毛乌素沙地典型人工林土壤水分特征及其对降水的响应
收稿日期: 2023-09-25
修回日期: 2023-11-29
网络出版日期: 2024-02-21
基金资助
国家自然科学基金(31960284);“科技兴蒙”行动重点专项专题“鄂尔多斯荒漠化修复机制与高效特色林草产业模式研究”(2022EEDSKJXM003-1-2);横向课题“毛乌素沙地生态指数测试项目”(ESZCWSS-C-F-230044)
Soil Moisture Characteristics and Its Response to Precipitation of Typical Plantation in Mu Us Sandy Land
Received date: 2023-09-25
Revised date: 2023-11-29
Online published: 2024-02-21
降水格局的波动影响着干旱半干旱区生态系统的稳定性。以毛乌素沙地典型人工林杨柴、沙柳及流动沙丘(对照)为研究对象,通过连续监测降水与土壤含水量变化,分析3种覆被类型10,30,50,70,90,110 cm处土壤水分时空特征及对不同降水量级的响应。结果表明:1)从浅层至深层土壤水分含量流动沙丘呈“S”型变化,杨柴人工林呈“3”型变化,沙柳人工林呈持续增大。2)5—10月植被生长季土壤水分变化,流动沙丘呈波动性变化,杨柴人工林呈“M”型变化,沙柳人工林呈“N”型变化。3)土壤水分对降水响应敏感度流动沙丘>沙柳人工林>杨柴人工林。4)降水量相同时,土壤水分补给对降水的响应具有滞后性,土壤初始含水量及降水强度影响水分入渗深度。结果为干旱半干旱区生态建设过程中降水补给下有效的水资源利用及土壤水分预测提供理论依据。
白星雯 , 布日古德 , 洪光宇 , 李炜 , 邵飞舟 , 张雷 . 毛乌素沙地典型人工林土壤水分特征及其对降水的响应[J]. 林草资源研究, 2023 , 0(6) : 52 -60 . DOI: 10.13466/j.cnki.lczyyj.2023.06.006
Fluctuations in precipitation patterns affects the ecological stability in arid and semi-arid areas Taking typical Hedysarum laeve plantations,Salix psammophila plantations and moving dunes in Mu Us Sandy land as research objects,through continuous monitoring of precipitation and soil profile water change,the soil moisture change characteristics at 10 cm,30 cm,50 cm,70 cm,90 cm and 110 cm of three kinds of land cover types and their responses to different precipitation magnitude were analyzed.The results showed that:1)The soil moisture content changed from shallow layer to deep layer,the sand dune showed an S-shaped change,the Hedysarum laeve plantation showed a 3-shaped change,and the Salix psammophila plantation showed a continuous increase.2)During the vegetation growing season from May to October,the soil moisture content of the sand dune showed fluctuation,the Hedysarum laeve plantation showed "M" type change,and the Salix psammophila plantation showed "N" type change.3)When precipitation was the same,the response of soil moisture recharge to precipitation was hysteretic,and the initial soil moisture content and precipitation intensity affected the depth of water infiltration.The results of this study provide a theoretical basis for rational utilization and prediction of water resources in the process of ecological construction in arid and semi-arid regions.
