地球环境所揭示半干旱区小流域深层土壤干燥化的影响因子

　　作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心，建院以来，中国科学院时刻牢记使命，与科学共进，与祖国同行，以国家富强、人民幸福为己任，人才辈出，硕果累累，为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。/ 更多简介 +

　　中国科学技术大学（简称“中科大”）于1958年由中国科学院创建于北京，1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针，是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

　　中国科学院大学（简称“国科大”）始建于1978年，其前身为中国科学院研究生院，2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制，与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢，是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

　　上海科技大学（简称“上科大”），由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设，2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略，培养创新创业人才”的办学方针，实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合，是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

　　在干旱半干旱地区，由于气候暖干化和不合理土地管理措施的影响，深层土壤干燥化现象越来越明显，进而影响着陆地生态系统中的一系列植被生长、水分循环、生态系统服务等生态水文过程。然而，由于深剖面土壤水分数据的缺乏和监测手段的限制，关于深剖面土壤干燥化（土壤干层厚度、干层内土壤含水量等可作为其量化指标）对气象、地形、土地利用等的响应过程与机制尚不明确，这在一定程度上限制了对干旱区生态系统演化的科学认知。以小流域为单元，开展小流域尺度上土壤干层的时空变化研究，查明深层土壤干燥化的关键控制因素，对系统认识流域土壤水循环过程和科学制定可持续土地管理政策至关重要。

　　最近，中国科学院地球环境研究所土壤水分生态团队，通过对黄土高原干旱区典型小流域73个样点的0-5米土壤水分进行原位观测（20次，2013-2016年），并获取气象、植被、地形和土壤等环境因子，进而分析了小流域深剖面土壤干层的时空动态特征及环境因子的响应过程。研究发现：（1）小流域内，超过90%的采样点均形成了土壤干层（DSL）。平均的土壤干层起始形成深度(DSLFD)、土壤干层厚度(DSLT)和干层内平均土壤含水量(DSL- SWC)分别为125 cm、257 cm和10.4%，表明在0-5米的深剖面中，在125cm以下，有51.4%的土层的土壤水分存在亏缺状态；（2）DSLT和DSLFD的时间变化与气候因子显著相关，DSL- SWC的空间变化与土地利用、坡向显著相关，而平面曲率、坡度、粘粒和粉粒含量在空间和时间上对土壤干层都有调节作用；（3）气象、地形和土地利用对土壤干层的形成、时空分布格局具有至关重要的控制作用，从土壤干层调控的角度出发，草地是该区域的最优土地利用类型。

　　图1黄土高原小流域73个样点有（橙色）和无（蓝色）土壤土层的时间变化（2013-2016年）（a），以及有土壤干层的采样点占总样点数的比值（b）（橙色）

　　图2干旱区小流域土壤干层厚度(DSLT)、干层起始形成深度(DSLFD)、干层内平均土壤含水量(DSL-SWC)随降水和时间的变化规律，不同字母代表不同监测次数间的差异

　　图3干旱区小流域不同土地利用方式下土壤干层厚度(DSLT)、干层起始形成深度(DSLFD)、干层内平均土壤含水量(DSL-SWC)随降水和时间的变化规律，不同字母代表同一监测次数下不同土地利用间干层指标的差异

　　在干旱半干旱地区，由于气候暖干化和不合理土地管理措施的影响，深层土壤干燥化现象越来越明显，进而影响着陆地生态系统中的一系列植被生长、水分循环、生态系统服务等生态水文过程。然而，由于深剖面土壤水分数据的缺乏和监测手段的限制，关于深剖面土壤干燥化（土壤干层厚度、干层内土壤含水量等可作为其量化指标）对气象、地形、土地利用等的响应过程与机制尚不明确，这在一定程度上限制了对干旱区生态系统演化的科学认知。以小流域为单元，开展小流域尺度上土壤干层的时空变化研究，查明深层土壤干燥化的关键控制因素，对系统认识流域土壤水循环过程和科学制定可持续土地管理政策至关重要。

　　最近，中国科学院地球环境研究所土壤水分生态团队，通过对黄土高原干旱区典型小流域73个样点的0-5米土壤水分进行原位观测（20次，2013-2016年），并获取气象、植被、地形和土壤等环境因子，进而分析了小流域深剖面土壤干层的时空动态特征及环境因子的响应过程。研究发现：（1）小流域内，超过90%的采样点均形成了土壤干层（DSL）。平均的土壤干层起始形成深度(DSLFD)、土壤干层厚度(DSLT)和干层内平均土壤含水量(DSL- SWC)分别为125 cm、257 cm和10.4%，表明在0-5米的深剖面中，在125cm以下，有51.4%的土层的土壤水分存在亏缺状态；（2）DSLT和DSLFD的时间变化与气候因子显著相关，DSL- SWC的空间变化与土地利用、坡向显著相关，而平面曲率、坡度、粘粒和粉粒含量在空间和时间上对土壤干层都有调节作用；（3）气象、地形和土地利用对土壤干层的形成、时空分布格局具有至关重要的控制作用，从土壤干层调控的角度出发，草地是该区域的最优土地利用类型。

　　该成果在线发表在国际期刊Agricultural and Forest Meteorology上，研究工作得到国家自然科学基金(编号：41722106、41530854、41971045、41471189)以及中科院青年创新促进会项目的共同资助。

　　图1 黄土高原小流域73个样点有（橙色）和无（蓝色）土壤土层的时间变化（2013-2016年）（a），以及有土壤干层的采样点占总样点数的比值（b）（橙色）

　　图2 干旱区小流域土壤干层厚度(DSLT)、干层起始形成深度(DSLFD)、干层内平均土壤含水量(DSL-SWC)随降水和时间的变化规律，不同字母代表不同监测次数间的差异

　　图3 干旱区小流域不同土地利用方式下土壤干层厚度(DSLT)、干层起始形成深度(DSLFD)、干层内平均土壤含水量(DSL-SWC)随降水和时间的变化规律，不同字母代表同一监测次数下不同土地利用间干层指标的差异

　　地球环境所在黄土高原深层土壤有效水容量和植物有效水储量评估方面取得进展

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