在中国西北干旱、半干旱地区，水资源的紧缺一直是制约生态系统恢复与可持续发展的核心难题。随着全球气候变暖导致干旱频率增加和降水不确定性加剧，生活在这些区域的植物如何感知、应对干旱，成为科研人员关注的焦点。本研究将目光投向中国黄土高原的典型灌木——沙柳（Salix psammophila）。这种耐旱先锋树种不仅是半干旱区植被恢复的重要角色，更在水分利用上展现出了超强“智慧”。三年观察，揭示灌木的水分“生存术”本研究团队在2019–2021年连续三年间，走进陕西神木六道沟流域，系统监测沙柳林的土壤水分、液流变化、叶片生理特性以及稳定同位素（δ²H、δ¹⁸O、δ¹³C）指标，力求揭开沙柳如何在干旱胁迫下实现“智慧用水”的秘密。图1. (a)研究区域位置和沙枫林图片；(b)实地观测的气象变量、叶片生理特性、土壤水分和稳定同位素。研究地点小科普地处黄土丘陵区的六道沟，属温带大陆性气候，年均降水仅约457毫米，且集中于6-9月，植被以人工灌木为主，沙柳正是其中的“主力军”。沙柳的“感知系统”：未雨绸缪不是说说而已研究发现，沙柳在干旱真正到来之前就已启动节水机制：提前降低蒸腾速率，减少水分流失；控制叶片面积，调节叶水势；并不依赖深层土壤水，而是主动调控生理活动应对水分波动。这就像植物拥有了“气象雷达”，提前感知土壤水分的变化，进行自我调整。作者称这种现象为“...
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2025
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01 喀斯特地区植物水分利用研究：揭示共存物种如何应对水资源变化 中国西南喀斯特地区以其独特的水文地质结构和丰富的水资源，对于植物生长至关重要。然而，随着植被恢复的推进，水分利用机制仍然不明晰。水资源短缺，尤其在气候变化加剧的背景下，如何科学管理水资源，推动植被恢复，成为了亟待解决的问题。02 研究背景：水分利用对植物生长的重要性在中国的喀斯特地区，植物的水分利用模式受到地下水和裂隙土壤水等水源的影响。水是植物生长的关键因素，然而，气候变化与人类活动的双重影响，使得水资源成为生态系统可持续发展的瓶颈。通过研究植物的水源利用和水分利用效率（WUE），我们能够更好地理解植物如何在水资源有限的环境中共存和生长。图1. (a)研究区位置图，(b)关岭-贞丰花江沙漠化治理区位置图，(c)研究地点及样地位置图，(d-f)共存植物景观图。03 研究方法：稳定同位素技术揭示水分利用策略本研究采用稳定同位素（δ2H、δ18O、δ13C）技术，深入分析喀斯特地区六种优势植物的水源使用和水分竞争。研究区域位于华南喀斯特关岭—贞丰花江沙漠化防治区，年降水量为1100mm，土壤浅碎且持水能力差。研究选取了R. chinensis、C. baccifera、V. negundo等优势物种，通过采集木质部、土壤、地下水等样本，分析植物水分吸收情况。采用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100Pro，北京理加联合科...
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研究背景水分是限制植物生长的关键因素，特别是在全球气候变化的背景下，干旱半干旱地区的生态水文过程和植被水分利用策略受到显著影响。煤矿开采，尤其是露天矿，对环境破坏严重。黑岱沟露天煤矿位于黄土高原生态脆弱区，矿区的生态修复已成为重点工作。排土场的植被恢复对于合理利用水土资源和促进煤矿可持续发展至关重要。目前，矿区生态修复中的水问题研究主要集中在土壤水文效应、物理性质和坡面侵蚀等方面，但对植物水源及其利用机制的定量研究较少。利用稳定同位素技术，可以高效分析植物的水源，并通过多源混合模型量化各水源的贡献率。例如，深根植物通常利用深层土壤水，而浅根植物则更多依赖浅层水分。由于煤矿开采扰动了土壤结构，植物的水源利用方式与自然状态下有所不同。此外，雨季的不同月份中，植物水源及其利用机制也存在差异。 因此，本研究以黑岱沟露天矿排土场为例，分析蒙古松、柠条和紫花苜蓿在雨季的水分来源及其利用机制，并提出两项假设：H1，三种植物的水源可能相似；H2，不同月份的水源利用程度会有所不同。实验过程研究区黑岱沟露天煤矿位于准格尔煤田中部（图1），矿区属温带半干旱大陆性气候，海拔1256m，年平均气温7.2 ℃，年平均降雨量408mm。研究期间，6月至8月的总降雨量占全年的70%以上。无霜期在125至150天之间，平均日照时数为3119.3 h。矿区排土场为多级台地式排土场，由捣蒜沟排土场...
