西南岩溶坡地水分时空异质性及植物适应机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41171187
项目类别：
面上项目
资助金额：
70.0万
负责人：
陈洪松
依托单位：
中国科学院亚热带农业生态研究所
学科分类：
D0709.基础土壤学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
聂云鹏；张伟；胡可；杨静；张川；付同刚；
关键词：
水分来源岩溶坡地适应机理土壤水异质性

项目摘要

西南岩溶山区具有二元结构，生境异质性高，水分运移过程与其他类型区显著不同，开展坡地水分时空异质性及植物适应机理研究是该地区植被恢复重建的迫切需求。本项目拟以大气－植被－土壤－岩石系统为研究对象，通过调查不同演替阶段植物群落组成及地形地貌、土壤与岩石分布等环境要素，分析不同土壤－岩石环境基本特征，划分主要小生境类型；通过研究不同生境水分动态变化过程以及土壤水与雨水、泉水氢氧稳定同位素含量的相互关系，阐明不同生境水分状况的差异成因；在上述研究基础上，通过研究植物水与各种潜在水源氢氧稳定同位素含量的相互关系，结合水分胁迫模拟试验和植物生理生态指标的测定，探讨典型生境土壤和表层岩溶带的供水强度，认识不同生境植物的水分来源和水分利用效率及其季节变化规律，揭示岩溶坡地异质性生境典型植物的水分适应机理，为岩溶山区植被恢复重建提供科学依据，并为该地区流域尺度生态水文过程与机理研究奠定基础。

结项摘要

在岩石裸露、土层浅薄且不连续、二元水文结构发育的西南岩溶山区，水分运移过程及植物水分环境异常复杂且缺乏清晰认识。因此，开展坡地水分时空异质性及植物适应机理的研究，是岩溶退化生态系统植被恢复重建的迫切需求。本项目以大气-植被-土壤-岩石系统为研究对象，依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站，选择典型的岩溶小流域，基于坡地、洼地和小流域的网格调查与取样，系统分析了不同土壤-岩石环境水分状况及其差异成因，阐明了表层、剖面土壤水分含量以及土壤饱和导水率等水分物理性质的空间分异特征，并进一步探讨了地形地貌、土壤-岩石空间分布、土地利用、植被覆盖等因素对水分空间分布的影响。基于对土壤和风化基岩层裂隙填充物的取样分析，弄清了岩溶坡地表层及剖面土壤饱和导水率空间分异规律，阐明了典型岩溶裂隙的生态水文功能，结合对小流域不同水体同位素值和流域出口径流量的动态监测，初步揭示了小流域土壤、表层岩溶带的持水与导水特征。基于多个径流小区的长期定位监测，对比分析了不同土地利用坡地产流产沙特征，结合模拟降雨试验，弄清了坡地地表径流、壤中流和深层渗漏的比例关系，初步揭示了岩溶坡地降雨入渗产流机制。在上述研究结果的基础上，运用稳定性氢氧同位素技术，深入分析了岩溶坡地典型生境植物水分来源的季节性差异特征；运用稳定性碳同位素技术和全根系挖掘的方法，阐明了坡地典型植物水分利用效率和根系生长分布特征；结合盆栽控水试验，获得了植物幼苗对干旱胁迫的生理响应及生物量分配特征的相关结果，实现了对岩溶坡地植物水分适应机制的全面阐述。研究结果一方面系统性分析了高异质性岩溶山区土壤-岩石环境及其水分状况的空间异质性特征，以此为基础的对岩溶坡地降雨入渗产流和小流域表层岩溶带持水与导水特性的分析，深化了该地区生态水文过程的认识，为生态水文模型的构建奠定了坚实的基础；另一方面，基于岩溶坡地水分时空异质性的植物水分利用方式的分析，丰富了对岩溶区植物水分适应机制的认识，并为该地区退化生态系统的适应性植被恢复提供科学依据。