Key words： Mu Us Sandy Land; soil moisture; plantations; precipitation pattern
| [1] | 徐兴良, 于贵瑞. 基于生态系统演变机理的生态系统脆弱性、适应性与突变理论[J]. 应用生态学报, 2022, 33(3):623-628. |
| [2] | 牛书丽, 陈卫楠. 全球变化与生态系统研究现状与展望[J]. 植物生态学报, 2020, 44(5):449-460. |
| [3] | 赵思腾, 赵学勇, 李玉霖, 等. 干旱半干旱区地下水埋深对沙地植物土壤系统演变的驱动作用综述[J]. 生态学报, 2022, 42(23):9898-9908. |
| [4] | 赵文智, 刘鹄. 干旱、半干旱环境降水脉动对生态系统的影响[J]. 应用生态学报, 2011, 22(1):243-249. |
| [5] | 罗叙, 李建平, 张翼, 等. 荒漠草原土壤水分时空变化对降水变化的响应[J]. 水土保持研究, 2021, 28(4):142-150. |
| [6] | 王博, 段玉玺, 王伟峰, 等. 人工固沙区植被演替过程中土壤水分时空分异特征[J]. 干旱区研究, 2020, 37(4):881-889. |
| [7] | 苗百岭, 梁存柱, 史亚博, 等. 降水变化对内蒙古典型草原地上生物量的影响[J]. 植物生态学报, 2019, 43(7):557-565. |
| [8] | Yahdjian L, Sala O E. Vegetation structure constrains primary production response to water availability in the Patagonian steppe[J]. Ecology, 2006, 87(4):52-62. |
| [9] | 李中恺, 李小雁, 周沙, 等. 土壤-植被-水文耦合过程与机制研究进展[J]. 中国科学:地球科学, 2022, 52(11):2105-2138. |
| [10] | Reynolds J F, Kemp P R, Ogle K, et al. Modifying the'pulse-reserve' paradigm for deserts of North America:Precipitation pulses,soil water,and plant responses[J]. Oecologia, 2004, 141(2):194-210. |
| [11] | Ribolzi O, Hermida M, Karamblri H, et al. Effects of aeolian processes on water infiltration in sandy Sahelian rangeland in Burkina Faso[J]. Catena, 2006, 67(3):145-154. |
| [12] | 王宁, 毕华兴, 郭孟霞, 等. 晋西黄土残塬沟壑区刺槐人工林土壤水分植被承载力研究[J]. 水土保持学报, 2019, 33(6):213-219. |
| [13] | 李新荣, 张志山, 谭会娟, 等. 我国北方风沙危害区生态重建与恢复:腾格里沙漠土壤水分与植被承载力的探讨[J]. 中国科学:生命科学, 2014, 44(3):257-266. |
| [14] | 张定海, 李新荣, 陈永乐. 腾格里沙漠人工植被区固沙灌木影响深层土壤水分的动态模拟研究[J]. 生态学报, 2016, 36(11):3273-3279. |
| [15] | 孙姗姗, 刘新平, 王翠萍, 等. 半干旱沙地樟子松林降雨再分配特征[J]. 干旱区地理, 2021, 44(1):109-117. |
| [16] | 岳艳鹏, 成龙, 孙迎涛, 等. 毛乌素沙地生物结皮覆盖区土壤水分收支变化特征[J]. 应用生态学报, 2022, 33(7):1861-1870. |
| [17] | 洪光宇, 王晓江, 张雷, 等. 科尔沁沙地生物结皮与其他植被覆盖耗水率的研究[J]. 内蒙古林业科技, 2017, 43(4):14-20. |
| [18] | 洪光宇, 王晓江, 刘果厚, 等. 毛乌素沙地杨柴灌木林土壤水分对不同降雨格局的响应[J]. 水土保持通报, 2021, 41(2):76-83. |
| [19] | 刘姣, 艾宁, 宗巧鱼, 等. 毛乌素沙地南缘臭柏群落土壤水分空间分布特征[J]. 水土保持学报, 2019, 33(5):79-84. |
| [20] | 洪光宇. 毛乌素沙地杨柴和沙柳的蒸腾耗水特征及人工林地植被承载力[D]. 内蒙古: 内蒙古农业大学, 2021. |
| [21] | 裴艳武, 黄来明, 邵明安, 等. 毛乌素沙地不同地下水位埋深下土壤水补给特征及影响因素[J]. 农业工程学报, 2021, 37(12):108-116. |
| [22] | 王宇祥, 刘廷玺, 段利民, 等. 科尔沁不同类型沙丘土壤水分时空变化特征及其环境影响因子[J]. 水土保持学报, 2020, 34(6):125-134. |
