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LI-2100 | 干旱区人工湿地里的树,到底“喝”了多少外来水?——同位素技术揭秘

日期: 2026-03-04
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LI-2100 | 干旱区人工湿地里的树,到底“喝”了多少外来水?——同位素技术揭秘

在干旱区,湿地作为沙漠绿洲的重要组成部分,扮演着水源保护、生态修复、气候调节和生物多样性维持的关键角色。然而,随着人类活动和气候变化的影响,干旱区湿地的环境恶化对生态平衡造成了威胁。尤其是人工湿地,虽然在水资源管理和生态恢复中起到了重要作用,但其水消耗模式仍未被充分了解。

近期,西北师范大学的研究团队在《Agricultural Water Management》期刊上发表了一项引人关注的研究。他们在张掖国家湿地公园开展了一项水源追踪实验,借助稳定同位素技术揭示了干旱区人工湿地树木的水分利用机制。研究发现,作为优势树种的柳树,其在生长期的耗水量达到当地雨季降水量的3倍,并且高度依赖人工补给的水资源。那么,究竟是怎样的水分利用模式导致了这一现象?下面,我们就通过这项研究来解读其背后的水源利用特征。

LI-2100 | 干旱区人工湿地里的树,到底“喝”了多少外来水?——同位素技术揭秘 

图1.研究区域和采样点位置。

用“同位素指纹”追踪水分来源

研究团队在中国西北部的张掖国家湿地公园进行实验,选取该地区的优势树种——柳树,作为研究对象,在生长季(5-10月)系统采集了所有可能的水源样本,包括:

l 树木本身:采集柳树的木质部水分;

l 所有潜在水源:同步收集当地的降水、地下水、地表水以及不同深度的土壤水;

l 环境数据:监测气象数据(如温度、湿度)并测定土壤含水量;

在该研究中,研究人员采用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),对土壤水进行高效、精准提取。能够在确保同位素不发生分馏的前提下,实现高回收率的水分提取,有效确保了水分来源分析的精确性和可靠性。最后,研究通过比对柳树与各水源的同位素特征,并应用IsoSource模型,精确量化了降水、地下水、地表水及土壤水对柳树的贡献比例。

LI-2100 | 干旱区人工湿地里的树,到底“喝”了多少外来水?——同位素技术揭秘 

图2.不同水源在生长季(2022年5月至10月)的同位素组成(δD和δ18O)。

LI-2100 | 干旱区人工湿地里的树,到底“喝”了多少外来水?——同位素技术揭秘 

图3.2022年5月至10月生长季(0-10、10-20、20-30、30-40、40-50、50-60 cm)土壤水文和同位素特征的垂直分布和时间变化。

LI-2100 | 干旱区人工湿地里的树,到底“喝”了多少外来水?——同位素技术揭秘 

图4.张掖人工湿地不同水源地δD与δ18O的双同位素关系图。

LI-2100 | 干旱区人工湿地里的树,到底“喝”了多少外来水?——同位素技术揭秘 

图5.确定柳树水源的两步法。(a) 5月至10月期间,降水、地下水和地表水对土壤水分补充的月度贡献。(b) 同一时期内,不同深度土层(0–10、10–20、20–30、30–40、40–50和50–60 cm)的土壤水分对柳树吸水量的月度贡献。垂直虚线分隔不同月份。

LI-2100 | 干旱区人工湿地里的树,到底“喝”了多少外来水?——同位素技术揭秘 

图6. 灌溉人工湿地生态系统水文过程及植物-水分关系的概念模型。

四个关键发现

(1)柳树的主要构成 —— 土壤水 + 地下水占 60% 以上;

(2)人工水是维持系统水分平衡的重要支撑,通过补给土壤与地下水间接滋养植被;

(3)单棵柳树耗水约432.5 mm,相当于3倍雨季降水;

(4)柳树会依据季节动态调整其吸收水分的层位;

干旱区人工湿地,该怎么“省水又稳生态”?

> 树种搭配应注重优势互补;

> 水资源管理需实现精准调控;

> 建立动态监测体系;

 结语

在水资源稀缺的干旱区,人工湿地建设不应追求盲目扩张,而应注重科学规划与精准布局。这项研究通过科学数据表明:生态保护不能依赖主观经验,只有准确掌握植物的水分利用机制,做到按需配水、科学选种,才能让人工湿地既有效发挥生态功能,又避免对本地水资源造成过度压力。未来,研究可进一步聚焦不同树种的水分利用策略,探索高效、可持续的湿地恢复模式,为全球湿地保护提供科学借鉴。

发表期刊:Agricultural Water Management【影响因子:6.5】

研究单位:西北师范大学

研究地点:中国张掖国家湿地公园

使用设备:LI-2100全自动真空冷凝抽提系统

DOI:https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.110067


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