【摘 要】
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土壤水分是干旱、半干旱地区植被生长的关键限制因子。在黄土高原大规模人工植被恢复影响下,这一地区植被覆盖度显著增加,土壤侵蚀得到有效控制,土壤养分积累、固碳等生态系统服务提升。然而植被覆盖的增加会导致植被耗水增加,区域土壤水资源因植被蒸散的增加带来土壤干燥化问题,土壤干燥化又在一定程度上影响了植被恢复的可持续性。解析植被恢复的土壤水分利用来源及其时空分异特征,明晰流域尺度土壤水文响应过程,对阐明植被
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土壤水分是干旱、半干旱地区植被生长的关键限制因子。在黄土高原大规模人工植被恢复影响下,这一地区植被覆盖度显著增加,土壤侵蚀得到有效控制,土壤养分积累、固碳等生态系统服务提升。然而植被覆盖的增加会导致植被耗水增加,区域土壤水资源因植被蒸散的增加带来土壤干燥化问题,土壤干燥化又在一定程度上影响了植被恢复的可持续性。解析植被恢复的土壤水分利用来源及其时空分异特征,明晰流域尺度土壤水文响应过程,对阐明植被恢复影响下土壤水分利用机制、维持黄土高原植被恢复的可持续性具有重要科学意义。本研究基于典型黄土小流域土壤水分、植被覆盖度的定位监测,并基于土壤水和植物茎秆水氢氧稳定同位素开展溯源分析,采用多元分析方法,解析小流域土壤水分和植被覆盖的时空分异规律,明确土壤水分动态对植被恢复的响应特征,解析流域植被对土壤水利用的空间格局,以期为半干旱黄土高原植被恢复的可持续维持提供科学基础。本文主要取得以下结果:（1）不同植被下的土壤水分存在显著差异,且这一差异几乎不受降水变化影响,从而形成流域土壤水分空间分布格局的稳定性。湿润年份土壤含水量均值为农田（0.1662 cm~3/cm~3）＞撂荒地（0.1459 cm~3/cm~3）＞天然草地（0.1144 cm~3/cm~3）＞苜蓿（0.1139 cm~3/cm~3）＞疏林（0.1045 cm~3/cm~3）＞灌丛（0.0837 cm~3/cm~3）,干旱年份为农田（0.1579 cm~3/cm~3）＞撂荒地（0.1490 cm~3/cm~3）＞天然草地（0.0973cm~3/cm~3）＞苜蓿（0.0970 cm~3/cm~3）＞疏林（0.0948 cm~3/cm~3）＞灌丛（0.0799 cm~3/cm~3）。流域土壤水分的空间格局相对稳定,在湿润和干旱年份,完全植被恢复的剪子岔小流域平均土壤含水量比相邻的李家湾小流域分别低14.14-20.43%和8.92-20.19%。土壤含水量的空间差异主要受植被类型及其空间格局的影响,流域配置农田和撂荒地能形成局部的湿润区,从而改善流域平均土壤水分状况。由于植被蒸腾水分需求量较大,地上生物量大、根系深的人工植被（苜蓿、疏林和灌丛）会显著降低流域0-200cm土壤含水量,其中160cm以下的土壤含水量已接近凋萎湿度,而在干旱年份生长季中期人工植被100cm以下的土壤含水量已接近凋萎湿度。（2）不同植被的覆盖度差异明显,并受到降水年际变化的显著影响。不同植被的覆盖度在湿润年份为农田56.41%、撂荒地78.25%、天然草地67.60%、苜蓿81.92%、疏林75%和灌丛81.66%,干旱年份为农田40.54%、撂荒地62.67%、天然草地40.10%、苜蓿53.25%、疏林（59.07%）和灌丛47.22%。在湿润年份,完全进行人工植被恢复的剪子岔小流域平均植被覆盖度比相邻的李家湾小流域高2.14-7.01%。在干旱年份生长季前期6-8月,剪子岔小流域的平均植被覆盖度较李家湾高4.95-14.27%,而在9月初则略低于李家湾3.57%。在湿润年份,植被覆盖度的时空动态与植被类型及其物候密切相关,地形是剪子岔小流域植被覆盖变化的重要因素,在上坡位置的植被物候偏早,在生长季后期植被覆盖度比其他空间位置下降更快。此外,湿润年份的流域土壤含水量与植被覆盖度呈显著负相关（P＜0.05）,表明完全人工植被恢复的剪子岔小流域较高的植被覆盖度可能以土壤水消耗为代价,且降水不能有效增加流域土壤含水量。（3）天然植被的水分利用来源以浅层0-40cm为主（48-98%）,并在干旱时期增加40cm以下土壤水的比重,人工乔灌植被主要依赖40cm以下的土壤水分（50-99%）,并在浅层土壤获得明显补给时增加对浅层土壤水的利用（增加16-73%）。流域0-200cm土壤水分的时间变化受降水输入和植物消耗的综合影响。完全人工植被恢复的剪子岔小流域,植被在旱季对100cm以下的深层土壤水分利用强度较大（48.53%）。由于研究区降水补给深度＜100cm,深层土壤水利用呈现不可持续的特征。剪子岔小流域由于较高的植被覆盖且以0-100cm的土壤水分供给为基础,在干旱年份降水难以补充0-100cm的土壤水分使得植被覆盖度显著降低,其平均植被覆盖度在生长季后期（44.96%）甚至低于李家湾小流域（46.62%）。
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