加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點,為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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深層土壤水分時空動態(tài)演變規(guī)律及其對植被更替響應(yīng)研究獲進(jìn)展

2020-07-01 地球環(huán)境研究所
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  土壤和水是地球關(guān)鍵帶的核心組成部分,土壤水分運動是地球關(guān)鍵帶中物質(zhì)和能量遷移轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動力之一。在氣候變化和人類活動的影響下,土壤水分運動的頻率、幅度和空間范圍均發(fā)生了明顯變化,在時間上表現(xiàn)為與降水事件、植被耗水的強(qiáng)耦合,在空間上表現(xiàn)為土壤水循環(huán)深度的不斷加深及對區(qū)域水循環(huán)的正負(fù)效應(yīng)。因此,探明氣候變化和人類活動共同影響下地球關(guān)鍵帶深層土壤水分的時空變化規(guī)律及其對植被更替的響應(yīng),有助于深化對地球關(guān)鍵帶土壤水分運動規(guī)律、土壤水文過程模擬及土地利用優(yōu)化管理的科學(xué)認(rèn)識。季風(fēng)區(qū)黃土高原關(guān)鍵帶中的水蝕風(fēng)蝕交錯帶是典型的生態(tài)脆弱區(qū),對土壤水分變化尤為敏感,是探究這一科學(xué)問題的理想?yún)^(qū)域。 

  最近,中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所研究員王云強(qiáng)團(tuán)隊選擇黃土關(guān)鍵帶水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)的典型小流域,對流域內(nèi)4種不同利用方式(農(nóng)地、灌木地、天然草地和人工草地)的深剖面(21m)土壤水分進(jìn)行原位監(jiān)測(20次,2011年-2015年),同步獲取植被、土壤、氣象等環(huán)境因子,利用Hydrus-1D模型模擬與情景分析,研究了黃土關(guān)鍵帶深層土壤水分的時空動態(tài)變化規(guī)律及其對植被更替的響應(yīng)。 

  研究發(fā)現(xiàn):(1)土壤水分生態(tài)在垂直方向上表現(xiàn)出高度空間變異性。在0m-2m深度,土壤質(zhì)地和根系生物量共同控制土壤水分的時間與空間變異性,而氣象因素僅對土壤水分的時間變異性有顯著影響;在2m-21m深度,土壤質(zhì)地控制土壤水分的空間變異性,而土壤質(zhì)地和根系生物量則共同控制土壤水分的時間變異性;(2Hydrus-1D模型能準(zhǔn)確模擬長時間尺度下0m-21m土壤水分的時空動態(tài)變化,并且在受氣象因素影響較小的深層土壤中,模型模擬效果更好;(3)在模擬不同人類活動影響下(即,不同的植被更替情境),植被更替對不同深度土壤水分的效應(yīng)存在差異:在深層(3.4m-4.8m),地表植被由淺根植物更替為深根植物時將加劇深層土壤干燥化。在淺層(0m-1.2m),當(dāng)農(nóng)地更替為灌木地(檸條)后,對土壤水分的影響在雨季表現(xiàn)為補(bǔ)給效應(yīng),在旱季表現(xiàn)為消耗效應(yīng)。因此進(jìn)行土地利用配置和植被更替時,應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件(尤其是降水)、前期土壤水分狀況和植被耗水特性,選擇合適的植被類型。 

  該成果已在線發(fā)表于國際期刊Catena上,研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(XDA23070201)和國家自然科學(xué)基金(41722106、4153085441971045)等的共同資助。 

  論文鏈接 

  1. (a)天然草地、(b)人工草地、(c)農(nóng)地和(d)灌木地21m土壤剖面內(nèi)土壤含水量(SWC)的垂直分布。圖右側(cè)條帶代表21 m土壤剖面內(nèi)土壤質(zhì)地的垂直分布。CV,變異系數(shù)。 

2.驗證期內(nèi),天然草地(NG)、人工草地(PG)、農(nóng)地及灌木地的模擬及實測土壤含水量(SWC)。 

  3. 模擬作物更替期(a)和期(b) 內(nèi),研究區(qū)農(nóng)地模擬土壤含水量(SWC)和由農(nóng)地向天然草地(NG)、人工草地(PG)、灌木地轉(zhuǎn)變后的模擬土壤含水量(SWC) 

打印 責(zé)任編輯:江澄

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