研究背景作为我国西部重要的生态安全屏障，祁连山南坡的阿咪东索小流域地处高寒干旱带，不仅承载着独特的山地生态系统，更是下游河西走廊及绿洲农业的关键补给水源。在高寒干旱区，极端气候条件和强烈的蒸发效应会导致水体同位素信号呈现出显著的时空变异性。稳定氢氧同位素作为示踪水文循环路径的“天然指纹”，成为精准揭示降水、地表水、地下水和土壤水之间的复杂转化关系与补给机制的理想手段。然而，尽管稳定同位素在水文学中的应用进行了大量的研究，但以往研究多集中于单一水体或大尺度区域，对于像阿咪东索这样的高寒干旱小流域尺度下多种水体（降水、河水、土壤水、地下水）同位素特征的综合演化规律及其与区域气候 - 水文过程的关系，尚缺乏系统性解释。阿咪东索小流域凭借其高海拔、强季节性波动及干旱特征，成为了解析高寒干旱区水文动态、弥补研究尺度缺口的天然实验室。基于此，青海师范大学曹广超老师团队以祁连山南坡阿咪东索小流域为研究对象，通过对2023-2024年间降水、河水、地下水及土壤水等多水体的氢氧稳定同位素进行系统观测与分析，揭示了高寒干旱区水体同位素季节性强烈波动、地表水快速响应与地下水缓慢更新、高海拔气候地形协同调控的演化规律。相关研究成果发表于国际学术期刊《Water》。该研究为高寒干旱区水资源管理，特别是干季水源配置、地下水保护及水文过程预测提供了新的数据支持，奠定了科学基础。 图1.研究区域及采样点示意图。研...
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陆地降水主要源于外部水汽平流与局部蒸散，其中由局部蒸散贡献的部分被称为水分再循环。在全球尺度下，约40%的陆地降水由水分再循环贡献，其过程受大尺度大气环流、土壤湿度、植被类型及林冠特征等多种因素协同驱动。中国黄土高原作为全球最大的黄土沉积区，长期面临严重的土壤侵蚀和生态脆弱问题。为应对这些挑战，中国于20世纪90年代末启动了“退耕还林工程”，这一工程显著提高了黄土高原的植被覆盖率，并显著影响了该地区的水文动态和水资源供给，使当地水资源达到了其最大承载能力。目前，关于植被恢复的研究多侧重于其减沙控沙的功能，对其引起的蒸散耗水增加如何影响水分再循环及水资源溢出效应关注不足。尽管植被恢复能促进水分再循环已成共识，但其背后的驱动机制仍有待深入阐明。近期，西北农林科技大学李志老师团队在《Geoderma》期刊上发表了一项研究，针对黄土高原植被变化，运用稳定同位素技术和水分平衡模型，揭示了浅根植物向深根植物转变过程中水分循环的变化机制。研究发现，深根植物能够更有效地利用深层土壤水，显著增强蒸腾作用，从而提高水分再循环率。这一发现为干旱和半干旱地区的生态修复及水资源管理提供了重要的科学依据。 图1.降水中水分再循环示意图。 图2.（a）研究区域位置（b）研究区域内2000年至2023年归一化植被指数（NDVI）的时间变化模式（c）采样点详细视图，包括草地、灌丛和林地。研究方法：同位素示踪与混合模...
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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。 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...
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塔里木河下游的荒漠河岸林是维护绿洲生态安全的天然屏障。胡杨作为这里的代表性树种，其生存与水资源获取能力直接相关。受气候变化与人类活动影响，该地区长期面临地表水匮乏与地下水位下降的双重压力，导致胡杨林大面积退化，生态功能减弱，甚至加剧了沙尘天气。生态输水工程实施后，下游胡杨群落得以逐步恢复，但对生态输水如何改变塔里木河下游的用水模式仍缺乏明确的认识。近日，新疆师范大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表的一项新研究，该研究采用氢氧稳定同位素技术，结合MixSIAR模型，分析了塔里木河下游不同年龄胡杨在生态输水条件下的水分来源变化，旨在为该区域荒漠河岸林的生态恢复提供理论支持。 图1. 研究区域的概述。研究方法：同位素+模型，科学还原“吸水路径”研究区位于塔里木河下游昆阿斯特和英苏两个典型河段，在不同距河距离布设 6 个样地，采集：· 48 株不同年龄胡杨（幼龄、中龄、成熟）· 分层土壤水（0–200 cm）· 地下水· 河水（输水期）· 胡杨木质部水并分别在：· 生态输水期（2023 年 9 月）· 非输水期（2024 年 7 月）同步开展采样。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），对植物水及土壤水进行高效、精准提取。能够在确保同位素不发生分...
