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　　植樹造林是生態(tài)建設的主要手段之一，我國自20世紀70年代開始建設“三北防護林”和退耕還林還草工程，土地利用和覆蓋變化（LUCC），影響著當?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，因而評估生態(tài)工程對地下水補給的影響至關重要。氯質(zhì)量平衡方法（CMB）是估算干旱半干旱地區(qū)地下水補給量的常用方法，然而，在評價LUCC對地下水補給影響時，前提條件是包氣帶土壤氯含量分布的代表性，以及曲線達到穩(wěn)態(tài)。缺乏對于這些條件的判別方法，在一定程度上限制了CMB方法的應用。

　　針對上述問題，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所頁巖氣與地質(zhì)工程院重點實驗室副研究員黃天明、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到穩(wěn)態(tài)的方法。方法的原理包括：第一，LUCC變化時間與特定深度的土壤水分年齡對比判斷氯剖面的代表性，即對比特定深度上土地利用變化歷史延時（A_L）與氯累積年齡（A），如果前者大于后者，說明這個深度以上的土壤水是新植被覆蓋條件下補給的，可以利用包氣帶氯質(zhì)量平衡方法評價地下水補給及其變化；反之，說明土壤水是新舊兩種條件下補給水的混合物，系統(tǒng)水分分布尚未達到新的平衡。第二，利用氯累積和水分累積的相關曲線來識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)識別

　　毛烏素沙地（圖2）雖然降水量較?。?20 mm/yr），但裸地補給量較大（50-54 mm/yr）。原因是包氣帶巖性為細砂和粉砂，土壤水入滲較快。利用該研究提出的方法進行判別，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到穩(wěn)定狀態(tài)（圖3），可直接利用CMB方法估算補給。但在蓋度較高的灌木條件下，土壤剖面尚未達到新的平衡，不能用此方法。評估結(jié)果表明，毛烏素沙地的地表植被為沙蒿、檸條、沙柳、楊樹等的時候，相對于裸地條件下，在補給區(qū)地下水補給量就會減少到67%，甚至10%以下，在排泄區(qū)則應該更少。因此，毛烏素沙地的地下水受防護林建設的影響是比較顯著的。

　　研究提出的評估方法，可用于區(qū)域水文模型的標定或遙感方法估算補給量的校正。綜合應用上述技術方法，有望在更大的時空尺度上，對干旱半干旱地區(qū)實施的植樹造林等生態(tài)工程對地下水補給的影響進行更加系統(tǒng)的評價。

圖2.毛烏素沙地研究區(qū)土壤剖面和地下水采樣點位置圖

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)新促進會和國際原子能機構(gòu)（IAEA）等的資助。

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