不同降水条件下科尔沁沙地小叶锦鸡儿和盐蒿的水分利用动态

植物水分来源的判定是干旱半干旱区土壤-植物水分关系研究的重要方面,有助于理解沙地植物对干旱环境的适应机制。该文研究了不同降水条件下科尔沁沙地典型灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和盐蒿(Artemisia halodendron)的水分利用过程。试验采用增减雨装置模拟自然降水方法,设置增雨(+50%)、对照和减雨(–50%)3个处理,利用稳定性同位素技术测量了两种植物木质部水、降水、0–120 cm不同土层土壤水的稳定氢同位素比率(δD)和稳定氧同位素比率(δ~(18)O)值,最后利用Iso Source模型计算了两种灌木对潜在水源的利用比例。结果表明:1)增减雨处理主要影响表层(0–30 cm)土壤水分,增雨处理显著提高了两种灌木地上和地下生物量,且δ~(18)O值随土壤深度增加而降低;而减雨处理δ~(18)O值随土壤深度增加而降低的趋势更加明显;2)在增雨处理下,盐蒿增加了对浅层0–40 cm土壤水的利用比例,而小叶锦鸡儿对各土层水分的利用程度较为平均;在减雨处理下,由于表层土壤含水量较低,两种植物均提高了对深层土壤水的利用比例,其中盐蒿主要用水层次为60–80 cm,而小叶锦鸡儿为60–120 cm;3)就不同降水季节而言,湿季(5–6月)由于降水迅速补给浅层土壤水分,两种植物主要利用0–60 cm的土壤水;旱季(9月)由于降水偏少,小叶锦鸡儿对浅层水分利用急剧减少,转而利用更深层次的土壤水分;而盐蒿对各层次水分利用程度较为均匀。由此可见,同小叶锦鸡儿相比,盐蒿具有更强的抗旱能力及适应性。     

北京土石山区水分在土壤-植物-大气连续体(SPAC)中的稳定同位素特征

氢氧稳定同位素是广泛存在于自然界水体中的环境同位素,其在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程及植物用水机制.本研究在北京山区选取了两种主要的绿化树种——常绿针叶林侧柏和落叶阔叶林栓皮栎为研究对象,通过对降水、土壤水、泉水、植物茎干水和叶片水同位素的变化特征进行分析,讨论了水分在大气-土壤-植物连续体中的运动过程.结果表明: 研究区大气降水线方程为δD=7.17δ¹⁸O+1.45(R²=0.93), 土壤蒸发线方程为δD=3.85δ¹⁸O-38.02(R²=0.76), 降水入渗补给土壤水的过程中存在一定程度的蒸发分馏.在不同季节,降水、土壤水和泉水δD和δ¹⁸O值变化规律不同;雨季,δD和δ¹⁸O平均值大小为降水>地下水>土壤水,降水和土壤水共同补充地下水;旱季,δD和δ¹⁸O值大小排序为降水> 土壤水>地下水,降水和地下水都对土壤水有贡献.侧柏和栓皮栎年内茎干水分δD和δ¹⁸O的拟合线性方程分别为δD=5.03δ¹⁸O-30.78 和δD=3.0δ¹⁸O-48.92,栓皮栎利用的土壤水分相对于侧柏更加富集,其水分来源深度更浅.栓皮栎叶片水分同位素变化特征相对于侧柏对大气微环境的反应更加敏感,且其叶片水分蒸发和同位素动力分馏程度更强,但是它们对环境条件的变化反应一致.     

季节性干旱地区典型树种长期水分利用特征与模式

在季节性干旱地区,水分是影响植物生长发育的关键核心因子。基于长期连续观测数据探究植物水分利用模式,对于季节性干旱地区植被建设具有重要意义。本研究以北京山区侧柏人工林为对象,利用稳定氢氧同位素技术测定了2012—2017年间土壤、植物枝条和降水同位素组成,通过MixSIAR模型定量分析侧柏对不同土层土壤水分的贡献率。结果表明: 深层(40～100 cm)土壤水较浅层(0～40 cm)土壤水稳定,受蒸发和降水的影响,浅层土壤含水量和水同位素值变化幅度较深层明显;侧柏主要吸收利用稳定的深层土壤水,贡献率为55.7%。在旱季,随着土壤水分含量的降低,植物对土壤水分的吸收深度逐渐向浅层转移;在水量充沛、自然适宜、轻度干旱、中度干旱条件下,深层土壤水的贡献率依次为59.8%、57.9%、54.6%、52.7%。在轻度和中度干旱条件下,雨季侧柏对深层土壤水的依赖程度高于旱季,以维持较大的蒸腾作用;在水量充沛、自然适宜、轻度干旱、中度干旱条件下,深层土壤水贡献率分别为58.9%、57.6%、56.4%、57.1%。侧柏依据土壤水分条件调整吸水深度的自适应特性,对季节性干旱地区生态造林树种的选择和长期管理规划具有重要意义。     

