近日，我院联合中科院土壤所、中科院西北生态环境资源研究院等单位在土壤学领域顶级期刊《Geoderma》上发表题为“High relief yield strong topography-soil water-vegetation relationships in headwater catchments of southeastern China”的学术论文。该论文在揭示地形-土壤-植被协同关系方面取得突破，发现了陡坡诱发的非饱和侧向流叠加骤旱对土壤水分配的作用，并由此进一步揭示了植被的空间分布。

地形强烈地控制着森林覆盖的山丘区土壤水分配过程。然而，受地形影响的土壤水分分布如何进一步控制植被分布仍不清楚。本研究以和睦桥水文实验站（浙江德清）为研究对象，首先采用团队在H1实验山坡的强化观测资料，并通过开挖土壤剖面及土壤水分建模等手段，发现毛竹（流域内主要植被类型）的分布沿山坡-沟谷发生了系统的变化，即随着地形湿度指数（TWI）的增加，毛竹根系深度及密度呈线性减小的趋势；而在坡顶、山脊等TWI较小区域，陡坡诱发的非饱和侧向流（请参考Han et al., 2021, WRR）叠加夏季骤旱导致土壤水分过低（接近或低于凋萎含水量，图1），使得毛竹很难入侵和取代这些区域的混交林。

随后，在整个和睦桥流域利用无人机和现场调研等方法调查了流域植被分布，并对单棵毛竹进行了识别（图2），发现竹林和相邻混交林之间的边界通常不是逐渐过渡的，而是非常清晰的。有趣的是，这些边界与集水面积（UAA）和TWI的分布模式非常匹配。以和睦桥流域南部为例，毛竹区位于UAA和TWI值较高的洼地，而混交林区则处于两侧斜坡上（图3a），但当洼地UAA和TWI过高时，谷内毛竹密度明显降低，无人机图像呈现出毛竹稀疏的狭长区域（图3b）。最后，论文将和睦桥流域与Wheatbelt、Denmark、El Cautivo experimental site等具有不同气候-地形组合的区域进行对比，发现仅在干燥的缓坡区域地形对植被分布的影响较弱。该研究通过大量野外第一手的观测数据，对地形-土壤-植被协同关系进行了深入的剖析，有关成果对于发展湿润地区生态水文理论具有重要的科学价值，也有利于制定更完善的流域管理策略。

论文信息：Han, X. L., Liu, J. T., Shen, X. H., Liu, H., Li, X. P., Zhang, J., Wu, P. F, Liu, Y. Y, 2022. High relief yield strong topography-soil water-vegetation relationships in headwater catchments of southeastern China. Geoderma, 116214. https://10.1016/j.geoderma.2022.116214.

相关阅读：Han, X. L., Liu, J. T., P. Srivastava, et al., 2021. The dominant control of relief on soil water content distribution during wet-dry transitions in headwaters. Water Resources Research, 57, e2021WR029587.

图 1  四个干旱时段土壤含水量模拟结果

图2  和睦桥流域毛竹分布及识别

图3  毛竹分布与地形指标关系，MB = 毛竹，MF = 混交林