科研進展
干旱沙區植被重建區水量平衡與植物生長互饋機理研究獲新進展
干旱沙區常因降雨量低、蒸散量高而呈現負水量平衡狀態，水分成為植物生存與生長的主要限制因素。地下水是沙漠生態系統中的重要水源，旱區地下水生態系統的水量平衡，與植物生長密切相關，直接決定了生態修復的可持續性，對以植被重建為主的生態修復及荒漠化防治具有重大意義。然而，對于沙漠生態系統中水量平衡與植物生長特性隨地下水存在與否的變化規律研究目前較少。
中國科學院西北生態環境資源研究院張志山研究員團隊，依托沙坡頭沙漠研究試驗站的“中國北方沙區水量平衡自動模擬監測系統——沙坡頭蒸滲儀(Lysimeter)群”，采用其中12個大型稱重式蒸滲儀(填充土壤為騰格里沙漠的風沙土，從裸沙到多種單一栽植及灌木與半灌木混合栽植)，系統量化了2019年至2023年間不同沙漠生態系統(有無地下水)的水量平衡組分及植物生長動態。
研究發現，地下水補給（-2.5 m地下水位）使土壤水儲量變化向新的水量平衡狀態轉變，增加了實際蒸散發量和滲漏量。線性混合效應模型表明，地下水對水量平衡組分具有顯著影響，并能促進植物生長。增強回歸樹模型顯示，地下水可緩解干旱和降水稀少對沙漠水量平衡的影響。在有無地下水補給的沙漠生態系統中，油蒿單一栽植的水分利用效率分別為6.74 kg m-3和3.10 kg m-3。在有地下水的沙漠生態系統中，檸條錦雞兒單一栽植及油蒿和檸條錦雞兒混種的水分利用效率分別為3.05 kg m-3和2.64 kg m-3。
研究明確了半灌木在有無地下水的沙漠生態系統中都發揮著重要作用。對于無地下水的沙漠生態系統，推薦采用油蒿半灌木單一栽植。在有地下水的沙漠生態系統中，油蒿單一栽植、檸條錦雞兒灌木單一栽植以及油蒿與檸條錦雞兒混合栽植是更優的植物配置方案。
本研究通過以水分利用效率為主要評估指標的植物生長性能分析，為含地下水沙漠生態系統的推薦植物配置方案提供了直接依據；指出干旱沙區的植被重建是防治沙漠化的有效解決方案，其中合理的植物配置方式是確保生態修復與重建長期可持續的關鍵。
相關研究成果以Groundwater Altered Water Balance and Plant Water Use Efficiency in Desert Ecosystems為題，發表于國際權威期刊Water Resources Research。西北研究院博士生南益聰為第一作者，張志山研究員和德國于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)的Groh Jannis教授為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金聯合基金項目和CPSF博士后獎學金計劃項目等的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2025WR040545
大型稱重式蒸滲儀。(a)中國北方沙區水量平衡自動模擬監測系統—沙坡頭蒸滲儀群；(b)本研究使用的12臺蒸滲儀；(c)蒸滲儀群平面圖；(d)蒸滲儀群地下設備。油蒿(Artemisia ordosica,Ao,半灌木);檸條錦雞兒(Caragana korshinskii,Ck,灌木);駝絨藜(Ceratoides latens,Cl,半灌木);油蒿和檸條錦雞兒混種(Ao & Ck);駝絨藜和檸條錦雞兒混種(Cl & Ck);G: 有地下水;NG: 無地下水。
地下水與植物栽植對水量平衡各組分的影響。裸沙(a,c)和栽植植物的蒸滲儀(b,d)在無地下水條件(a,b)和有地下水條件(c,d)。Ea: 實際蒸發量；ETa: 實際蒸散發量；?S: 土壤水儲量變化；DL:滲漏量。
2020-2023年兩種地下水條件及不同植物配置下的水分利用效率(a)，以及植物生物量增量變化與累積實際蒸散量 (b)和ETa/PET(c) 的關系。藍色陰影表示95%置信區間，PET：潛在蒸散發。