| [23] | 常昌明, 牛建明, 王海, 等. 小针茅荒漠草原土壤水分动态及其对降雨的响应[J]. 干旱区研究, 2016, 33(2):256-265. |
| [24] | 张桂珍, 高凯, 张丽娟. 扎鲁特旗山地草地土壤含水量动态与气候因子的关系[J]. 草业科学, 2015, 32(9):1399-1404. |
| [25] | 洪光宇, 王晓江, 王少昆, 等. 沙地土壤水分时空动态研究进展[J]. 水土保持研究, 2021, 28(3):390-398. |
| [26] | 马建业, 孙宝洋, 肖俊波, 等. 黄土高原丘陵区小流域地下水补给特征[J]. 干旱区地理, 2018, 41(5):992-1000. |
| [27] | 王宇祥, 刘廷玺, 段利民, 等. 半干旱地区半流动沙丘水分深层渗漏量及其对降雨格局的响应[J]. 应用生态学报, 2020, 31(8):2710-2720. |
| [28] | 赵景波, 邢闪, 邵天杰, 等. 腾格里沙漠南缘沙层含水量与水分平衡研究[J]. 自然资源学报, 2012, 27(3):480-488. |
| [29] | 张璐, 朱仲元, 张圣微, 等. 半干旱草原型流域土壤水分变异及其影响因素分析[J]. 农业工程学报, 2020, 36(13):124-132. |
| [30] | 李小雁. 干旱地区土壤-植被-水文耦合、响应与适应机制[J]. 中国科学:地球科学, 2011, 41(12):1721-1730. |
| [31] | 陈伟, 李亚新, 王红阳, 等. 黄土丘陵区坡耕地与撂荒地土壤水分对降雨的响应特征[J]. 生态学报, 2022, 42(1):332-339. |
| [32] | 李卓, 刘永红, 杨勤. 土壤水分入渗影响机制研究综述[J]. 灌溉排水学报, 2011, 30(5):124-130. |
| [33] | Liu H, Lei T W, Zhao J, et al. Effects of rainfall intensity and antecedent soil water content on soil infiltrability under rainfall conditions using the run off-on-out method[J]. Journal of Hydrology, 2010, 396(1/2):24-32. |
| [34] | 方欣, 刘小槺, 岳大鹏. 毛乌素沙地1960—2018年气候变化特征及影响因子分析[J]. 水土保持研究, 2022, 29(2):163-169. |
| [35] | Thomey M L, Collins S L, Vargas R, et al. Effect of precipitation variability on net primary production and soil respiration in a Chihuahuan Desert grassland[J]. Global Change Biology, 2011(4):1505-1515. |
| [36] | Ryel R J, Leffler A J, Peek M S, et al. Water conservation in artemisia tridentata through redistribution of precipitation[J]. Oecologia, 2004(2):335-345. |
| [37] | Knapp A K, Beler C, Brlske D D, et al. Consequences of more extreme precipitation regimes for terrestrial ecosystems[J]. Bioscience, 2008, 58(9):811-821. |
| [38] | 王新平, 康尔泗, 李新荣, 等. 荒漠地区土壤初始状况对水平入渗的影响[J]. 地球科学进展, 2003(4):592-596. |
| [39] | 林代杰, 郑子成, 张锡洲, 等. 不同土地利用方式下土壤入渗特征及其影响因素[J]. 水土保持学报, 2010, 24(1):33-36. |
| [40] | 刘霞, 张光灿, 李雪蕾, 等. 小流域生态修复过程中不同森林植被土壤入渗与贮水特征[J]. 水土保持学报, 2004(6):1-5. |
| [41] | 党宏忠, 却晓娥, 冯金超, 等. 土壤水分对黄土区苹果园土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水势梯度的影响[J]. 应用生态学报, 2020, 31(3):829-836. |
| [42] | 陈娟, 宋乃平, 陈林, 等. 荒漠草原不同覆被类型土壤水分动态及其对降水的响应[J]. 水土保持学报, 2021, 35(6):198-206. |
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