黄土丘陵区典型天然灌丛和人工灌丛优势植物土壤水分利用策略

细裂叶莲蒿(Artemisia gmelinii)是黄土高原农地退耕后长期存在的天然植物群落优势种。柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)灌丛是黄土高原防治水土流失的主要人工群落类型。研究它们的水分利用策略对评价气候暖干化趋势下黄土高原生态建设可持续性具有重要意义。该研究以退耕7年的天然草地细裂叶莲蒿群落、退耕30年的天然草地细裂叶莲蒿群落和退耕30年的人工灌木林柠条锦鸡儿群落为研究对象,采用氧稳定同位素比率(δ~(18)O)技术研究其对不同土层土壤水分利用的季节性变化,通过Mix SIR模型量化各土层土壤水分利用的贡献。结果表明:在δD-δ~(18)O分布图上,对黄土丘陵区降水样的氢稳定同位素比率(δD)和δ~(18)O回归分析得到当地的大气降水线,土壤水和植物水中的氢氧稳定同位素组成在δD-δ~(18)O分布图上都位于当地大气降水线的右下方,表明研究区土壤水分中的同位素组成受强烈蒸发影响发生了富集作用。随着季节变化,退耕7年的天然草地细裂叶莲蒿和退耕30年的人工灌木林柠条锦鸡儿植物水分来源可在不同土层之间较为灵活地转换,当浅层(0–40cm)土壤水可利用时,植物主要利用40 cm以上的土壤水分;当浅层土壤干燥时,主要吸收40–80 cm土层土壤的水分。退耕30年天然草地中细裂叶莲蒿主要依赖于0–10 cm表层土壤的水分。这表明在未来极端干旱事件发生频率增大的情况下,退耕7年的天然草地细裂叶莲蒿和退耕30年的人工灌木林柠条锦鸡儿具有更大的生存优势,而退耕30年的天然草地细裂叶莲蒿受干旱等极端天气影响更为严重。     

内蒙古西鄂尔多斯荒漠区降水入渗氘同位素特征

探讨我国干旱半干旱地区大气降水在土壤剖面中的时空分布特征将为西鄂尔多斯荒漠退化生态系统恢复和维持提供科学依据.本研究利用氘同位素技术研究了内蒙古西鄂尔多斯荒漠的大气降水、土壤水、地下水中的氘同位素值(δD),运用二元线性混合模型计算降水对各层土壤水的贡献率,并结合土壤含水量分析了不同降水条件下土壤剖面各层土壤水δD的时空分布特征.结果表明: 雨后9 d内,小雨(0～10 mm)影响0～10 cm土壤含水量和土壤水δD值,对表层土壤(0～10 cm)的贡献率在30.3%～87.9%;中雨(10～20 mm)影响0～40 cm土壤含水量和土壤水δD值,对0～40 cm土壤水的贡献率为28.2%～80.8%;大雨(20～30 mm)和特大暴雨(＞30 mm)影响0～100 cm土壤含水量和土壤水δD值.降水对100～150 cm深层土壤水δD值影响不显著.西鄂尔多斯荒漠土壤水δD介于大气降水δD与地下水δD之间,表明西鄂尔多斯荒漠土壤水主要来源于大气降水与地下水.在同一降水强度下,表层土壤水(0～10 cm)受降水的直接影响显著,随着土壤深度的增加,土壤水δD变化幅度降低,100～150 cm深层土壤水δD基本趋于稳定.降水强度越大,对土壤水δD影响的时间越长,影响的土壤深度也越深.     

