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基于稳定同位素的中亚热带典型造林树种水分利用对降水格局变化的响应机制

批准号:
42067049
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
37.0 万元
负责人:
石福习
依托单位:
学科分类:
环境地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
石福习

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
我国人工林面积广大,尤其是在中亚热带地区,发挥着极其重要的生态和社会功能。随着全球气候变化的加剧,季节性洪涝和干旱等极端气候事件频发,这可能会改变该地区人工林树木的水分利用来源和效率,影响生态系统的结构和功能。然而,该地区常见人工林树种将采取何种适应策略,其调控机制是什么,目前仍不十分清楚。为此,本项目拟在江西省中部典型退化红壤丘陵区建立的人工林长期观测样地,选取马尾松、湿地松、枫香和木荷4种典型造林树种为研究对象,基于稳定氢、氧、碳同位素技术,通过野外季节观测和室内降水模拟试验,分析该区域降水-土壤水-浅层地下水同位素组成特征及运移规律,揭示主要造林树种水分来源和水分利用效率的差异,探讨不同功能型造林树种水分利用对季节性降水和极端降水事件响应的功能可塑性调控机制。这将有助于深入认识全球降水格局变化背景下中亚热带不同造林树种的水分利用策略,为我国南方人工林的经营管理提供科学依据。
英文摘要
The area of artificial forests is vast in China, especially in the middle subtropical zones, which plays an extremely important ecological and social functions. The extreme climate events such as seasonal flood and drought will become more intense and frequent as the global climate changes, which may shift the water source depths and water use efficiency of the trees in the subtropical plantations and influence the structure and function of the ecosystem. However, the adaptation strategies and adjustment mechanisms for the common afforestation tree species in this region remain unclear. In this project, we intend to use the stable hydrogen, oxygen and carbon isotopes (δD, δ18O and δ13C) to study the response mechanisms of water use to changes in precipitation patterns for four common afforestation tree species including Pinus massoniana (an evergreen conifer tree species)、Pinus elliottii (an evergreen conifer tree species)、Liquidambar formosana (a deciduous broadleaved tree species) and Schima superba (an evergreen broadleaved tree species) through situ seasonal monitoring and simulation precipitation experiments in the long-term observation sample plots of plantations in a typical degraded red-soil hilly region of Central Jiangxi Province. Our main aims are as follows: 1) to determine the hydrogen and oxygen isotope compositions of different water sources including precipitations, soil waters and shallow groundwaters in this regions; 2) to reveal the differences in water sources and water use efficiency for the different afforestation tree species; 3) to explore the control mechanisms of plasticity adjustment of the afforestation tree species for the water use in response to changes in seasonal precipitations and extreme precipitation events. This study would contribute to better understand the water use strategies for the afforestation tree species under the global precipitation pattern changes, which may provide a scientific basis for the management of plantation in southern China.
近年来,我国南方亚热带地区季节性洪涝和干旱极端气候事件频发,降水格局的变化可能会影响到该地区人工林树木的水分利用过程。为此,本研究在江西省中部泰和县,选取马尾松、湿地松、枫香、木荷4种典型造林树种为研究对象,利用稳定氢、氧、碳同位素技术,分析了该地区大气降水-土壤水-植物水同位素组成变化特征,定量评估了季节尺度上不同造林树种水分利用模式,并揭示了不同造林树种内在水分利用效率(iWUE)的变化特征。结果表明:1)2022年5月至2023年9月,研究区大气降水δD值的范围为−122.58 ~ 22.53‰,δ18O值的范围为−17.78 ~ 1.47‰,整体呈现出春冬富集、夏秋贫化的现象。局地大气降水线(δD = 7.89δ18O + 14.04)的斜率略低于全球大气降水线,截距高于全球大气降水线,反映研究区气候湿润、蒸发强的特点。此外,大气降水同位素在季节尺度上表现出强烈的“温度效应”;2)2022年6月至2023年5月,不同水体δD和δ18O值大小表现为:土壤水 > 茎干水 > 叶片水的变化特征。4个人工林样地土壤水线方程斜率和截距略小于局地大气降水线方程,说明研究区土壤水主要来源于大气降水。植物茎干水的δD和δ18O相较于土壤水和降水的δD和δ18O变异更小,保持着接近源水的氢、氧同位素组成特征。受蒸腾作用的影响,不同树种叶片水中的δD和δ18O组成变异较大;3)基于贝叶斯混合模型发现,4种造林树种在干旱期(2022年6月-2022年11月)主要利用40-100 cm土壤水,在湿润期(2022年12月-2023年5月)主要利用0-40 cm土壤水。其中,枫香和马尾松有完整的主根系统,表现为在干旱期个别月份利用表层水,在湿润期个别月份利用深层水。然而,木荷和湿地松具有发达的侧根系统,干湿两季水分利用模式差异更为明显;4)研究区4种植物叶片δ13C值分布范围为−35 ~ −29‰,为典型的C3植物。植物iWUE呈现出枫香 > 湿地松> 马尾松> 木荷的变化特征。其中,木荷、马尾松和湿地松的iWUE季节变化与土壤含水率、上月降水量和降水次数均呈显著负相关。本研究将有助于深入认识中亚热带人工林树木响应降水格局变化的水分利用机制。
亚热带混交林共存树种抵御季节性高温干旱胁迫的适应性机制研究
  • 批准号:
    42567035
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    31.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    石福习
  • 依托单位:
国内基金
海外基金