LI-2100 | 土壤有效水分与根系分布的协调改变了柠条的水源分配

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simmr的比例分别为39%、13%和14%;使用MixSIAR的比例分别为68%、40%和25%。我们发现，当AWC≤6%时，DC与RWD呈显著相关，当AWC > 6%时，DC与AWC呈显著相关，说明RWD对DC的影响取决于土壤水分条件。基于我们的研究结果，AWC和RWD加权的端元改变了相对于非加权端元的水源分配比例，而影响的程度与所使用的模型有关。因此，我们建议在使用δ²H和δ¹⁸O划分植物水源时，仔细考虑端元同位素的特征和模型选择。

研究区域

中国黄土高原北部六道沟小流域 (38°46′-38°51′N, 110°21′-110°23′E)

所用仪器设备

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）

【结果】

图1 样地1-3土层 0-300 cm土壤水分δ²H值和δ¹⁸O值聚类分析结果。

图2 样地1-3双同位素空间图

图3 基于SIAR、simmr和MixSIAR模型，样地1-3的每个潜在水源的相对贡献（平均值±SD）。“Month_m”和“Month_w”分别指每月的均值贡献率和加权贡献率。

图4基于SIAR（A–C）、simmr（D–F）和MixSIAR（G–I）模型，平均贡献率和加权贡献率之间差异的绝对值的累积值。面板A、D和G显示样地1的结果，面板B、E和H显示样地2的结果，以及面板C、F和I显示样地3的结果。

图5 基于SIAR（A和D）、simmr（B和E）和MixSIAR（C和F）模型，平均贡献和加权贡献（DC）之间的差异与AWC（上图）和RWD（下图）之间的关系。

图6 基于三种混合模型（SIAR、simmr和MixSIAR）分别获得的平均贡献率和加权贡献率计算的PW-excess的比较。

【结论】

在本研究中，我们利用所有潜在土壤水源的平均同位素比率和RWD和AWC加权值，结合3种贝叶斯混合模型(SIAR、simmr和MixSIAR)，评估了末端成员对柠条木质部水分的贡献，并表征了植物的RWU深度。结果表明，在土壤水分条件和模型输出之间，平均贡献和加权贡献之间的差异有所不同。与使用加权贡献相比，使用平均贡献导致对干旱条件下植物深层土壤水分利用的估计较低。与其他两种模型相比，MixSIAR对AWC和RWD的变化更为敏感。尽管贡献存在差异，但我们确定无论模型如何，两种方法的性能都是相似的，这可能是由于使用了贝叶斯算法。然而，考虑到我们在样地1和样地2和3的某些月份观察到的平均和加权贡献之间的明显差异，以及土壤含水量和根系分布对RWU的重要性，我们建议在使用同位素方法识别植物水源时应考虑AWC和RWD对RWU的影响。

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