新疆艾比湖湿地自然保护区荒漠优势种体内的水分来源

植物体内各水分来源的比例反映植物的适应特征,在水分作为限制因子的荒漠区,其更是物种间生态位分化、荒漠多样性维持的重要机理之一。通过检测艾比湖湿地自然保护区内4个生境(荒漠、河岸林、盐沼地和沙丘)的8科14种优势种的木质部,以及当地河水、地下水、4层不同深度(0—40,40—70,70—100 cm和100—150 cm)土壤水的稳定氧同位素值(δ~(18)O),估算各物种和各科植物体内各种水分来源的比例,随后依据根系的空间位置再将14种植物分成13个中深根系和1个浅根系物种,进一步利用δ~(18)O值分析深浅根系植物间的水分差别,以及各水源间的补给关系。结果表明:(1)艾比湖湿地自然保护区内,不同物种体内水分来源存在差别。将所有优势物种按科属归类后,类似物种水平,不同科属植物体内的水分来源也存在差别;(2)地下水是大部分植物的主要补给水源,多数植物很少利用0—40 cm表层土壤水;(3)深浅根系植物的水分来源不同,深根系植物主要利用地下水和河水,而浅根系植物主要利用土壤水;(4)艾比湖湿地自然保护区内,地下水补给河水,随后两者共同从土壤深层至浅层依次补给土壤水。综上可知:干旱荒漠内,水源可利用性的多样化,导致不同区域植物体内各水分来源的比例存在差别。在离河岸距离、地下水位高低、土壤表层盐渍化程度等因素的综合影响下,多年生和盐渍环境生长的植物,趋向于吸收地下水、河水和深层土壤水,相反,一年生或短命植物趋向于利用其能触及到的各种水源。     

浑善达克沙地南缘人工固沙植被水分利用特征

探讨浑善达克沙地典型乔木青杨和灌木黄柳不同季节的水分利用特征,可为沙地人工防护林生态系统的结构优化提供理论依据。采集研究区大气降水、土壤水、地下水和典型人工固沙植被的茎干水,利用氢氧稳定同位素技术,揭示不同水源δD-δ¹⁸O值的分布特征,运用多源线性混合模型计算出各潜在水源对2种植被水的贡献率。结果表明: 研究区大气降水方程线为δD=7.84δ¹⁸O+9.12,旱季土壤水分线和雨季土壤水分线分别为δD=3.56δ¹⁸O-41.28和δD=4.30δ18O-42.02,旱季、雨季土壤水和2种植物茎干水δD-δ¹⁸O值均在大气降水δD-δ¹⁸O值下方,表明土壤水和茎干水受到二次蒸发的影响较强烈。2种植物浅层土壤含水量受降雨和蒸发的影响强烈,变化幅度较大,随着土壤深度的增加,土壤含水量趋于稳定,且各层土壤水氢氧同位素值表现出显著差异。在旱季,青杨主要吸收利用0～40 cm和120～200 cm土层的土壤水,贡献率分别为50.2%和31.5%;黄柳主要吸收利用20～40 cm和60～100 cm土层的土壤水,贡献率分别为53.2%和22.9%;在雨季,对青杨贡献最大的土壤水主要集中在0～40 cm土层,为72.8％,黄柳除了利用大量0～20 cm土壤水分外,还利用了深层土壤水和地下水。该地区由于乔木青杨和灌木黄柳的根系埋深和分布不同,导致两者在不同季节的水分利用策略存在差异。这有利于浑善达克沙地地区防护林群落稳定和各树种的共存。建议在浑善达克沙地人工防护林种植中,应考虑选择根系埋深和分布不同的植被混种,以合理利用当地水资源,维持沙地生态系统的稳定性。     

应用氢氧稳定同位素对极端干旱区蒸发水分来源的确定

长期监测发现敦煌莫高窟窟顶戈壁存在稳定的蒸发水分。为了进一步厘清蒸发水分的来源,利用拱棚-凝结法定期收集蒸发水分,应用水同位素示踪原理监测凝结水分、莫高窟降水和潜水的δD和δ~(18)O值,以揭示戈壁蒸发水分的来源。结果表明,蒸发水分的δD、δ~(18)O平均值分别为-33.06‰和-5.33‰,莫高窟降水为-66.44‰和-8.57‰,潜水为-72.19‰和-9.75‰,说明当地潜水并非来自于莫高窟降水;通过经纬度和海拔,应用在线降水同位素计算的当地降水δD和δ~(18)O值(-60.00‰,-8.50‰)和降水加权平均值(-5.30‰,-0.75‰)同样表明,当地降水不是地下潜水的合理来源,而党河源区(野马山)的降水(-86.00‰,-12.00‰)才是地下潜水的真正来源。土壤水分蒸发实验与土壤垂直剖面水分检测表明,戈壁深厚包气带土壤在潜水水汽向上运移过程中选择了δ值相对较高的潜水水分,因此,戈壁蒸发水分来自地下潜水,存在清晰的来源通道。极干旱区蒸发水分来源的再确定为蒸发潜水的利用奠定了基础,对极干旱区生态恢复有重要意义,并为干旱、半干旱区地下水的利用提供了新视角,为莫高窟洞窟水分来源研究亦提供了重要参考。     

