LI-2100—大興安嶺南部白樺的水分利用規(guī)律及其對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)性

大興安嶺地處中國東北，這里的氣候寒冷干燥，冬季漫長而嚴(yán)寒，夏季則短暫而涼爽，適宜白樺的生長。

亭亭白樺，悠悠碧空，微微南來風(fēng)。春天，是大興安嶺的白樺樹復(fù)蘇的季節(jié)。雪融水潤，大地回春，在這神秘而美麗的土地上，白樺樹以其獨(dú)特的水分利用能力，展現(xiàn)出了大自然魅力。
 

 

大興安嶺南部白樺的水分利用規(guī)律及其對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)性
 

本研究旨在考察大興安嶺南部天然次生林中主要植物白樺（Betula platyphylla）的水分利用模式。該調(diào)查利用氧穩(wěn)定同位素技術(shù)，時(shí)間跨度涵蓋2019年7月至2020年9月。

 

東北地區(qū)研究區(qū)的位置及其森林分布（綠色）。“其他”是指林地（灰色）以外的土地利用類型。
 

在兩年的時(shí)間里，在純白樺林內(nèi)建立的 30 m × 30 m 的樣地內(nèi)進(jìn)行了季節(jié)性田間試驗(yàn)。作者選擇了五棵健康的白樺木，其高度和胸徑接近研究區(qū)域的平均值。樣地土壤剖面較淺（厚度約為 40-70 厘米）土壤采樣在每月中旬無雨的日子或降雨后的幾天進(jìn)行。每月系統(tǒng)采集10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm深度的樹木木質(zhì)部水和土壤水樣本，進(jìn)行穩(wěn)定同位素分析。成熟植物體內(nèi)水的同位素組成可以反映植物水分來源的同位素組成。2019年和2020年（5月至10月）在樣樹上取樣，每棵樣樹取樣3個(gè)重復(fù)。使用手動(dòng)螺旋鉆獲取土壤水樣，并用封口膜密封在玻璃容器中，用于隨后的同位素分析。為了減輕蒸發(fā)對(duì)同位素含量的影響，所有土壤和植物樣品均被立即冷凍并儲(chǔ)存。在 2019 年和 2020 年的整個(gè)生長季節(jié)，總共收集了 100 個(gè)降水樣品，并用封口膜牢固地密封在干凈的聚乙烯瓶中。然后將這些沉淀樣品儲(chǔ)存在設(shè)定為-2°C的冰箱中，直到準(zhǔn)備好進(jìn)行同位素分析。

 

樣本樹的特征
 

來自內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地理科學(xué)學(xué)院和水利部草原水利科學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)中心采用全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)（LI-2100，北京理加聯(lián)合科技有限公司）對(duì)植物和土壤樣品進(jìn)行水分提取。雨水和提取的植物和土壤水經(jīng)過過濾，使用0.22μm有機(jī)相針式過濾器去除雜質(zhì)和有機(jī)污染物。根據(jù)土壤剖面，土壤水源分為淺層（0~20 cm）、中層（20~40 cm）和深層（40~60 cm）。值得注意的是，由于樣地地勢(shì)多為山地，地下水的可用性可能受限，因此將地下水排除作為樹木的潛在水源。
 

在生長季節(jié)，通過線性回歸分析探討土壤水、木質(zhì)部水和降雨中δD和δ¹⁸O之間的關(guān)系

2019年和2020年各月VWC垂直土壤剖面和土壤水δ¹⁸O值

不同深度木質(zhì)部水和土壤水中δ¹⁸O的分布特征
 

通過 MixSIAR 分析確定白樺不同土層吸水比例的季節(jié)性波動(dòng)
 

基于穩(wěn)定同位素（δ¹⁸O）的 MixSIAR 模型用于研究天然林中優(yōu)勢(shì)物種（特別是大興安嶺南部白樺）用水策略的季節(jié)變化。研究結(jié)果表明，適應(yīng)性的水分利用策略和對(duì)降水的快速響應(yīng)能夠促進(jìn)植物充分利用來自土壤各個(gè)深度的水分，從而使它們能夠更好地適應(yīng)干旱環(huán)境。當(dāng)降雨量較低時(shí)（2019年生長季為390.4毫米），白樺迅速吸收淺層土壤水（0~20 cm，整個(gè)根系深度的利用率為40.4%），但當(dāng)降雨量增加時(shí) （2020年生長季為501.5毫米），白樺逐漸過渡到從較深土層（40~60厘米）提取土壤水分并加深其根系系統(tǒng)（利用率為39.4%），表明其對(duì)半干旱環(huán)境的適應(yīng)性。因此，白樺在同一生境中靈活的用水策略可能使其在低降水時(shí)期具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。該研究結(jié)果對(duì)于大興安嶺南部天然林保護(hù)和水資源管理具有重要意義。

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