自1950年以來,黃土高原實施了一系列的植被恢復工程,其中自然草地恢復和人工造林恢復是黃土高原生態治理最重要的兩種植被恢復模式。然而,這兩種植被恢復模式如何影響土壤水—植物水之間相互作用的關係這一關鍵問題一直尚未報導。針對該科學問題,中科院地球環境研究所劉金召副研究員聯合金釗研究員和南京地理與湖泊研究所吳華武副研究員,將黃土高原中部南小河溝自然草地恢復(董莊溝)和人工造林恢復(楊家溝)對比小流域中的禾本科植物作為研究對象:董莊溝(1.15 km2)自1954年開始實施草地封育政策,現已形成天然的自然草地生態系統;楊家溝(0.87 km2)自1954-1958年實施人工造林措施,現已形成人工森林生態系統(圖1)。採用氫和氧穩定同位素(δ2H和δ18O)科技對兩個小流域不同坡向的土壤水、根系水和葉片水進行連續測定。結果表明:兩個流域的植物根系水和葉片水都可以很好地記錄土壤水和降雨的同位素變化,主要受到溫度的控制;自然恢復流域的草本科植物相比人工林地的草本科植物具有更大的土壤蒸發作用,而禾本科植物蒸騰作用在兩個流域差异不顯著(圖2);某些月份的植物根系水和土壤水之間存在偏差,暗示根系水吸收可能存在分餾,或者存在其他的水源(例如,露水等)。該研究有助於深入理解黃土高原兩種不同植被恢復模式下水文迴圈的差异。
圖1黃土高原中部南小河溝自然草地恢復(董莊溝)和人工造林恢復(楊家溝)。其中兩個小流域照片來自Jin et al.,2014。
圖2降雨、土壤水、根系水和葉片水δ2H和δ18O值的關係圖:楊家溝(a)和董莊溝(b)。
該研究成果近期線上發表於國際期刊《Agricultural Water Management》,該研究得到中國科學院和國家自然科學基金委的共同資助。
詳文詳見:Liu JZ,Wu HW,Cheng Y,Jin Z,Hu J(2021).Stable isotope analysis of soil and plant water in a pair of natural grassland and understory of planted forestland on the Chinese Loess Plateau.Agricultural Water Management 249,106800.
論文連結:https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.106800