内蒙古荒漠草原植物水分利用特征差异及对环境因子的响应

水分是干旱半干旱地区植被生长的主要限制因子,水分利用是反映植被对环境变化响应的关键生态水文过程。目前缺少对干旱半干旱区草原不同科、属植物水分利用特征差异的系统分析,且植物水分利用特征与环境因子的定量关系需要进一步研究。在内蒙古荒漠草原进行样带调查,采集7个样地0—100 cm深度土壤样品和15种植物根茎结合部(茎秆)、叶片样品,测定土壤水、植物水中δ²H和δ¹⁸O和植物叶片δ¹³C的同位素,利用MixSIAR模型确定不同科、属植物水分来源比例,分析不同科、属植物水分利用来源和水分利用效率的差异,并建立植物水分来源比例及水分利用效率与各环境因子的定量关系。结果表明：(1)禾本科和菊科植物主要利用0—30 cm深度土壤水(55.63%和51.84%),其叶片δ¹³C(-26.61‰和-27.91‰)均低于其他科(包括柽柳科、藜科和蔷薇科)(-26.36‰),且其他科主要利用60—100 cm深度土壤水(36.83%),水分利用策略更有利于在干旱条件下生存。(2)针茅属植物对0—30 cm深度土壤水的利用...     

典型林区水分氢氧稳定同位素在土壤-植物-大气连续体中的分布特征

土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水循环是水文学和生态学研究的重要内容,氢氧稳定同位素在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程。本研究通过分析成都平原区亚热带常绿阔叶林中降水、土壤水、植物水的同位素组成,探讨SPAC系统中水分的氢氧稳定同位素演化特征,揭示区域水循环不同界面过程。结果表明: 研究区雨季大气降水线方程为: δD=7.13δ¹⁸O+2.35(R²=0.99),土壤蒸发线方程为: δD=6.98δ¹⁸O-0.32(R²=0.92)。在降水→土壤水→植物水的界面水输送过程中,氢氧同位素逐渐富集。浅层土壤(0～35 cm)水δ¹⁸O受降水的直接影响,响应关系明显,中深层土壤(35～100 cm)水则相对稳定。观测期间,植物木质部水同位素比土壤水略微富集,说明水分在植物体内输送过程中可能通过韧皮部或树皮发生轻微蒸发或蒸腾。采用直接相关法初步估计植物对不同土层土壤水的利用情况,樟树主要利用中层土壤水,构树主要利用浅层土壤水,金星蕨因根系分布浅更倾向于利用浅层土壤水和植物截留的降水。与金星蕨相比,樟树和构树的叶片水分蒸发和同位素动力分馏程度更强。     

寒温带兴安落叶松和白桦生长季水分利用特征

植物水分利用在生态系统水文循环及其生产力中起着重要作用。气候变化下寒温带森林水分胁迫逐渐加剧，对其典型树种水分利用特征的研究有助于理解寒温带森林生态系统的稳定性及可持续性。以大兴安岭北部典型树种兴安落叶松(Larix gmelinii)(L)和白桦(Betula platyphylla)(B)为研究对象，利用稳定同位素技术测定降雨、木质部水和土壤水中氢氧稳定同位素值(δD和δ¹⁸O),揭示不同水源δD和δ¹⁸O值的分布特征，并利用多源线性混合模型及树干边材液流通量，分析不同水源对2树种的利用率和利用量，揭示生长季兴安落叶松和白桦生长季水分利用特征变化。结果表明：(1)研究区的大气降雨和土壤水同位素均受蒸发的影响发生了一定程度的分馏，且土壤水同位素分馏程度存在树种间的差异，兴安落叶松分馏程度大于白桦。(2)降雨和蒸发对2个林分土壤含水率和土壤水稳定同位素值在上层土壤(0—10cm)影响强烈，而对中下层影响较小，且各层土壤水稳定同位素值表现出显著差异(P<0.05)。(3)在5月和9月兴安落叶松和白桦主要利用上层土壤水分，对上层土壤水分的利...     

