在全球变化背景下，水循环正在被重新塑造。降水如何进入土壤？土壤水如何被植物吸收？深层土壤水是否参与地下水补给？这些问题看似分散，却都指向同一个关键介质——土壤水。
近日，西北师范大学朱国锋老师团队在《Scientific Data》发表数据论文，构建并发布了一个全球尺度的土壤水稳定同位素数据集。该数据集系统整合1975—2024年间的土壤水氢氧稳定同位素观测资料，共收录27,455 条记录，覆盖六大洲、37个国家和463 个观测点，为解析全球土壤水循环过程、校准水文模型以及研究植被水分利用策略提供了重要数据基础。
图1.(a) 全球土壤水稳定同位素数据集中采样点的空间分布；(b) 记录的时间分布；以及 (c) 按类别划分的分布。
数据从哪里来？
数据来源分为三条路径：
文献提取（15,051条记录）：系统检索Web of Science、Scopus和Google Scholar，从262篇同行评审论文中提取数据，时间跨度从1975年到2024年；
开放数据库（973条记录）：来自Water Isotopes开放存储库；
原位实测数据（11,431条记录）：该部分数据由西北师范大学石羊河流域观测站自2015年起连续监测获得，时间延续至2024年，约占全球数据集的41.6%；
技术验证
为保证跨区域可比性，团队对历史数据进行统一标准化与质控，并对实测数据实行从采样到分析的全流程规范管理；
研究采用生态水文领域通用分层方案，将全部记录归为四层标准剖面区间：浅层土壤水（0–10 cm）、根系活跃层（10–40 cm）、中层土壤（40–100 cm）、深层土壤（＞100 cm）；
为解决采样深度不一致问题，研究团队采用中位深度匹配和“浅层优先”规则，强化不同土层数据的可比性。多数土壤水样品采用真空低温冷凝萃取法获取，同位素测定主要由激光光谱仪和同位素比值质谱仪完成，从方法层面保障了数据质量；
原位实测样品实验室分析中，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）进行土壤水提取，提取条件为高真空环境 ≤10 Pa、恒温95℃，持续萃取2~3 h，以保证水分充分回收，随后，样品使用液态水同位素分析仪进行δ²H和δ¹⁸O 测定，每个样品进样6次，舍弃前两针以消除记忆效应，取后四针均值作为最终结果；
图2.全球土壤-水稳定同位素剖面平均空间分布图。图中显示了全球观测点的δD和δ¹⁸O值（‰）。圆圈的颜色梯度代表每个观测点整个垂直土壤剖面同位素组成的算术平均值。
图3.不同土壤深度下δ²D与δ¹⁸O之间的关系。
这个数据集呈现了什么结果？
空间上，该数据集覆盖全球多种典型气候区与生态系统，并补充了俄罗斯北部、阿拉斯加等传统观测薄弱区域的数据空白；
时间上，数据覆盖1975—2024年，且1990年后记录数量快速增长，反映出土壤水同位素研究正由局地观测逐步迈向全球尺度综合分析；
同位素组成上，全球土壤水δ²H范围约为-249.7‰至4.62‰，δ¹⁸O范围约为-25‰至15‰，显示出不同气候、地形、土壤及水分运移过程共同塑造的显著空间差异；
不同土层中，δ²H与δ¹⁸O均呈显著正相关，但相关强度和斜率随深度变化，表明不同深度土壤水受蒸发、降水输入、根系吸水和地下水补给等过程的影响存在差异；
多源数据整合后，该数据集具备空间覆盖广、时间序列长、样本量大、指标标准化的优势，为全球土壤水循环研究提供基础实测支撑；
结语
该研究不仅构建了一个覆盖广、跨度长、样本量大的全球土壤水稳定同位素数据集，更将长期分散、格式不一的观测资料转化为标准化、可追溯、可复用的数据资源。该数据集可为土壤水来源解析、垂向迁移过程识别、植物水分利用研究和地下水补给评估提供实测支撑，也为水文模型校准、跨区域比较和全球变化研究奠定数据基础。土壤水虽隐藏于地下，却深刻连接着降水、植被、地下水与陆地生态系统；而稳定同位素，正是揭示这一隐秘水循环过程的重要“指纹”。
数据获取渠道：
全球土壤水稳定同位素数据集：https://data.mendeley.com/datasets/9vzhz97m5j/332；
发表期刊：scientific data【影响因子：7.2】
研究单位：西北师范大学、甘肃省绿洲资源环境与可持续发展重点实验室等
研究地点： 全球尺度，原位实测数据主要来自西北师范大学石羊河流域观测站
使用设备：LI-2100全自动真空冷凝抽提系统
DOI：https://doi.org/10.1038/s41597-026-07262-8