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水资源在粮食生产和生态修复中的关键作用，特别是在频繁出现的高温、干旱等极端天气条件下，威胁粮食生产，加速土地退化。研究指出，中国作为人均水资源低于世界平均水平的国家，农业用水已占全国总用水量的60%以上，但整体用水效率较低且区域差异显著。尤其在山区和丘陵地区，土壤侵蚀和厚度减少严重影响了蓄水能力，加剧了干旱频发和作物减产的风险。为应对这些挑战，本文强调了通过优化农业管理实践，提高用水效率，以缓解干旱胁迫，维持作物产量的重要性。本次田间试验在中国科学院盐亭紫色土农业生态站进行，该站位于中国四川盆地中北部，海拔400-600m（东经105° 27’，北纬 31°16’）（图 1）。该地区属于中亚热带季风气候，平均气温 17.3℃。年平均降水量为826mm，蒸发量为680 mm。降雨分布不均，约70%的年降水发生在夏秋季，季节性干旱频繁，主要发生在春季和初夏。 图1. 研究区域位置（a）、实验地块图片（b）、地块设计图（c）、实验地块剖面图（d）。本试验土壤为钙质紫色土，来源于蓬莱镇组，属于中温土壤质地，被称为新土，占四川盆地紫色土总量的四分之一以上（图1）。钙质紫色土剖面主要发育在页岩和泥岩中，常与不透水的砂岩互层。浅层紫色土的下伏基岩限制了根系生长，入渗的大部分水分往往会因地下径流绕过根区而流失。试验土壤性质相似，平均值为：pH 值为8.37，土壤有机碳...
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2024
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大兴安岭地处中国东北，这里的气候寒冷干燥，冬季漫长而严寒，夏季则短暂而凉爽，适宜白桦的生长。亭亭白桦，悠悠碧空，微微南来风。春天，是大兴安岭的白桦树复苏的季节。雪融水润，大地回春，在这神秘而美丽的土地上，白桦树以其独特的水分利用能力，展现出了大自然魅力。大兴安岭南部白桦的水分利用规律及其对干旱环境的适应性本研究旨在考察大兴安岭南部天然次生林中主要植物白桦（Betula platyphylla）的水分利用模式。该调查利用氧稳定同位素技术，时间跨度涵盖2019年7月至2020年9月。东北地区研究区的位置及其森林分布（绿色）。“其他”是指林地（灰色）以外的土地利用类型。在两年的时间里，在纯白桦林内建立的 30 m × 30 m 的样地内进行了季节性田间试验。作者选择了五棵健康的白桦木，其高度和胸径接近研究区域的平均值。样地土壤剖面较浅（厚度约为 40-70 厘米）土壤采样在每月中旬无雨的日子或降雨后的几天进行。每月系统采集10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm深度的树木木质部水和土壤水样本，进行稳定同位素分析。成熟植物体内水的同位素组成可以反映植物水分来源的同位素组成。2019年和2020年（5月至10月）在样树上取样，每棵样树取样3个重复。使用手动螺旋钻获取土壤水样，并用封口膜密封在玻璃容器中，用于随后的同位素分析。为了减轻蒸发对同位素含量的影响，所有土壤...