Dynamics of water usage in Haloxylon ammodendron in the southern edge of the Gurbantünggüt Desert

植物的水分来源是荒漠地区植物水分关系研究的重要方面, 有助于理解荒漠植物对干旱环境的适应。为了研究古尔班通古特沙漠主要建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)生长季的水分利用动态, 以及其对发生在不同时期相似量级降水脉冲的响应, 利用稳定性同位素技术测量了梭梭小枝木质部水、降水、0-300 cm不同土层的土壤水和地下水的δ ¹⁸O值。水源依据深度划分为4个: 浅层土壤水(0-40 cm), 中层土壤水(40-100 cm), 深层土壤水(100-300 cm)和地下水。然后, 应用IsoSource模型计算了梭梭对潜在水源的利用比例。结果表明: 4月份, 梭梭主要利用浅层土壤水, 利用比例为62%-95%; 5-9月份梭梭主要利用地下水, 利用比例为68%-100%。梭梭对不同时期发生的两场相似量级的降水具有不同程度的响应。5月22日, 6.7 mm降水后第1天, 梭梭对土壤水的吸收达到最大值, 由降水前的9.8%增长为降水后的40.4%, 同时降低了对地下水的吸收, 由降水前的83%-98%下降为42%-81%。8月31日7 mm降水后, 梭梭对土壤水的吸收没有增加, 仍然保持对地下水的高比例利用, 达71%-98%。低的土壤含水量可能抑制了表层根系的活性, 导致梭梭对降水不敏感。由冬季融雪和春季降水补给的浅层土壤水和地下水是梭梭种群可利用的两个重要水源。梭梭的水分利用动态反映了其对干旱环境的适应。     

基于较大降水事件的人工固沙植被区植物水分来源分析

水分是干旱、半干旱地区植物生长最主要的限制因子.为了探究较大降水事件后两种常见人工固沙植物柠条与油蒿的水分来源差异,分析降水、土壤水、地下水和植物茎水的氢氧稳定同位素特征,并采用直接对比法和多元线性混合模型对植物水分来源进行分析.结果表明: 沙坡头地区大气降水线方程为δD=7.83δ¹⁸O+5.64(R²=0.91).降水δ¹⁸O值的变化范围较大,具有明显的季节变化规律;生长季前期与后期δ¹⁸O值相对较高,生长旺盛期δ¹⁸O处于较低水平.浅层土壤水δ¹⁸O值变化范围较大,随土层深度的增加,土壤水δ¹⁸O值变幅减小且呈减小趋势.在降水后第一天,柠条和油蒿分别对40～80与20～60 cm土层土壤水利用比例较高,利用比率分别为56.1%和56.4%.降水一周后,柠条与油蒿都不同程度地增加了对浅层土壤水的利用比例.柠条和油蒿对0～40和0～20 cm土层土壤水分利用率分别增加了12.5%和10%.表明在较大降水事件后,柠条和油蒿会通过调整水分利用策略来积极适应干旱环境.     

准噶尔盆地东南缘多枝柽柳、白刺和红砂水分来源的异同

荒漠生态系统中, 水是植物生长最主要的限制因子。为了比较同一生境下不同荒漠植物的水分来源特征, 选取了同一生境下的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、白刺(Nitraria sibirica)和红砂(Reaumuria soongorica), 测定了这3种植物茎水和各潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢、氧稳定同位素比率(δD和δ¹⁸O)值, 并利用IsoSource软件计算了3种植物对潜在水源的利用比例。结果表明: 红砂和白刺的茎水δD和δ¹⁸O值及其水分来源有明显的季节波动特征。其中, 红砂为浅根系植物, 春季(3-5月)以表层土壤水为主要水源, 夏秋季节(6-10月)表层土壤含水量显著降低, 其主要的水分来源逐渐偏向于较深层的土壤水; 白刺的根系分布范围介于红砂和多枝柽柳之间, 在春季能够较多地利用表层土壤水, 而到了夏秋季节, 所利用的水分更多地来源于深层土壤水或地下水; 多枝柽柳为深根系植物, 其90%以上的水分来源于深层土壤水和地下水, 而且茎水δD和δ¹⁸O值及其水分来源没有季节波动特征。3种植物水分来源特征的差异与其水分利用策略密切相关, 同时, 也说明荒漠灌木可以通过自身调节向着最优(最有利)表现型发展, 从而最大限度地获取水分。     

