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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(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)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(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

深層土壤水分時(shí)空動(dòng)態(tài)演變規(guī)律及其對(duì)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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語(yǔ)音播報(bào)

　　最近，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所研究員王云強(qiáng)團(tuán)隊(duì)選擇黃土關(guān)鍵帶水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)的典型小流域，對(duì)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(cè)（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(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其對(duì)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(shí)間與空間變異性，而氣象因素僅對(duì)土壤水分的時(shí)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(shí)間變異性；（2）Hydrus-1D模型能準(zhǔn)確模擬長(zhǎng)時(shí)間尺度下0m-21m土壤水分的時(shí)空動(dòng)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(lèi)活動(dòng)影響下（即，不同的植被更替情境），植被更替對(duì)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(shí)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(duì)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(shí)，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(lèi)型。

　　該成果已在線發(fā)表于國(guó)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(xiàng)（XDA23070201）和國(guó)家自然科學(xué)基金（41722106、41530854、41971045）等的共同資助。

　　論文鏈接

　　圖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)。

圖2.驗(yàn)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(shí)測(cè)土壤含水量(SWC)。

　　圖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)

　　土壤和水是地球關(guān)鍵帶的核心組成部分，土壤水分運(yùn)動(dòng)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(dòng)力之一。在氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響下，土壤水分運(yùn)動(dòng)的頻率、幅度和空間范圍均發(fā)生了明顯變化，在時(shí)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(duì)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(lèi)活動(dòng)共同影響下地球關(guān)鍵帶深層土壤水分的時(shí)空變化規(guī)律及其對(duì)植被更替的響應(yīng)，有助于深化對(duì)地球關(guān)鍵帶土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律、土壤水文過(guò)程模擬及土地利用優(yōu)化管理的科學(xué)認(rèn)識(shí)。季風(fēng)區(qū)黃土高原關(guān)鍵帶中的水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)帶是典型的生態(tài)脆弱區(qū)，對(duì)土壤水分變化尤為敏感，是探究這一科學(xué)問(wèn)題的理想?yún)^(qū)域。
　　最近，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所研究員王云強(qiáng)團(tuán)隊(duì)選擇黃土關(guān)鍵帶水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)的典型小流域，對(duì)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(cè)（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(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其對(duì)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(shí)間與空間變異性，而氣象因素僅對(duì)土壤水分的時(shí)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(shí)間變異性；（2）Hydrus-1D模型能準(zhǔn)確模擬長(zhǎng)時(shí)間尺度下0m-21m土壤水分的時(shí)空動(dòng)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(lèi)活動(dòng)影響下（即，不同的植被更替情境），植被更替對(duì)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(shí)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(duì)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(shí)，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(lèi)型。
　　該成果已在線發(fā)表于國(guó)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(xiàng)（XDA23070201）和國(guó)家自然科學(xué)基金（41722106、41530854、41971045）等的共同資助。
　　論文鏈接
　　圖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)。
　　圖2.驗(yàn)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(shí)測(cè)土壤含水量(SWC)。
　　圖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)

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