研究背景
干旱区森林的植物水文过程是区域水循环的重要组成部分，不仅影响群落结构、生态功能和生产力，也关系到区域物质与能量平衡。作为干旱生态系统最主要的水分输入，降水具有显著的季节差异和有限的时间可利用性。天山北麓针叶林是典型的寒温带森林，春夏降雨较为充沛，冬季寒冷漫长，降雪量较大且积雪持续时间较长，形成了独特的季节性水分供给格局。然而，在这一降水时空格局下，植物在生长季对夏季降雨与冬季来源水分的相对利用程度仍不清楚。
基于此，新疆大学常顺利老师团队联合新疆生产建设兵团等团队，以天山北坡的异果小檗和黑果栒子为研究对象，借助稳定同位素技术，解析不同季节降水对土壤补给及灌木用水的贡献，为认识干旱区山地森林的水分利用策略及其对气候变化的响应提供了数据支撑。相关成果发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》。
图1.研究区及采样样地的位置。a为中国及天山山脉的概览图；b为研究区所在的乌鲁木齐县；c为5个研究样地的位置。
研究方法
实验设计：研究在天山森林生态系统研究站开展，设置5个重复样地，并选取异果小檗和黑果栒子为研究对象；
采样：团队于2021年4—9月分层采集300份土壤样品，于5—9月采集100份植物枝条，并收集2019年1月至2021年9月的183份雨雪样品。
土壤采样深度为0—10、10—20、20—40、40—70和70—100 cm，用于测定土壤含水量及不同水样的δ²H和δ¹⁸O；
值得一提的是，科研人员采用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司）提取土壤水和木质部水。该设备采用超低压真空蒸馏冷冻的原理，不仅能高效获取土壤水，而且可严格控制提取过程、避免蒸发引发的同位素分馏，确保氢氧同位素分析结果的准确性；
数据分析：采用季节来源指数（SOI）识别土壤水和植物水的季节来源，利用lc-excess评估土壤水蒸发分馏，并结合方差分析、Tukey多重比较及相关性分析，解析降水补给深度和两种灌木水分来源的季节变化；
图2.研究区2019年10月至2021年9月期间的降水量、降水δ¹⁸O和δ²H组成以及日气温的季节性变化。
图3.2021年4月至9月期间，山地灌丛群落土壤垂直剖面（0–100 cm）上重量含水率及土壤水δ¹⁸O和δ²H同位素组成的月度差异。
图4.研究区2021年生长季期间浅层与深层土壤水分SOI季节性动态的比较。
图5.研究区内黑果栒子和异叶小檗木质部水分季节性来源指数（SOI）的分布情况。
核心发现
（1）2020—2021年研究区年降水量分别为415 mm和446 mm，降水虽集中于春夏，但冬季降水对生长季土壤水仍有显著影响；
（2）4月融雪显著提高了土壤含水量，水分可下渗至40 cm，SOI结果表明，冬季积雪融水是早春土壤水的主要来源；
（3）5月春季降雨混入，SOI值在-0.5~0之间，是“雪水+雨水”的混合体；
（4）夏季降雨主要补给0—20 cm表层土壤，并与原有土壤水混合；40—100 cm深层土壤水分则相对稳定，仍保留冬春降水的补给特征；
（5）两种灌木均主要利用冬季降水及冬春混合水源，但异果小檗对冬季融雪水的依赖更强，黑果栒子对混合水源的利用更稳定；
结语
研究表明，冬季融雪水与春季降雨是维持天山山地灌丛生长、缓解夏季水分胁迫的重要水源。LI-2100全自动真空冷凝抽提系统为土壤水和植物木质部水的稳定同位素分析提供了可靠的样品前处理支持，助力科研人员更准确地追踪水分来源、解析植物用水策略。
发表期刊：Journal of Hydrology: Regional Studies【影响因子：5.6】
研究单位：新疆大学、新疆生产建设兵团环境保护科学研究所等
研究地点：天山森林生态系统研究站
使用设备：LI-2100全自动真空冷凝抽提系统
DOI：https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2026.103742