LI-2100—利用同位素技術(shù)解析植物水分來源的不確定性

水是地球上最豐富的天然資源之一，它是所有生物體的基本需求。水在地球上循環(huán)的過程中，植物水分吸收與蒸騰演繹著重要的角色。植物通過根系吸收水分，并將水分輸送到植物的各個部位。植物通過蒸騰作用釋放水分到大氣中，形成了大氣中的水蒸氣。

植物水分的來源和分配是植物生長和發(fā)育過程中的重要環(huán)節(jié)，也是相關(guān)科研的重點，水同位素技術(shù)成為科研過程中十分重要的一種科研手段。今天推薦給大家的優(yōu)秀文章與此相關(guān)。
 

 

利用同位素技術(shù)解析植物水分來源的不確定性
 

因為蒸騰占據(jù)了61%-65%的陸地生態(tài)系統(tǒng)蒸散量，植物水分吸收在全球水循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。植物是土壤和大氣水文過程的紐帶，這就是實施植物恢復(fù)可以改善區(qū)域環(huán)境的原因之一。在此背景下，研究植物水源劃分為如何提高植被生產(chǎn)力和水資源可持續(xù)管理提供重要信息。因為植物和環(huán)境條件相互作用，水分吸收是一個復(fù)雜的過程，這使得植物水源分配變得復(fù)雜。近幾十年來，同位素廣泛應(yīng)用于植物水源劃分，因為它可以標記不同水源，且激光光譜技術(shù)使其測量更容易。然而，植物水分來源解析存在很大的不確定性（如示蹤劑選擇、修正方法及混合模型選擇）。

基于此，來自西北農(nóng)林科技大學(xué)的研究團隊以陜西省長武黃土塬區(qū)蘋果樹（18和26年樹齡）為研究對象，在6月至10月的生長季節(jié)，每月采集0~6 m（20 cm間隔）的土壤樣品及土壤采樣點周圍四棵蘋果樹的1年生枝條（n=50），快速剝離樹皮和韌皮部以避免同位素分餾。同時收集降水。利用全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)（LI-2100，北京理加聯(lián)合科技有限公司）提取植物和土壤中的水分，并利用水同位素分析儀測定水體δ²H、δ¹⁷O、δ¹⁸O值。考慮示蹤劑、修正方法和混合模型的不確定性，選擇4種示蹤劑（²H、³H、¹⁸O、¹⁷O），2種木質(zhì)部水同位素修正方法（²H-SW_excess和2H-SR_WC)和4種混合模型（IsoSource、SIAR、MixSIR和MixSIAR），產(chǎn)生124種組合后，量化了不同來源的不確定性。

植物水源劃分的不確定性分析框架。(a)考慮的不確定性因素；(b)不確定性分析；(c)方法優(yōu)化。

本研究創(chuàng)新點

（a）量化每個不確定性成分對總不確定性的貢獻，以確定影響植物水源分配準確性的主導(dǎo)因素；

（b）為研究植物水源分配選擇適當方法提供了框架。該研究為評估和選擇植物水源分配方法提供了技術(shù)支持，并有助于更好地了解植物水分利用機制。
 

2020年降水(a)、木質(zhì)部水(b)和土壤水(c、d)同位素組成的季節(jié)變化。

(a,b)分別為不同月和不同土壤深度的植物水源劃分的總體不確定性。(c) 總體不確定性的細目分類，以及10月份和0-1 m土層的不確定性。M、T和B分別代表混合模型、示蹤劑和校正方法。

2020年生長季（a）18年生和（b）26年生蘋果樹不同層土壤水對木質(zhì)部水分的相對貢獻（采用²H¹⁸O與MixSIAR模型最佳組合）。
 

研究結(jié)論

本研究探討了植物水分來源的不確定性及方法優(yōu)化，其至關(guān)重要，但尚未得到廣泛研究。以黃土高原的蘋果樹為例，發(fā)現(xiàn)混合模型、示蹤劑及二者相互作用分別解釋了37%、28%和27%的不確定性，而木質(zhì)部水同位素修正方法僅占總不確定性的2%�；�于此，推薦了最優(yōu)的示蹤劑和混合模型組合（²H¹⁸O+MixSIAR）量化植物水源。這些結(jié)果為植物水分來源解析提供了重要的方法支撐。

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