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水是地球上最丰富的天然资源之一，它是所有生物体的基本需求。水在地球上循环的过程中，植物水分吸收与蒸腾演绎着重要的角色。植物通过根系吸收水分，并将水分输送到植物的各个部位。植物通过蒸腾作用释放水分到大气中，形成了大气中的水蒸气。植物水分的来源和分配是植物生长和发育过程中的重要环节，也是相关科研的重点，水同位素技术成为科研过程中十分重要的一种科研手段。今天推荐给大家的优秀文章与此相关。利用同位素技术解析植物水分来源的不确定性因为蒸腾占据了61%-65%的陆地生态系统蒸散量，植物水分吸收在全球水循环中发挥着重要作用。植物是土壤和大气水文过程的纽带，这就是实施植物恢复可以改善区域环境的原因之一。在此背景下，研究植物水源划分为如何提高植被生产力和水资源可持续管理提供重要信息。因为植物和环境条件相互作用，水分吸收是一个复杂的过程，这使得植物水源分配变得复杂。近几十年来，同位素广泛应用于植物水源划分，因为它可以标记不同水源，且激光光谱技术使其测量更容易。然而，植物水分来源解析存在很大的不确定性（如示踪剂选择、修正方法及混合模型选择）。基于此，来自西北农林科技大学的研究团队以陕西省长武黄土塬区苹果树（18和26年树龄）为研究对象，在6月至10月的生长季节，每月采集0~6 m（20 cm间隔）的土壤样品及土壤采样点周围四棵苹果树的1年生枝条（n=50），快速剥离树皮和韧皮部以避免同位素分馏。同时收集...
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2024
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水，我们生活中无处不在的重要元素。它润泽着大地，孕育着生命。然而，水的旅程并不仅仅局限于地表，它通过蒸发和降水，与大气、植被形成了紧密的互动。而这种互动的背后隐藏着一系列的谜题，需要科学家们通过不断研究来揭示。水同位素研究便是一种重要的手段，通过分析水中的同位素元素，科学家们能够了解水的来源、循环和变化。水同位素研究为科研人员提供了一种宝贵的工具，帮助他们更好地了解水、植被和气候之间的复杂关系。一起来了解一下，来自西北师范大学的研究团队，用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京理加联合科技有限公司）做的相关研究。水资源是制约干旱区社会发展的主要自然资源，山区是内陆干旱区重要的水源涵养区，山区冰川积雪融水对干旱区淡水供应至关重要。随着气候变暖，冰川积雪融化加速，地表蒸散发增强，降水变异性加剧，气候变化将增强山区河流水文过程的复杂性。水稳定同位素是深入了解区域水文过程的有效方法，研究内陆山区径流同位素时空变化的主要控制因素，对认识内陆山区水文过程变化，合理调配干旱区水资源至关重要。基于此，在本研究中，来自西北师范大学的研究团队监测了中亚干旱区典型的内陆山区流域-西营河流域不同水体同位素数据（地表水、降水、地下水以及积雪融水）和相关水文气象数据，结合相关气象观测数据及植被覆盖指数（NDVI)，评估气候和景观对内陆山区径流稳定同位素的影响。研究可以为厘清内陆山区径流稳定同位素的控制机...
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2024
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柠条木是一种对水分需求较高的植物，它对土壤中的水分量非常敏感。而土壤有效水分和根系分布对柠条木质部水分有着重要的影响。当土壤中的有效水分不足时，柠条木的木质部水分会受到影响，导致植物生长缓慢甚至停滞。柠条木的根系通常较为发达，能够深入土壤中寻找水分。如果根系分布广泛且深入，那么柠条木就能够吸收到更多的水分，从而保持木质部的水分平衡。因此，保持土壤中的适当水分对于柠条木的生长至关重要。下面这篇相关论文，我们来一探究竟。土壤有效水分与根系分布的协调改变了柠条的水源分配稳定同位素已被广泛应用于根系水分吸收(RWU)的鉴定，通过将潜在水源分类为不同的端元，并评估其对木质部水分的贡献。然而，估计端元(主要是土层)的贡献通常仅基于土壤水同位素的变化。土壤有效水分和根系分布是RWU的关键限制因子，但在水源分配中很少考虑。基于土壤水分同位素平均值、土壤有效含水量(AWC)和根重密度(RWD)加权值，比较了不同土层对柠条RWU的相对贡献。我们使用三种贝叶斯混合模型(SIAR, simmr和MixSIAR)在三个不同土壤水条件的地点获得了这些值(分别为平均值和加权贡献)。我们计算了平均和加权贡献(DC)的差异以及DC绝对值的累积(AADC)，以分析它们之间的差异及其与AWC和RWD的关系。加权和平均贡献因地点和模型而异。我们得到以下AADC值:站点1-3使用SIAR分别为27.8%和11%;使用sim...