科尔沁沙地南缘主要固沙植物旱季水分来源

探讨固沙植物水分来源以及物种间水分利用关系对揭示植物共存机理和固沙植被稳定机制具有重要意义.本研究选取科尔沁沙地南缘两种典型生境(固定沙丘和丘间低地)共12种固沙植物,通过测定植物水、同期降水、地下水和土壤水的稳定同位素比率(δD和δ¹⁸O),利用IsoSource模型计算植物对不同深度土壤水的利用比例,初步阐明半干旱沙区主要固沙植物旱季水分来源以及物种间的水分利用关系.结果表明:两种生境中不同生活型固沙植物水δD和δ¹⁸O差异显著,但丘间低地乔木和灌木差异不显著.在丘间低地从乔木到草本水分来源逐渐变浅,乔木和灌木主要利用50～150 cm或30～50 cm土壤水,半灌木主要利用10～30 cm土壤水,草本主要利用0～10 cm土壤水;固定沙丘灌木主要利用0～30 cm土壤水,半灌木则主要利用50 cm附近土壤水.表明旱季固定沙丘植物比丘间低地植物更依赖0～50 cm土壤水.固沙植物水分来源与植物生活型、根系分布范围有关,其中根系分布范围影响可能更大.     

鄱阳湖湿地土壤水稳定同位素变化特征

土壤水稳定同位素组成的时空变化反映了区域降水与前期水分的混合及蒸散发过程。2013年7-9月对鄱阳湖湿地保护区3个断面不同土地覆盖下0-2 m剖面土壤水进行分层采样,以及采集修水和贛江的河水,测定其氢、氧稳定同位素,分析土壤水稳定同位素沿土壤剖面的变化规律、土壤水运动机制及其主要补给来源。研究结果表明,鄱阳湖采样区3个断面土壤水同位素δ~(18)O值变化范围-10.63‰—-1.17‰,其中7月份的土壤水δ~(18)O均值最小,8、9月份土壤水δ~(18)O均值相对较大。表层(0-60 cm)土壤水同位素富集可能因为蒸发作用,深层土壤水同位素组成变化因降水入渗与前期水分混合作用。不同土地覆盖表层土壤水同位素变化较大,随着深度的增加,同位素变化减少。从水分溯源上,断面一的土壤水同位素组成主要受降水的影响,断面二的土壤水同位素组成主要受赣江和降水的影响,而断面三则主要受鄱阳湖水体和降水的影响。研究结果可为鄱阳湖区域地下水资源的评价提供参考     

北京山区三种植物叶片水δ~(18)O特征及影响因子

叶片是植物光合作用和呼吸作用进行物质和能量交换的重要场所,而叶片水稳定同位素特征能够反映植物生长周围的气候和生态信息。本研究以旱季、雨季北京山区3种植物侧柏(Platycladus orientalis)、栓皮栎(Quercus variabilis)和荆条(Vitex negundo)叶片水δ18O观测数据为依据,结合土壤水及林内气象因子观测,综合探讨叶片水δ18O变化特征及其影响因子。结果表明:旱季、雨季3种植物一天内利用土壤水分来源较为稳定,枝条水δ18O无明显日变化,3种植物枝条木质部水δ18O雨季旱季;但由于3种植物叶片水δ18O日变幅旱季雨季,3种植物叶片水δ18O相对于枝条木质部水δ18O富集程度旱季雨季,因此造成3种植物叶片水δ18O均值旱季雨季;3种植物叶片水δ18O和δD关系曲线斜率旱季雨季,3种植物叶片水δ18O和δD关系曲线截距旱季雨季,这从另一个方面表明,相对湿度是引起旱季、雨季3种植物叶片水δ18O差异的一个重要因子;旱季,栓皮栎、荆条叶片水δ18O对于5种气象因子(光合有效辐射、气温、相对湿度、气压、VPD)敏感性强于雨季。同时,无论旱季或雨季,侧柏叶片水δ18O与上述5种气象因子间无明显相关性。     

