LI-2100：干旱區(qū)河岸濕地優(yōu)勢(shì)種植物的水分利用模式

近日，強(qiáng)冷空氣在山西、寧夏和陜西等地兇猛登陸，帶來(lái)了降溫降雪的天氣。沒(méi)有冤情的四月飛雪，大自然再一次向人類展現(xiàn)了它的深邃。

除了突如其來(lái)的降雪，大自然賦予的特殊天氣，還有極端而持續(xù)的干旱。在干旱區(qū)，由于水資源缺乏，植物的生存和生長(zhǎng)受到嚴(yán)重脅迫，促使生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。

為了應(yīng)對(duì)干旱氣候，治理生態(tài)環(huán)境，相關(guān)的研究數(shù)不勝數(shù)�；�于干旱區(qū)河岸濕地這一特殊的生態(tài)系統(tǒng)，今天我們來(lái)了解一篇研究植物水分利用模式的論文。
 

干旱區(qū)河岸濕地優(yōu)勢(shì)種植物的水分利用模式

 

植物水分循環(huán)是研究陸地生態(tài)水文學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在干旱區(qū)，由于有限降水和強(qiáng)烈蒸發(fā)，水資源是影響植物生存、生長(zhǎng)和植被恢復(fù)可持續(xù)性的重要限制因素。近年來(lái)，由于高溫和干旱等極端天氣事件更加頻繁，土地退化加劇，使河岸濕地生態(tài)系統(tǒng)面臨降水減少、不同程度水位下降等干旱問(wèn)題。極端干旱會(huì)降低水資源的可利用性和植被生產(chǎn)力，并給植物帶來(lái)不可逆轉(zhuǎn)的死亡風(fēng)險(xiǎn)。因此，了解植物水分利用模式可以揭示植物的生存策略和對(duì)不斷變化的水文氣候條件的反應(yīng)，這是良好的生態(tài)管理和植被恢復(fù)的先決條件。濕地是連接水域生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)的功能過(guò)渡區(qū)，其生態(tài)功能非常突出。因此，定量研究河岸濕地水分來(lái)源、補(bǔ)給途徑及其植物水分利用模式，是了解濕地生態(tài)水文循環(huán)的前提條件，將為干旱區(qū)濕地環(huán)境治理和生態(tài)安全提供理論依據(jù)與決策支持。
 

干旱區(qū)是全球生態(tài)系統(tǒng)的的重要組成部分，河岸濕地具有水源供給、水文調(diào)節(jié)和土壤保持等生態(tài)功能。研究人員選取干旱區(qū)典型河岸濕地的優(yōu)勢(shì)種植物為研究對(duì)象，測(cè)定了降水、土壤水、木質(zhì)部水和地下水的氫氧穩(wěn)定同位素組成（利用LI-2100全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）提取土壤和木質(zhì)部中的水分），利用這些數(shù)據(jù)擬解決以下問(wèn)題：（1）闡明優(yōu)勢(shì)種植物水分利用模式的季節(jié)變化；（2）明確兩種優(yōu)勢(shì)種植物水分利用模式的差異。本研究將有助于了解河岸濕地生態(tài)系統(tǒng)中植物-土壤-水關(guān)系的機(jī)制，旨在為干旱區(qū)河岸濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建提供理論依據(jù)與決策支撐。
 

圖1 (a)和(b)代表研究區(qū)域及采樣點(diǎn)空間分布。(c)為東灘濕地，(d)為旱柳，(e)為紫翅豬毛菜。

【結(jié)果】
 

圖2 紫翅豬毛菜（a）和旱柳（b）0-100 cm土壤水中δD和δ18O值的季節(jié)變化。垂直虛線表示木質(zhì)部水的同位素組成。誤差條表示標(biāo)準(zhǔn)誤差。
 

圖3 潛在水源對(duì)豬毛菜（a）和旱柳（b）貢獻(xiàn)百分比的月變化。
 

圖4 水體氫氧穩(wěn)定同位素組成的關(guān)系。圖中還顯示了全球大氣水線(GMWL，紅色虛線)、局地大氣水線(LMWL，黑色虛線)和土壤水線(SWL，黑色虛線)。(a)、(b)為紫翅豬毛菜，(c)、(d)為旱柳。
 

圖5 潛在水源對(duì)紫翅豬毛菜和旱柳水分來(lái)源貢獻(xiàn)。
 

【結(jié)論】

水分來(lái)源及其植物水分利用模式是決定濕地植物區(qū)系組成、種群分布格局的關(guān)鍵因子，已成為干旱區(qū)受損濕地植被保護(hù)與恢復(fù)急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，本文基于穩(wěn)定同位素技術(shù)研究降水、土壤水、植物水和地下水的同位素組成，探究不同水分來(lái)源對(duì)河岸濕地植物水分利用的貢獻(xiàn)率。土壤水、植物水和地下水都位于大氣降水線附近，說(shuō)明降水對(duì)各水源均有補(bǔ)給作用，但并不顯著。在該研究區(qū)，草地土壤蒸發(fā)強(qiáng)度大于林地。地表蒸發(fā)影響0-60cm土壤水，大于80cm的土壤水與地下水存在水力聯(lián)系。Iso-Source結(jié)果表明，紫翅豬毛菜主要利用0-60 cm土壤水，對(duì)地下水利用率較低，平均值僅為7.14%。降水對(duì)紫翅豬毛菜的貢獻(xiàn)比例存在顯著差異（10.3%-46.5%）。9月份降水對(duì)紫翅豬毛菜吸水貢獻(xiàn)率最大，這與9月份的降水高峰有關(guān)。持續(xù)從淺層土壤獲取水分的紫翅豬毛菜可能難以在極端干旱條件下生存。旱柳表現(xiàn)出明顯的吸水模式，主要利用20-100cm土壤水和地下水。隨著季節(jié)的推移，其水源逐漸從淺層轉(zhuǎn)變?yōu)樯顚�，表明旱柳�?duì)于水分利用具有較強(qiáng)的可塑性和適應(yīng)性。然而，由于旱柳能夠持續(xù)從深層土壤和地下水中獲取水分，因此可能減弱濕地水土保持能力，造成生態(tài)負(fù)面影響。建議減少種植密度，進(jìn)行適量灌溉，有利于旱柳在干旱環(huán)境中的最佳生長(zhǎng)。今后在干旱地區(qū)進(jìn)行人工濕地植被恢復(fù)和重建中，應(yīng)選擇根系分布不一致的樹(shù)種進(jìn)行混交栽植，以合理利用水資源、維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究結(jié)果將有助于更好地了解植被恢復(fù)計(jì)劃（人工林地和天然草地）對(duì)干旱區(qū)河岸濕地水文過(guò)程的影響，并為植物物種選擇和水資源管理提供參考依據(jù)。
 

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