土壤-植被系统水碳氮耦合循环的生态水文学机制

One key problem of ecohydrology is the interaction between water and plant. The effect of water on vegetation distribution and productivity is not only directly but also through the influences on nutrient cycling between soil and plant. Research about the effect of single water or nutrient factor on vegetation is relatively well developed so far. Nitrogen absorption and transportation by plant is an important process of nitrogen biogeochemical cycle. It is closely connected to water cycle in soil-plant system. Thus, to analyze the mechanism of interactions between water, carbon and nitrogen would help to improve the theory of ecohydrology in soil-plant system. In this research, a terrestrial transect with precipitation gradient would be chosen as the object. Firstly, the response of vegetation distribution and productivity to the change of water or nitrogen would be unveiled. Then the coupling effect of water and nitrogen on vegetation would be further discussed. Finally, it would be illuminated that the vegetation pattern and productivity along the precipitation gradient transect, and how it responds to water and nitrogen change. It is the mechanism of water, carbon and nitrogen interaction in soil-plant system that to be improved through ecohydrological theory.

水与植被的相互作用关系是生态水文学研究的核心内容。水分条件不仅直接影响植被的分布和生长，而且通过驱动土壤-植被系统的养分循环对植被生长产生作用。目前，关于水分或养分单因子对植被的影响研究相对成熟。植被对氮素的吸收和利用是氮生物地球化学循环的关键过程，并与土壤-植被系统中的水循环过程息息相关。因此，研究水、碳、氮三者的耦合循环方式和相互影响机理，对于揭示土壤-植被系统生态水文过程具有重要的理论意义。本研究拟以具有显著降水梯度的陆地样带作为研究对象，首先从单因素影响出发，研究植被格局和生产力对水分、氮素变化的响应机制；然后，进一步解析水分、氮素对植被的耦合影响机制；最后，阐明沿降水梯度的植被格局和生产力变化对水分、氮素条件的响应关系，从而完善土壤-植被系统水碳氮耦合机制的生态水文理论。

水与植被的相互作用关系是生态水文学研究的核心内容。水分条件不仅直接影响植被的分布和生长，而且通过驱动土壤-植被系统的养分循环对植被生长产生作用。植被对氮素的吸收和利用是氮生物地球化学循环的关键过程，并与土壤-植被系统中的水循环过程息息相关。课题围绕水、碳、氮三者的耦合循环方式和相互影响机理，选择了显著降水梯度的中国东北样带和新疆博斯腾湖流域作为研究对象，就植被格局、土壤养分含量的空间变化进行了分析，发现沿降水梯度植被覆盖和土壤氮库均存在明显的空间格局变化规律，尤其在干旱和半干旱区，降水和植被覆盖存在显著的相关关系，而在及干旱区，前期降水和上游山区降水对下游干旱区植被覆盖影响更显著。通过建立的土壤水分控制下的土壤-植被碳氮循环模型，对不同降水下，土壤、植被中不同的碳库和氮库稳定状态进行了模拟，并且通过土壤水模型与将碳库和氮库与降水的进行了关联分析，结果表明，降水与植被和土壤的碳库、氮库累积有显著关系。课题主要成果以期刊论文的形式发表，可为“双碳”目标下的水资源利用、生态系统的修复等方面的管理工作提供科学参考依据。