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2100 | 干旱区戟叶鹅绒藤生长期水分吸收的稳定同位素定量示踪

日期: 2022-08-04
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2100 | 干旱区戟叶鹅绒藤生长期水分吸收的稳定同位素定量示踪

植被根系水分吸收在水分运移过程中发挥着重要作用,且在土壤-植物-大气界面具有多重影响,尤其是半干旱和干旱生态系统中。具有高生态可塑性的各种荒漠物种的根系水分吸收模式适应了有效水资源,从而产生了物种特异性抗旱机制。因此,测量根系活动和量化每个贡献者大小的定性和定量方法,特别是在(半)干旱地区,尚未得到广泛研究,并且仍然是当前研究工作的挑战。已有许多研究应用水稳定同位素方法研究了植物的吸水模式,但研究对象多集中在树木和灌木上,且许多文献提到干旱地区不可预测的降水事件对最常见的植物吸水模式的显著影响。

基于此,在本研究中,来自中国地质科学院水文地质环境地质研究所和自然资源部地下水科学与工程重点实验室的研究团队以戟叶鹅绒藤-一种常见的荒漠共生藤本植物为研究对象,采用基于水稳定同位素的多源线性混合模型识别和量化了其在生长期的水分吸收模式,同时消除了脉冲降水事件对根系吸水显著的短期影响。旨在深入了解戟叶鹅绒藤和其他荒漠藤本物种的吸水模式,从而加深对干旱区生态水文地质循环中水分运移过程的理解,并为可持续发展以及荒漠植被的管理和维护提供科学依据。

2100 | 干旱区戟叶鹅绒藤生长期水分吸收的稳定同位素定量示踪

民勤县数字高程模型和河网,青土湖的相对地理位置 (即研究区,五角星)和采样位置。

作者于2019年8月12日收集了降雨。并于2019年8月20日、2019年8月22日和2019年8月24日收集了3个不同地点的戟叶鹅绒藤茎部和不同层土壤(0-10 cm、10-30 cm、30-50 cm和50-70 cm)样品。利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)提取土壤和植物茎中的水分。

【结果】

当降水事件的影响最小化时,0~10 cm土壤水是戟叶鹅绒藤生长阶段的主要水源,该物种对降雨的相对吸收与10~70 cm土壤水的相对吸收成正比,与0~10 cm土壤水的相对吸收成负比。戟叶鹅绒藤依靠其活性根系横向延伸,从浅层土壤中汲取水分以在极端干旱条件下生存,与其他深根植物形成的共生关系密不可分。

2100 | 干旱区戟叶鹅绒藤生长期水分吸收的稳定同位素定量示踪

降雨(浅绿色)、土壤水(蓝色)和 木质部水(红色)δ18O和δD之间的关系。

2100 | 干旱区戟叶鹅绒藤生长期水分吸收的稳定同位素定量示踪

3个地点和5个水源相对吸收箱线图(由IsoSource估计)。

2100 | 干旱区戟叶鹅绒藤生长期水分吸收的稳定同位素定量示踪

不同水源对生长期戟叶鹅绒藤的相对贡献。

【结论】

西北干旱区常见降水的最大入渗深度在50 cm左右,其周期性强作用持续5~10天。与深根系荒漠植被相比,戟叶鹅绒藤的抗旱机制涉及到利用其广泛的近地表活性根系提取浅层土壤。本文还研究了中国西北干旱地区荒漠藤本植物在生长期的吸水策略,同时消除了脉冲降水事件的显著短期影响,研究结果为深入理解土壤-植被循环中水分运移过程提供了依据。在未来的研究中,该研究结果可以与植物根系的直接证据相结合,将戟叶鹅绒藤的吸水行为与其共生物种结合起来,以揭示其相互作用机制以及水分利用模式。此外,人工同位素标记技术在生态水文过程的应用也具有一定的研究潜力。

点击下方链接,阅读原文:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650313105&idx=2&sn=f22d2bc5c31493ef99af155100667730&chksm=bee1bd6e8996347882c8424b87257a2c2b6ee74ba083972a5c47c4910145c765eea39484284e&token=2031202150&lang=zh_CN#rd

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