地球环境研究所在人工林下伏土壤干层动态演化方面取得新进展

土壤干层的形成对土壤-植被-大气连通体中的水循环过程和水文效应具有深刻影响。土壤干层形成以后，其动态演化过程对将会直接或间接影响地表植被系统的水土保持和生态服务功能。然而，正常水文条件下土壤干层的变化过程缓慢，难于获得变幅较大的野外观测数据，进而使得土壤干层的动态演化过程研究面临挑战。通过搭建野外降水控制试验平台，实现土壤水分输入端的定量控制，可模拟极端干旱和极端降水事件的发生情景，增加土壤水分变化的通量和幅度，为探究极端气候条件下土壤干层的动态变化及后续地表植被响应提供了契机。

中国科学院地球环境研究所王云强研究员团队，依托陕西黄土高原地球关键带国家野外科学观测研究站，在人工刺槐林地开展了大型降水控制试验（图1），设置3个截水处理（减少30%、50%和65%穿透雨水平）及其对照处理（CK1）、3个增水处理（增加30%、50%和65%穿透雨水平）及其对照处理（CK2），实现了多梯度截水增水对比试验，并定期监测旱季和雨季0–21 m深剖面土壤水分动态（图2），以获取从极端干燥到极端湿润梯度下的土壤干层年内动态变化数据。

研究结果表明：（1）0–21 m剖面平均土壤水分与土壤干层内平均土壤水分（DSL-SWC）在截水处理下分别降低了0.44%–0.77%和0.13%–0.36%，而在增水处理下分别增加了0.33%–0.95%和0.16%–0.92%；（2）土壤干层起始形成深度（DSLFD）在截水处理下基本不变（100 cm），增水处理下范围为100–180 cm；（3）土壤干层变化存在季节性差异，如旱季和雨季间的过渡期，截水处理和增水处理下DSL-SWC降幅最大，但与截水处理相比，增水处理下由根系吸水导致的DSL-SWC减少速率更快（图3）；（4）DSL-SWC增量随降水增加呈显著（p < 0.05）线性增加趋势，且增水处理下水分增加速度比截水处理下更快，表明土壤干层在丰水条件下（与干旱相比）对降水变化响应更敏感。

本研究补充了土壤干层对极端气候事件响应的认识，提供了极端气候变化对土壤水分影响的实验证据，增强了对黄土高原极端降水和土壤水分关系的理解，有利于科学制定气候变化下人工林用水管理和土壤干层调控措施。

相关成果近期发表在国际期刊Journal of Hydrology上。该研究工作得到了国家重点研发项目（2019YFA0607303）、国家自然科学基金（41977422）和中国科学院“西部之光-西部交叉团队”重点实验室专项的联合资助。

详见：Zhou, Z., Wang, Y.*, Li, R., Qi, L., Zhao, Y., Xu, Y., Tong, Y., Huang, J. (2023). The deterioration and restoration of dried soil layers: New evidence from a precipitation manipulation experiment in an artificial forest. Journal of Hydrology, 625, 130087.

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.130087

转自：“中国科学院地球环境研究所”微信公众号

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