基于稳定同位素技术的河东沙地植物水分利用研究

Plant stable isotope could record rich environmental information. Stable environmental isotope techniques， in the study of plant water use， can solve some problems that traditional methods cannot do.Hedong desert is a typical desert region, also it is an important region that desertification converted.There still exist the risk that the vegetation degrade again due to fragile vegetation. In this study, stable isotope techniques will be used to determine H and O isotopes of desert plants stems water and environmental waters, by comparing to analysising the water sources of different under different water conditions. At the same time, the leaf δ13C will be measured to analysis the WEU of different plants and WEU under different water conditions. Based on the WEU and water sources of different plants under different environment, the adaptive characteristics of the plant will be learned. The research is significant for understanding the water use characteristics , adaptive mechanism of the plants for droughts and the project of desertification control.Additionally, it is helpful to forcast the impacts of human activity and climate change caused water source changes on vegetations;and supplying the knowledge for selecting and integrating species in vegetation restoration to avoid inter-species water use competition.

植物稳定同位素记录的环境信息十分丰富，稳定环境同位素技术在研究植物水分利用方面可解决传统方法无法解决的一些问题。河东沙地是典型的荒漠区，也是国内荒漠化逆转的主要区域。该区域的的植被系统比较脆弱，有再次发生退化的风险。本研究拟采用稳定同位素技术，测定河东沙地主要荒漠植物茎干水分氢氧同位素、环境水分氢氧同位素，通过对比，分析主要荒漠植物水分来源；测定荒漠植物的叶片碳同位素分辨率，比较在不同植物、不同水分条件下的水分利用效率。结合植物水分来源和水分利用效率，分析不同物种对干旱环境的适应特征。这对了解荒漠植物水分利用特征、对干旱的适应机制和荒漠化治理工作具有重要意。也有助于预测人类活动或气候变化引起的水源变化对物种分布格局的影响，指导生态建设中的物种选择和搭配,避免物种间的过激竞争。

了解荒漠植物水分利用对生态修复和生态系统管理具有重要意义，本项目监测了宁夏河东沙地不同植被下土壤水分变化，采用稳定同位素技术分析了河东沙地植物水分利用特征和叶片碳同位素特征。结果表明：1.河东沙地大气降水线与全球大气降水线接近，大气降水线方程为：δD= 7.3184δ18O + 7.9955（R²= 0.9634），降水中同位素受到降水量和温度的影响，降水同位素的“降水量效应”和“温度效应”较为明显。2. 沙地上层土壤含水量受小型降水事件的影响较大，下层土壤水分受大型降水事件的影响大，土壤水分主要在9月份以后得到补给，而100cm土层平均含水量的变化与全年累积降水量关系较为密切。3.沙蒿持续利用了60cm以上层的土壤水分，属于稳定适应型；柠条在早春旱季利用120cm以下土壤储水，雨季主要利用40cm以上土层的水分,属于机会主义者； 花棒和杨柴混交林地中，花棒主要利用40-140cm土层的水分，杨柴主要利用60-120cm土层的水分，二者在在60-120cm土层水分生态位重叠，存在水分竞争关系；沙柳和杨柴混交林地中，沙柳主要利用60-160cm土层水分，杨柴主要利用20-80cm土壤水分，二者水分竞争程度较小。4.沙地植物中C3植物叶片δ13C变化范围-24.37‰～-29.31‰，与北方其他区域的同类植物相近，C4植物梭梭的叶片δ13C为-12.04‰±0.76‰，显著高于C3植物；相同立地条件下C3植物物种间叶片δ13C差异显著，叶片δ13C可能更多的受遗传及生理特征的影响，植物生活型对叶片δ13C影响不大。不同立地条件柠条水分利用效率有显著差异，生长于风沙土、灰钙土等干旱区域的柠条水分利用效率比生长于黄土和苗圃地的更高，表明柠条通过提升水分利用效率适应干旱严苛的环境条件。研究结果对探究不同物种对干旱环境的适应机制、深入了解河东沙地荒漠植物水分利用策略有重要意义。对生态修复中的物种选择和搭配具有参考价值，在生态修复中具有应用前景。