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LI-2100 | 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

日期: 2024-04-18
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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。

LI-2100 | 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

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。

LI-2100 | 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

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,所有土壤和植物样品均被立即冷冻并储存。在 2019 年和 2020 年的整个生长季节,总共收集了 100 个降水样品,并用封口膜牢固地密封在干净的聚乙烯瓶中。然后将这些沉淀样品储存在设定为-2°C的冰箱中,直到准备好进行同位素分析。

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样本树的特征

来自内蒙古农业大学的研究团队在北京师范大学地表过程与资源生态学国家重点实验室地理科学学院和水利部草原水利科学研究所实验中心采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)对植物和土壤样品进行水分提取。雨水和提取的植物和土壤水经过过滤,使用0.22μm有机相针式过滤器去除杂质和有机污染物。根据土壤剖面,土壤水源分为浅层(0~20 cm)、中层(20~40 cm)和深层(40~60 cm)。值得注意的是,由于样地地势多为山地,地下水的可用性可能受限,因此将地下水排除作为树木的潜在水源。

LI-2100 | 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

在生长季节,通过线性回归分析探讨土壤水、木质部水和降雨中δD和δ18O之间的关系

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2019年和2020年各月VWC垂直土壤剖面和土壤水δ18O值

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不同深度木质部水和土壤水中δ18O的分布特征

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通过 MixSIAR 分析确定白桦不同土层吸水比例的季节性波动

基于稳定同位素(δ18O)的 MixSIAR 模型用于研究天然林中优势物种(特别是大兴安岭南部白桦)用水策略的季节变化。研究结果表明,适应性的水分利用策略和对降水的快速响应能够促进植物充分利用来自土壤各个深度的水分,从而使它们能够更好地适应干旱环境。当降雨量较低时(2019年生长季为390.4毫米),白桦迅速吸收浅层土壤水(0~20 cm,整个根系深度的利用率为40.4%),但当降雨量增加时 (2020年生长季为501.5毫米),白桦逐渐过渡到从较深土层(40~60厘米)提取土壤水分并加深其根系系统(利用率为39.4%),表明其对半干旱环境的适应性。因此,白桦在同一生境中灵活的用水策略可能使其在低降水时期具有竞争优势。该研究结果对于大兴安岭南部天然林保护和水资源管理具有重要意义。

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