毛乌素沙地地下水动态对旱柳根系吸水的影响机制

摘要

毛乌素沙地依赖地下水的旱柳广泛分布，尽管旱柳生长水分来源研究取得显著进展，但对于场地尺度单株旱柳根系吸水对地下水位动态的响应机制研究成果则较少，阻碍了植被与地下水互馈机制的揭示。基于此本文采用旱柳根系挖掘、原位监测试验、人工注水试验等方法，通过监测气象要素、旱柳生理参数、分层包气带水分以及地下水位等指标，结合根系垂向分布特征，分析了地下水位动态过程中包气带水分以及根系吸水策略的变化规律。结果表明：试验区旱柳根系存在一个以吸取由大气降水入渗转化成的包气带水分的浅部毛根吸水区，集中分布在埋深0.2～0.8 m范围；两个以吸取由地下水转化成的包气带水分的深部根系吸水区，其中一个是细根与侧根吸水区，出现在2.0～3.8 m范围，用于汲取深层包气带水及毛管上升水；另一个是深层垂直触及潜水面根系吸水区，分布在4.3～4.8 m范围，主要吸取地下水。以地下水转化的深部包气带水分为水源，旱柳根系吸水强度增加为原来的3倍。旱柳根系吸取由地下水转化的深部包气带水分的压力水头阈值是-10.7 m。在此基础上，进一步结合国内外类似研究，解释了地下水动态对不同根区吸水区形成的生态水文机制及其适应意义，提出旱柳实现“多层吸水/动态分配”应对极端干旱事件的建议。这些认识深化了地下水动态与旱柳吸水机制的认知，不仅推动干旱区生态水文学理论发展，也为全球沙化土地的综合治理提供科技支撑。

关键词

地下水动态 / 根系吸水 / 树干液流 / 原位试验 / 旱柳

基金资助

国家自然科学基金项目(41877199,42302301); 三秦英才特殊支持计划项目“毛乌素沙地东南缘水与生态的相互作用研究”; 陕西省重点研发计划项目(2021ZDLSF05-01); 陕西省面上基金项目(2025JC-YBMS-252); 陕西省干旱区地下水水文过程与表生生态重点科技创新团队项目(2019TD-040); 中国地质调查局地质调查项目(1212011220224,DD20211393,DD20190504,DD20230092)