的土壤剖面已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（圖3），可直接利用CMB方法估算補(bǔ)給。但在蓋度較高的灌木條件下，土壤剖面尚未達(dá)到新的平衡，不能用此方法。評(píng)估結(jié)果表明，毛烏素沙地的地表植被為沙蒿、檸條、沙柳、楊樹等的時(shí)候，相對(duì)于裸地條件下，在補(bǔ)給區(qū)地下水補(bǔ)給量就會(huì)減少到67%，甚至10%以下，在排泄區(qū)則應(yīng)該更少。因此，毛烏素沙地的地下水受防護(hù)林建設(shè)的影響是比較顯著的。

　　研究提出的評(píng)估方法，可用于區(qū)域水文模型的標(biāo)定或遙感方法估算補(bǔ)給量的校正。綜合應(yīng)用上述技術(shù)方法，有望在更大的時(shí)空尺度上，對(duì)干旱半干旱地區(qū)實(shí)施的植樹造林等生態(tài)工程對(duì)地下水補(bǔ)給的影響進(jìn)行更加系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。

圖2.毛烏素沙地研究區(qū)土壤剖面和地下水采樣點(diǎn)位置圖

圖3.毛烏素沙地土壤氯剖面穩(wěn)態(tài)曲線（A_L>A）

　　相關(guān)研究成果以Impact of afforestation on atmospheric recharge to groundwater in a semiarid area為題，發(fā)表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres上。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國地調(diào)局西安地質(zhì)調(diào)查中心、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）等的資助。

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