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2023
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太白山，是秦岭山脉最高峰，也是青藏高原以东第一高峰，如鹤立鸡群之势冠列秦岭群峰之首，以高、寒、险、奇、富饶、神秘的特点闻名于世、称雄华中。李白的“西上太白峰，夕阳穷登攀”，“西当太白有鸟道，可以横绝峨眉巅”，形象地将太白山的雄峻高耸烘托而出。如今，更是有不少中外游客慕名前来，一览拔仙绝顶和云海奇观，领略太白峰的险峻神秘。2020年，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队分别于5月、7月和9月登上太白山，在奇观景象之中收集土壤和植物，开启了叶片水氢氧同位素的相关研究。叶片水氢氧同位素的控制因素氢氧稳定同位素（δ2H和δ18O）常被用作示踪剂来跟踪水从降水输入运移到土壤，最终通过土壤蒸发和叶片蒸腾释放的过程。叶片水蒸腾对于调节各种尺度的水平衡至关重要。陆地植物叶片水通过气孔蒸发分馏导致重同位素富集，这在很大程度上取决于等大气条件（温度和相对湿度等）以及生物生理过程。叶片水同位素信号整合到植物有机物中，例如纤维素和叶蜡，成为研究古气候重建的新方法。然而，尽管叶片水同位素在生态水文学和有机生物合成中很重要，但人们对叶片水同位素的控制因素以及源水和水文气候在确定叶片水同位素中的作用仍然缺乏了解且叶片内同位素分馏所涉及过程的复杂性使得准确预测和测量变得困难。基于此，在本研究中，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队于2020年5、7和9月在太白山（33.96°N，107.77...
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2023
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一般说来，丘陵起伏的地形，造成河水不能外泄，常在河口低洼处停蓄起来成湖，也就是河口湖。河口湖又称为“终点湖”、“尾闾湖”。指处于内流河河口、尾闾、终点的湖泊。由于气候变化、人口增多、工农业发展，加之水资源总量不足、时空分布不均等因素，导致不少地区的尾闾湖出现地下水位下降、绿洲面积减少、沙尘暴天气增加等问题。湖泊周边的生态系统发生变化，植被的多样性和数量减少，生态环境面临严重破坏。为了改善尾闾湖的现状，加强水资源管理，人工输水成为首要选择。基于此，生态输水对湖区植被的影响成为不少科研团队的研究方向。内陆河下游生态输水区白刺灌丛的水分利用策略：基于稳定同位素数据在干旱地区，内陆河流域的尾闾湖通常是绿洲边缘阻止风沙侵袭的天然屏障，其生态水文效应普遍表现为以地表水、地下水和天然降水为特征的植被水分关系。水分是尾闾湖周边沙地植被稳定的关键制约因子，植物-土壤水分关系是沙地生态水文过程的重要组成部分。沙生植物通过根系吸收有限的水分之后通过根—茎—叶逐层向上传输，以满足植物叶片光合和蒸腾等生理活动的需求，维持植物的正常生长。为适应持续干旱的生境条件，植物通过调节其生理特性等形成特定的抗旱机制。基于此，在本研究中，来自西北师范大学的研究团队于2019年植物生长季在中国西北石羊河流域尾闾湖青土湖区收集了0–10，10–20，20–30，30–40，40–50和50–60 cm层的土壤、植物茎部、降水...
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