沙漠腹地胡杨不同生长时期的地表水和地下水利用机制

Desert riparian forests are the main body of natural oases of inland rivers，and its growth and distribution are closely related with water use sources. Populus euphratica is a main tree species that forms natural riparian forests in arid and semi-arid areas. This research is planned to carry out in the Daliyaboyi oasis which is located at the delta area of the Keriya River in the Taklimakan desert in north western China. P. euphratica forests can be grouped into four stages, which are seedling, sapling, mature and overmatured, respectively. The plant xylem water of each stage, soil moisture, stream water and groundwater will be taken to test the stable oxygen isotope ratio (δ18O) for each water sample. The δ18O of plant xylem water and soil water will be compared to estimate the dominant depth of root water uptake, and the linear-mixed model called “IsoSource” will be applied to determine plant water sources and quantify their proportions. Meanwhile, the gas-exchange characteristics, water potential and stable carbon isotope ratio (δ13C) of leaves of P. euphratica will be analyzed to evaluate the impact of variation of surface water and groundwater on water use, physiological condition and water use efficiency of P. euphratica. Our research may reveal proper groundwater depth to the survival of P. euphratica, illuminate the water use strategy of P. euphratica in the extreme arid region, and provide guide to vegetation protection and restoration in the natural oasis.

荒漠河岸林是内陆河天然绿洲的主体，它的生长和分布与水分来源密切相关。本项目拟在克里雅河尾闾沙漠腹地的达理雅博依绿洲内，以荒漠河岸林建群种胡杨为对象，将其划分为幼苗、幼树、成熟木和过熟木共4个生长时期，之后采集各阶段胡杨小枝木质部、土壤、河水和地下水的样品，测试其中的氧稳定同位素比率(δ18O)，对比获得各阶段胡杨的主要吸水层位。同时测定各阶段胡杨叶片的光合、水分生理以及叶片的碳稳定同位素值（δ13C）。最后利用IsoSource线性混合模型和δ13C值分别确定各阶段胡杨体内的水分来源和比例，以及地表水和地下水位变化对胡杨水分来源、生理特性和长期水分利用效率的影响。本项目的研究成果可能对揭示胡杨生存的合理地下水位波动范围，阐明极端干旱区胡杨的水分利用策略，指导天然绿洲的植被保护和修复提供科学依据。

本项目在克里雅河尾闾沙漠腹地的达理雅博依绿洲开展，以荒漠河岸林建群种胡杨为对象，按照胸径（DBH）将其划分为幼苗（地径≤4 cm）、幼树（4 cm＜DBH≤10 cm）、成熟木（10 cm＜DBH≤40 cm）和过熟木（DBH＞40 cm）4个生长阶段。根据地表水情况，将实验样地划分为河道有水和河道无水两个时期。根据地下水埋深，设置了4个地下水埋深梯度（2.0 m、3.0 m、4.3 m和6.6 m）。采集不同生长阶段胡杨小枝木质部、土壤、河水和地下水的样品，测试其中的氧稳定同位素比率（δ18O），利用IsoSource线性混合模型确定胡杨的水分来源及利用比例。采集胡杨的叶片，测定了叶片含水量和碳稳定同位素比率（δ13C），获得不同地表水和地下水埋深条件下，胡杨随径级的增长对水源的利用比例、水分生理和水分利用效率的变化。研究结论如下：. （1）河道有水时，不同生长阶段胡杨的主要水源为河水，随着径级的增加增大了对河水的利用比例。河道无水时，随着径级的增加，胡杨增大了吸水范围和深度；不同生长阶段胡杨的水分吸收深度不同，降低了地表水缺乏时的种内竞争；胡杨幼苗、幼树和成熟木的叶片含水量显著低于河道有水条件下的叶片含水量，而叶片的δ13C值则高于河道有水的叶片δ13C值。表明胡杨通过降低叶片含水量，提高水分利用效率应对地表水的匮缺。. （2）随着地下水埋深的增加，不同生长阶段的胡杨增大了吸水深度；幼苗的叶片含水量显著降低，幼树、成熟木和过熟木的叶片含水量差异不显著；幼树和成熟木的叶片δ13C值呈现先降低后升高的趋势，过熟木的叶片δ13C值呈现增加趋势。随着径级的增加，地下水埋深2.0 m时，胡杨降低了对深层土壤水的利用比例；地下水埋深为4.3 m-6.6 m时，胡杨增加了对深层土壤水的利用比例。以上研究表明，地下水埋深过浅，小于2.0 m时，不利于胡杨成熟木和过熟木的生存，表现为其水分来源趋向于浅层土壤水。地下水埋深过深，超过6.6 m时，不利于各个生长阶段胡杨的生存，表现为样地没有幼苗和幼树，成熟木和过熟木长势衰败，不利于胡杨种群的更新。