近年來，土壤水分虧缺導致三北防護林衰退死亡問題受到廣泛關(guān)注，但防護林退化與土壤水分動態(tài)的相互作用機制尚不清楚。小葉楊是三北防護林工程常用樹種之一，確定小葉楊退化與土壤水分之間的響應關(guān)系對于三北防護林建設(shè)管理具有重要意義。
針對上述問題，我校水保學院信忠保副教授團隊，以河北壩上地區(qū)小葉楊人工林為研究對象，通過對不同退化程度小葉楊人工林土壤水分近4年連續(xù)定位觀測，對退化小葉楊林地土壤水分動態(tài)特征及其影響因素進行了系統(tǒng)分析，取得了以下新認識。
深層土壤水分受土壤性質(zhì)影響，土壤砂粒含量越高、容重越大，土壤水分條件越差，小葉楊退化程度也越嚴重。因立地條件不佳，小葉楊對干旱災害抵抗力差，導致在干旱期間發(fā)生退化、甚至死亡現(xiàn)象。退化小葉楊非生長季深層土壤相對有效含水率遠低于土壤水分虧缺閾值。
圖1 不同退化程度小葉楊土壤相對有效含水率
隨小葉楊退化，蒸騰量和林冠截留量減少，穿透雨增加，雨季土壤水分補給增加，淺層（0-80 cm）土壤水分有恢復現(xiàn)象。與健康小葉楊（94.7±26.2 mm）相比，嚴重退化（114.1±29.9 mm）和死亡的小胡楊（128.0±35.7 mm）淺層土壤蓄水量分別恢復了19.4 mm和33.3 mm。但深層（80~160 cm）土壤水分難以恢復，干土層中斷了土壤水分垂直運動，干土層平均土壤含水量僅為9.3~11.95%。
輕度退化小葉楊通過減少葉片蒸騰來限制水分脅迫對其生長的影響，對土壤水分有補償性調(diào)整現(xiàn)象，土壤水分狀況較好。小葉楊中度退化是土壤水分虧缺的關(guān)鍵信號，干土層長期分布在中度退化、嚴重退化和死亡的小葉楊人工林。
圖2不同退化程度小葉楊土壤干燥指數(shù)剖面分布
研究建議，在小葉楊人工林中度退化發(fā)生前應盡快采取有效管理措施，避免土壤水分虧缺和干土層的形成。解決和緩解土壤水分枯竭的最佳方法是對中度退化小葉楊人工林進行間伐，這將最大限度地減少土壤干燥以維持森林的長期可持續(xù)性。對于嚴重退化和死亡小葉楊人工林，淺層土壤水分恢復程度更高，表明退化小葉楊人工林需要更多的水分和時間來恢復原始土壤水分狀態(tài)。未來，全球氣候變化可能進一步加劇半干旱地區(qū)干旱風險，林分更新時應種植更耐旱樹種。
研究成果以“Deep soil water deficit causes Populus simonii Carr degradation in the three north shelterbelt region of China”為題，發(fā)表于水文學領(lǐng)域國際著名期刊Journal of Hydrology。我校水保學院碩士研究生梁瀟瑜為第一作者，信忠保副教授為通訊作者。研究工作得到中央高校基本業(yè)務費項目（2017ZY02）、國家自然科學基金項目（42177319、41877539）和北京市教育委員會生態(tài)修復工程交叉學科等多個科研項目聯(lián)合資助。
論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.128201