华北山区典型人工林土壤水势动态和水分运移规律

大规模植树造林工程有效缓解了我国北方水土流失等问题,但伴随植被生长和降水格局变化,水循环过程发生明显改变。土壤水分运动是水循环的关键过程,研究变化环境下人工林植被土壤水分运移规律,对植被生态恢复具有重要意义。基于2014-2018年多时间尺度（半小时、天、月和年）华北山区崇陵流域典型人工侧柏林和荒草土壤剖面水势监测数据,阐明不同植被覆盖下土水势动态变化规律,提出土壤水分运移和植被水分利用模式。研究结果表明：侧柏林土壤水势日变幅显著低于荒草植被,但土水势日变幅随土壤深度增加而减小的速率90 a侧柏依次大于60 a侧柏和荒草;月、年尺度侧柏林不同深度土水势变化对降水的响应大于荒草地,其中60 a侧柏林年均土水势与年降雨量显著线性相关（P<0.05）。由水势梯度和零通量面多年平均变化可知,90 a侧柏林0-50 cm土壤水呈下渗趋势,根系水力提升促使50-100 cm土壤水向上蒸散;60 a侧柏林0-20 cm、70-100 cm以及枯水年30-70 cm土壤水均以蒸散为主,根系可同时吸收利用表层和深层土壤水分;荒草地0-20 cm土壤水分蒸发强烈,且为根系主要吸水深度,20-100 cm土壤水稳定下渗。相比60 a侧柏林和荒草,90 a侧柏林的土壤调蓄能力增强,与荒草互被可减少植被间水分竞争,充分利用土壤水,从而减少流域内地表径流和土壤侵蚀量。     

基于GCM的中国土壤水中δ~(18)O的分布特征

土壤水中稳定同位素的大尺度空间分布是降水同位素与自然环境综合影响的结果,也是陆面过程模拟中不同水体同位素相互作用的重要环节。限于定位监测在反映大尺度土壤水同位素空间特征中的不足,GCM(General Circulation Models)则有助于深入理解土壤水同位素组成变化的空间格局。本文选用LMDZ(free)、LMDZ(nudged)和MIROC(free)3种模拟结果,对中国陆地表层土壤水δ~(18)O的时空分布特征及土壤水δ~(18)O与气温、降水δ~(18)O之间的关系进行研究。结果表明:(1)中国东南地区土壤水δ~(18)O偏大,东北、西北和青藏高原地区土壤水δ~(18)O偏小,其中青藏高原地区δ~(18)O最小;从全国尺度来看,土壤水δ~(18)O变化特征符合降水δ~(18)O的变化特征;1979—2007年,年均土壤水δ~(18)O、夏季土壤水δ~(18)O和冬季土壤水δ~(18)O均呈现上升趋势。(2)土壤水δ~(18)O与气温的相关性较好,温度效应出现在中高纬度地区,距海洋越远,正相关关系越显著。(3)在全国范围内,3种模拟结果均表明,中国土壤水δ~(18)O与降水δ~(18)O普遍呈正相关,说明大多数地区土壤水的补给来自于降水;相关系数在西北地区较大,在东北地区由南至北逐渐递减,在青藏高原地区出现环状分布,相关系数由内向外递增。     

华北石质山区核桃-绿豆复合系统氘同位素变化及其水分利用

通过对比核桃枝条和绿豆茎内δD值差异来分析核桃和绿豆水分来源和利用。结果表明,核桃-绿豆农林复合系统的根系在表层土壤(0—30cm)中交叉存在,生态位重叠。旱季中表层土壤含水量与δD值之间存在显著的负相关关系(R2=0.77,P=0.02),雨季相关关系不显著(R2=0.03,P=0.73)。δD值分析表明,旱季中核桃利用深层土壤(30—80cm)水分占总水分来源的51%以上,雨季中则主要利用浅层土壤水分,间作绿豆和单作绿豆主要利用表层土壤水分。雨季中表层土壤水分能同时满足核桃和绿豆生长需要,但复合系统中光能竞争导致间作绿豆光合速率显著地低于单作绿豆。旱季间作绿豆0—20cm土壤水分含量、凌晨叶片水势和光合速率明显高于单作绿豆,显示间作绿豆体内水分状况好于单作绿豆。线性模型分析结果显示间作绿豆体内约有1.58%—5.39%的水分来核桃夜晚水力提升,表明复合系统在旱季一定程度上缓冲季节性水分胁迫对农作物生长的影响。