植樹(shù)造林，是生態(tài)建設的主要手段，中國自上個(gè)世紀70年代開(kāi)始建設的“三北防護林”和退耕還林還草工程，已經(jīng)植樹(shù)造林63萬(wàn)km²，相當于一個(gè)法國的面積。這些大規模的土地利用和覆蓋變化（LUCC），強烈地影響著(zhù)當地的水資源。干旱半干旱地區約占全球陸地面積的45%，水資源利用上主要依賴(lài)地下水，因而評估生態(tài)工程對地下水補給的影響至關(guān)重要。氯質(zhì)量平衡方法（CMB）是估算干旱半干旱地區地下水補給量最為常用的方法，然而，在評價(jià)LUCC對地下水補給影響時(shí)，前提條件是包氣帶土壤氯含量分布的代表性，以及曲線(xiàn)達到穩態(tài)。缺乏對于這些條件的判別方法在很大程度上限制了CMB方法的應用。 

　　針對上述問(wèn)題，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所頁(yè)巖氣與地質(zhì)工程院重點(diǎn)實(shí)驗室黃天明副研究員、龐忠和研究員等人基于多年摸索，建立了一種在LUCC條件下判別土壤氯含量分布曲線(xiàn)是否達到穩態(tài)的方法。方法的原理包括兩方面內容：第一是LUCC變化時(shí)間與特定深度的土壤水分年齡對比判斷氯剖面的代表性，即對比特定深度上土地利用變化歷史延時(shí)（A_L）與氯累積年齡（A），如果前者大于后者，說(shuō)明這個(gè)深度以上的土壤水是新植被覆蓋條件下補給的，可以利用包氣帶氯質(zhì)量平衡方法評價(jià)地下水補給及其變化；反之，說(shuō)明土壤水是新舊兩種條件下補給水的混合物，系統水分分布尚未達到新的平衡。第二是利用氯累積和水分累積的相關(guān)曲線(xiàn)來(lái)識別土壤氯剖面是否為穩態(tài)，線(xiàn)性曲線(xiàn)為穩態(tài)，否則，為非穩態(tài)（圖1）。 

圖1 土地利用與覆蓋變化（LUCC）條件下包氣帶氯剖面特征及穩態(tài)識別

　　毛烏素沙地（圖2）雖然降水量較小（320 mm/yr），但是裸地補給量較大（50–54 mm/yr）。原因是包氣帶巖性為細砂和粉砂，土壤水入滲較快。利用本文提出的方法進(jìn)行判別，作者發(fā)現在蓋度較低的稀疏草地、灌木和林地下面的土壤剖面已達到穩定狀態(tài)（圖3），可直接利用CMB方法估算補給。但在蓋度較高的灌木條件下，土壤剖面尚未達到新的平衡。不能用此方法。評估結果表明，毛烏素沙地的地表植被為沙蒿、檸條、沙柳、楊樹(shù)等的時(shí)候，相對于裸地條件下，在補給區地下水補給量就會(huì )減少到67%，甚至10%以下，在排泄區則應該更少。因此，毛烏素沙地的地下水受防護林建設的影響是比較顯著(zhù)的。 

　　本文提出的評估方法，可用于區域水文模型的標定或遙感方法估算補給量的校正。綜合應用上述技術(shù)方法，有望在更大的時(shí)空尺度上，對干旱半干旱地區實(shí)施的植樹(shù)造林等生態(tài)工程對地下水補給的影響進(jìn)行更加系統的評價(jià)。 

圖2 毛烏素沙地研究區土壤剖面和地下水采樣點(diǎn)位置圖

圖3 毛烏素沙地土壤氯剖面穩態(tài)曲線(xiàn)（A_L>A）

　　研究成果發(fā)表于國際權威學(xué)術(shù)期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres。（Huang T, Pang Z, Yang S, Yin L. Impact of afforestation on atmospheric recharge to groundwater in a semiarid area. Journal of Geophysical Research: Atmospheres，2020, 125(9): e2019JD032185. DOI: 10.1029/2019JD032185）（原文鏈接）。該成果受?chē)易匀豢茖W(xué)基金委、中國地調局西安地質(zhì)調查中心、中科院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )和國際原子能機構（IAEA）等項目資助。