地球科学进展

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (3): 243 -254. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.020

综述与评述 上一篇    下一篇

地下水依赖植被适应机制与稳态转换研究进展
张勇勇1,2(), 康文蓉1,2, 赵文智1,2   
  1. 1.中国科学院西北生态环境资源研究院/甘肃临泽农田生态系统国家野外科学观测研究站/干旱区生态 安全与可持续发展全国重点实验室，甘肃 兰州 730000
    2.中国科学院大学，北京 100049
  • 收稿日期:2024-11-05 修回日期:2025-02-10 出版日期:2025-03-10
  • 基金资助:
    甘肃省科技计划项目(25JRRA493);国家重点研发计划项目(2024YFF1306402);干旱区生态安全与可持续发展重点实验室创新团队(E455041401)

Research Progress on the Adaptation Mechanisms and Stable State Transition of Groundwater-Dependent Vegetation in Drylands

Yongyong ZHANG1,2(), Wenrong KANG1,2, Wenzhi ZHAO1,2   

  1. 1.National Field Science Research Station of Farmland Ecosystem in Linze, State Key Laboratory of Ecological Safety and Sustainable Development in Arid Lands, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
    2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2024-11-05 Revised:2025-02-10 Online:2025-03-10 Published:2025-05-07
  • About author:ZHANG Yongyong, research area includes eco-hydrology in arid regions. E-mail: zhangyongyong@lzb.ac.cn
  • Supported by:
    the Gansu Science and Technology Program(25JRRA493);National Key Research and Development Program of China(2024YFF1306402);Innovation Team of Key Laboratory of Ecological Security and Sustainable Development in Arid Regions(E455041401)
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地下水依赖植被是干旱区生态系统的重要组成部分，在维持区域生态平衡和支撑生物多样性方面发挥着至关重要的作用，其生态功能高度依赖于地下水特性及其分布。地下水依赖植被的稳定与演变不仅受地下水位及其变化幅度影响，而且与地下水水质密切相关。基于地下水依赖植被研究，评述了植被对地下水依赖关系与识别方法、地下水环境对植被的影响、植被对地下水依赖的适应机制以及植被对地下水环境依赖的稳态转换研究，这不仅为干旱区生态保护与恢复提供了理论基础，也为地下水资源合理开发利用提供了科技支撑。未来研究需重点关注：①植物在物种—种群—群落尺度上对地下水环境变化的响应；②气候变化与人类活动对地下水依赖植被的影响；③创新干旱区地下水依赖植被韧性与稳态转换的研究方法；④确定地下水依赖植被稳定的水环境要素优化组合与突变阈值。

关键词: 旱区, 地下水依赖植被, 韧性特征, 地下水环境, 突变阈值

Groundwater-dependent vegetation is essential in arid ecosystems, where it maintains ecological balance and supports biodiversity. The health and functionality of this vegetation are closely linked to groundwater characteristics, including groundwater quality, distribution, and fluctuations. This review explores the relationship between vegetation and groundwater, methods for identifying groundwater-dependent vegetation, the impact of groundwater on the plants, adaptation mechanisms of these plants, and the nonlinear dependencies and thresholds of vegetation in groundwater environments. The objectives of the study are to provide a theoretical foundation for protecting and restoring arid ecosystems and to provide support for the sustainable development and utilization of groundwater resources. Future research should focus on plant responses to groundwater changes at the individual, population, and community scales; the effects of climate change and human activities on groundwater-dependent vegetation; innovative methods for studying ecosystem resilience and state-transition mechanisms for groundwater-dependent vegetation; and identifying stable water environment factors and catastrophic thresholds for typical groundwater-dependent vegetation.

Key words: Drylands, Groundwater-dependent vegetation, Resilience characteristics, Groundwater environment, Catastrophic thresholds

中图分类号: 

图1 地下水依赖植被研究发展历程
Fig. 1 Researches of groundwater dependent vegetation
表1 地下水依赖植被的多尺度识别方法对比［16-20］
Table 1 Comparison of multi-scale identification methods of groundwater dependent vegetation［16-20］
研究方法研究尺度优点不足
稳定同位素技术物种定量估算不同植物个体对地下水的依赖程度；识别精度高假设水分在植物吸收利用过程中不发生同位素分馏，但耐旱或耐盐植物可能会违反该假设；当植物利用多水源时，估算存在不确定，需结合根系空间分布特征识别；通常耗时且成本较高，适用于样点尺度研究
水位波动法种群/群落简单易行，广泛应用于干旱地区假设夜间蒸腾停止可能不完全符合实际情况；容易受到地下水补给波动和外界因素干扰的影响（如降水和潮汐）
水量平衡法种群/群落应用范围广，适用于不同的时空尺度需精准观测水量平衡各分量（如降水、地表径流、土壤储水量变化和地下水补给量等）
遥感监测生态系统应用于区域—全球尺度研究，适用于偏远地区的识别空间分辨率精度低，缺乏大尺度实地观测数据验证
根系吸水模型物种模拟植物对地下水变化的动态响应模型假设根系是静态分布，未能反映根系随地下水变化的调整；输入参数需要进行率定和模型验证​
图2 植被格局状态变化的尖点突变概念模型
Fig. 2 Conceptual model of catastrophic change of vegetation pattern state
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