基于氢氧同位素和HCFM技术的栓皮栎水分利用及调控机制研究

本项目以华北石质山区典型耐旱树种栓皮栎为研究对象，分别在旱季和雨季调查深层和表层根系的分布和活性，采用稳定氢氧同位素追踪法定量区分栓皮栎在旱季和雨季中所利用水分的来源，同时用HCFM系统对树体枝条的水力特征进行测定，结合树干液流、气孔导度、光合速率等生理生态指标，明确栓皮栎在不同水分条件下的水分利用策略。重点选取栓皮栎深层(100 cm-150 cm)和表层(0-30 cmm)土壤中的部分根系，定点定量饲喂浓度为3%的氘水溶液，测定饲喂后树体内的氘水时空变化获得其在旱季和雨季的水分运输及其分布格局，结合导水率、液流、气孔活动、栓塞曲线和树体水容等生理生态指标以及导管、纹孔及其网络结构，确定栓皮栎在旱季和雨季对水分的不同调控机制，为华北石质山区抗旱节水型树种选择提供理论依据，进而为林地土壤旱化防治、植被恢复和林业生态工程建设提供科学参考。

以华北石质山地典型树种栓皮栎纯林为试验对象，采用稳定同位素方法和HCFM技术研究其水分来源、利用和调控机制。结果表明：(1) 栓皮栎水分来源从旱季初期的20-40 cm增加到旱季后期的40-60 cm，且旱季后期栓皮栎还利用了19.6%的泉水，表明栓皮栎采取了“开源”的方式吸收深层土壤水分以适应干旱环境。栓皮栎在雨季中对表层土壤水分的利用比例明显增加，相关关系表明水分来源比例与表层新根占总根系比例成显著的正相关。(2)季节性干旱期间，树干组织的水分不能有效补充，恢复时间较长，直径出现负增长。MDS值与温度日差值、VPD日差值和相对湿度日差值成显著相关。逐步回归分析表明季节性干旱期和雨季中土壤体积含水量和温度均是影响树干直径日变化的主要因子。(3)水分胁迫环境下树体内氘示踪剂比率明显升高、木质部栓塞程度增加、枝条水势下降和叶片蒸腾作用减弱，造成栓皮栎水分运输速率减小，同时由于受到栓塞程度、蒸腾以及与树体储水交换的影响，水分运输效率降低。栓皮栎通过栓塞和储水交换来降低水分运输速率和效率，调控水分的收支平衡来适应水分胁迫的环境。(4) 栓皮栎相对分枝级的栓塞脆弱性为3级> 2级>1级，遭遇干旱胁迫时，栓皮栎木质部最先栓塞的是外侧的3级枝条，然后才是2级枝条和1级枝条，栓皮栎优先栓塞外侧枝条以限流抗逆来降低水分散失，尽可能保持主干和低分枝级枝条畅通以确保水分的有效运输。(5) 同位素分割结果显示栓皮栎生态系统的蒸腾占蒸散比例成低-高-低的日变化，10时至14时蒸腾占蒸散比例占90%以上，虽然6时至10时和14时至18时，蒸腾占蒸散比例有所下降，但仍占54.98%以上，表明华北石质山区栓皮栎蒸腾是生态系统的主要耗水形式。