若尔盖地区是全球气候变化的敏感地区,同时也是我国黄河长江上游生态屏障的关键区域,然而目前针对全球气候变化背景下该地区的土壤水分植被承载力情况还不清楚.本文基于Biome-BGC模型,模拟了2007-2021年不同气候变化情景下若尔盖地区4种沙地类型(固定沙地、半固定沙地、流动沙地和露沙地)上典型植被沙棘的水分利用效率(WUE),再根据土壤水分植被承载力公式估算出不同沙地类型上沙棘的土壤水分植被承载力.结果表明:不同气候情景下,沙棘的WUE年均值均表现为露沙地＞固定沙地＞半固定沙地＞流动沙地;与现行气候情景相比,未来气候变化情景下沙棘的WUE均有所下降,尤其在温度升高降水增加的情景下沙棘的WUE最低;不同气候情景下,沙棘的土壤水分植被承载力年均值均呈现固定沙地＞半固定沙地＞流动沙地＞露沙地;与现行气候情景相比,未来气候变化情景下各类型沙地上的土壤水分植被承载力均有所下降;降水和气温对土壤水分植被承载力的影响存在耦合效应,其中降水对土壤水分植被承载力的影响大于气温.本研究揭示了若尔盖地区不同沙地类型上土壤水分植被承载力对气候变化的响应特征,对高寒沙地的生态治理与恢复具有一定的指导意义.

夹粘沙丘是指剖面中分布有一层红褐色粘化层的沙丘,其夹粘层埋藏深度常在120-500cm左右,厚度在40-100cm之间,粘粉粒含量达到90％以上.夹粘沙丘人工梭梭固沙植被郁闭度在0.5以上,明显高于相同水热条件下的植被生产力,这可能与夹粘层通过改变土壤持水性及水分状况,从而提高了土壤水分承载力有关.以河西走廊绿洲边缘夹粘沙丘为研究对象,在测定0-8.0m剖面土壤物理性质和土壤水分特征曲线的基础上,计算了土壤孔隙分布和持水特性,研究了剖面中土壤持水性的变化规律及其影响因素.结果表明:(1)夹粘层土壤含水量最高,上覆沙土土壤含水量最少且随深度增加而增加,下伏沙土受地下水毛管作用影响水分含量较高;(2)土壤机械组成决定了不同土层的持水特性,土壤中粘粉粒含量越高,田间持水量和饱和含水量就越大,夹粘层的土壤持水性远高于沙土层;(3)夹粘层是沙丘土壤水分暂时贮存的重要土层,可以为植被提供深层土壤水分,这对绿洲边缘人工固沙植被的生存和繁衍有重要影响,而土壤持水性和毛管作用的强弱决定了夹粘层对沙丘水分调节能力的强弱.本研究为深入理解绿洲边缘雨养固沙植被斑块状分布的机理提供了一定的理论依据.

了解土壤水分与物种多样性及生物量的关系对探究植物群落特征与分布具有重要意义.以陕北黄土丘陵区吴起、米脂、府谷、定边4个典型区域为研究对象,对比分析降水量影响下的土壤水分梯度对自然恢复植物群落多样性、生物量的影响,为黄土丘陵区植被恢复和生物多样性管理提供科学依据.结果表明:随降水量自东南向西北逐渐减少土壤水分呈降低趋势,吴起、米脂、府谷和定边平均土壤含水量分别为9.77％、9.40％、7.91％和6.40％;4个区域调查统计到植物24科56属71种,其中禾本科、菊科、豆科植物占多数且以草本植物为主;随着土壤含水量降低,4个典型区域植物群落物种组成具有较低的相似性,说明物种组成随土壤水分变化而更替;同时,群落生物量、Margalef指数、Shannon指数以及Pielou指数均表现出逐渐降低趋势,且群落生物量、Margalef指数、Shannon指数与浅层土壤含水量呈显著正相关.研究表明,土壤水分变化对群落物种组成、植物群落多样性及生物量有重要的影响,研究区植被恢复建设必须要考虑土壤水分承载力.

黄土高原地区植被建设已达到土壤水分承载力的阈值,需要对现有林分进行结构优化并提升其生态功能.不合理的林分密度是导致黄土丘陵区刺槐林土壤干化、生长衰退的主要原因之一.疏伐可以优化林分结构,并能够通过控制蒸腾耗水来调控土壤水分,是促进刺槐林可持续生长的有效手段.疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾有何影响,目前并不清楚.研究基于树干液流法估算了4个不同疏伐强度(样地1:52％、样地2:48％、样地3:35％、样地4:未疏伐)下刺槐单株尺度的液流速率与林分尺度的日平均蒸腾量,并分析了不同时间尺度下液流速率与环境因子的关系,以阐明疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾的影响.结果 表明:(1)单株尺度刺槐蒸腾速率(即液流速率)随疏伐强度减小(林分密度增大)呈现下降趋势(样地1:0.53 kg cm-2d-1、样地2:0.41 kg cm-2 d-1、样地3:0.31 kg cm-2 d-1、样地4:0.33 kg cm-2 d-1);(2)观测期林分尺度日平均蒸腾量随疏伐强度减小呈现上升趋势(样地1:0.90 mm/d、样地2:1.18 mm/d、样地3:1.04mm/d、样地4:1.44 mm/d);(3)在半小时尺度与日尺度上,各样地液流速率与环境因子的关系没有显著差异,半小时尺度单株液流速率均与太阳辐射相关性最高(相关系数0.883-0.908),液流速率日变化过程与环境因子日变化过程存在时滞现象;日尺度单株液流速率与饱和水汽压亏缺相关性最高(相关系数0.843-0.913),样地间日尺度单株液流速率的差异性随着饱和水汽压亏缺增大而增大.研究结果初步反映了疏伐导致的林分密度变化对刺槐蒸腾的影响,将为黄土丘陵区刺槐林的结构改造、功能提升和土壤水分调控提供理论支持.

三江源国家公园表层(0～30 cm)土壤水分性状是区域水源涵养功能及生态承载力评估的重要基础,但地面数据的缺乏限制了相关研究结果的准确性.以青海高原典型区域表层土壤水分的长期监测数据为基础,结合气温、降水、蒸散发、归一化植被指数、海拔、坡度和坡向等因子,构建了增强回归树模型以量化三江源国家公园表层土壤储水及其水源涵养功能.结果表明,三江源国家公园平均表层土壤现实储水量、有效储水量及水源涵养量分别为75.20±1.98、50.52±2.53及73.79±68.45 mm.在未考虑冰川冻土消融的情况下,区域平均最大、现实和最小产流量分别为47.75±65.75、-2.78±64.45和-30.48±65.16 mm.三江源国家公园表层土壤现实储水及水源涵养功能均呈现出从西北到东南逐渐升高的空间趋势,其总量分别为30.48亿t和50.80亿t,约79％集中于高寒草甸.研究结果可为三江源国家公园水资源承载力的评估和功能区划提供数据支撑.