干旱荒漠区植被水分利用过程的稳定同位素研究

荒漠地区植物受水分胁迫严重，探讨植物水分利用过程是当前生态水文学的热点问题，稳定同位素法是新近发展起来的一种高效、稳定、准确的方法之一，但其在荒漠植被水分运移和转换中的研究还不完善。本项目拟利用稳定同位素13C和D、18O技术，通过对荒漠区典型植被柽柳和梭梭的水分利用来源的种类、分布和比例的监测与分析，结合实测气象等环境参数、植被生理生化参数，用试验观测和传导运移模型结合的方法，分析荒漠植被水分来源的变化规律及季节动态变化规律，确定植物水分利用效率，揭示荒漠植被水分利用效率的生理机制，探求典型荒漠植被水分利用来源、水分利用效率与蒸腾耗水量三者之间的相互关系，探寻荒漠区植被在干旱环境下的水分利用和适应机制，从而对沙漠化地区植被恢复的物种选择、种植策略提供重要的理论依据。

干旱区水的来源与去向是水文水资源学研究的热点和难点，一直以来引起国内外学者的高度关注。流域尺度上的水循环过程，特别是水的补给和垂向尺度上植被利用水的策略是干旱区优化生态系统管理的关键。.本研究以地处西北干旱区的新疆三工河流域为研究对象，为揭示水耗水机理，以荒漠区为点的研究，对柽柳树枝和林下10、20、40、60、100、150、200cm的土壤水定期采样并分析氢氧同位素，观测土壤水势变化，揭示柽柳利用水的策略。在流域尺度上，通过采集上游集水区雪水、重要补给源天池、三工河直到山前平原地表水和地下水、直至准噶尔盆地南缘的农业-荒漠交错带的阜康站的地下水进行采样调查，通过分析水化学和氢氧同位素，揭示了他们之间的关系。获得主要研究结论如下：.1）土壤水势以-12kPa为界限分层明显，10-60cm土壤水势大部分时间都小于-12kPa，而100cm以下则均大于-12kPa，与根系主要分布该层对应。10cm土壤水势波动最大，水势最低，表明土壤最干旱，而40cm次之，20cm在浅层中最大。150cm和200cm出现短时的正水势，表明浅层地下水抬升或雨后柽柳耗水强度暂时减弱。土壤水势的变化受天气影响明显，通常呈单峰型，即晴天通常在16:00土壤水势最低，土壤最干旱。.2）植株和剖面土壤水的同位素结果表明，随着柽柳的生长，从3月到8月利用深层土壤水和浅层地下水的比例从20%逐渐增加至60%以上，而9月后开始下降，到10月末恢复到3月水平。深层土壤水和浅层地下水是维持柽柳生长的主要水源。同位素的结果清晰的显示了柽柳用水策略的变化过程，这用其他方法是难以实现的，是本研究的新发现。.3）雪水稳定同位素D和18O贫化最严重，平均为-81.5和-11.85‰，地下水次之，分别为-77.2和-11.37‰，河水富集特征稍明显，分别为-74.5和-11.1‰。本研究认为，地下水主要来自三工河侧向补给和天山雪水补给为主，尽管与当地雪水同位素结果相近，但垂向的研究结果并不支持这种补给路径的存在。