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耕地“非粮化”、土地撂荒，除了威胁粮食安全，它会不会还在我们看不见的地方，悄悄“偷走”宝贵的水资源？在干旱少雨的黄土高原，每一滴降水都弥足珍贵，它们不仅要滋养广袤的农田，还要托举脆弱的生态系统。一项发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》上的最新研究，利用“水的指纹”——稳定同位素技术，为我们揭开了这场无声水战背后的奥秘。研究团队基于2023年4–11月的连续野外观测，利用稳定同位素精细追踪土壤水分的蒸发、入渗与储存过程，系统揭示了黄土高原农田水分运移的关键机制，为非粮化治理与区域农业水资源管理提供了科学依据。研究区与方法：连续 7 个月的高分辨率观测研究在黄土高原东部（山西太原）选择了两块相邻的、条件相似的实验地：Ø 典型粮田：种植玉米；Ø 非粮农田：完全撂荒，无作物生长； 图1. 采样点的空间分布及研究区域位置研究团队每日在 0–100 cm 剖面采集土壤样品，并同步监测 40 场降水事件的氢氧同位素组成，构建时间连续的水分动态数据。在样品分析环节，研究采用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）对土壤样品进行水分提取，提取温度设定为180°C，真空度控制在1200 Pa，持续提取150 min。该流程确保了样品中水分提取完全，且有效避免了同位素分馏效应。对于提取后的所有水样，均...
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研究背景：深层土壤水与果树生理的隐秘联系在干旱与半干旱地区，水分利用机制是生态学与农业水文学的核心问题。黄土高原植物主要依赖土壤水生存，但气候变化下如何在干湿交替中调节吸水深度、维持光合作用与蒸腾平衡仍不清楚。以往研究多集中于浅层土壤，而深根植物的深层取水机制及其与生理过程的耦合关系仍缺乏定量证据。同时，大规模植被恢复虽改善生态，却导致深层土壤水亏损，亟需深入研究以指导水资源与生态管理。近日，西北农林科技大学团队在 Journal of Hydrology发表研究成果，揭示了苹果树在不同气候条件下的水分吸收策略与生理特性的耦合关系。（图1.研究点图及采样点的空间分布。F、A16和A22分别代表农田、树龄16年和22年的苹果园。）为什么要选择“苹果树”？1.苹果树是典型的深根型经济林代表：成熟苹果树根系可深入10–20 m，是典型的深层取水植物；2.广泛分布、区域代表性强：苹果是黄土高原最主要的经济作物之一，种植面积巨大，对区域水循环与土壤水平衡有显著影响；3.兼具生态与经济双重意义：苹果种植不仅支撑当地经济，也是生态修复的重要组成部分。（图2.2022年5月，不同土地利用类型下（A16、A22及F）20 m深度土壤剖面的土壤含水量（a）；2022–2023年生长季期间的月总降水量（b）以及A16（c）和A22（d）下5–10月的月平均土壤含水量。）研究地点研究在陕西省咸阳市长武县黄...
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在地球的水循环中，土壤水就像“中枢神经”，连接着大气、植被和水文过程。气候变化加剧干旱，土壤缺水成了生态系统的“紧箍咒”。在喀斯特山区，浅薄的土层和复杂的地貌，让水分变化更为“变幻莫测”，这给植被恢复和水资源管理带来巨大挑战。那么，坡地上的土壤水分到底是谁在操控？是天上的雨，还是地上的植物？01 研究背景：喀斯特——天然的水文实验室喀斯特地区土层浅薄、裂隙发育，是研究复杂坡地水文过程的理想场所。已有研究关注过地形和土壤厚度等因素，但降雨特征与植被类型如何共同作用于土壤水分和产流机制，一直没有明确答案。（图1.（a）研究区和（b）中国西南部贵州省关岭喀斯特生态系统观测研究站观测点的位置。（c）花生、花椒和弃耕地土壤水分传感器和土壤水分同位素采样点示意图。红色数字表示土壤水分传感器的安装位置，蓝色数字表示土壤水同位素样品的采集点。）02 实验设计：同位素追踪水的“身份证”研究团队在贵州关岭喀斯特生态系统观测站，选取了同一坡面上的三个样地：· 花生地（PN）—— 高覆盖度农田· 花椒地（ZB）—— 乔木型经济林· 弃耕地（AL）—— 裸露度高、植被稀疏通过连续两年的观测，团队监测了土壤水分含量、稳定同位素（δ²H、δ¹⁸O）组成以及地表径流。同位素就像水的“指纹”，帮助我们分辨径流是来自新下的雨，还是土壤里存的“旧水”。样品水分提取采用了...
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研究单位：西北农林科技大学试验地点：陕西杨凌 · 关中平原研究周期：2022–2024冬小麦生长季图1. 中国关中平原研究区（a）、两种冬小麦种植模式（b）及2022-2024年日降水量、平均气温和相对湿度（c）。以第一年7月至次年7月为一年。FP，粗播；RP，沟垄膜播。在关中平原这样的半湿润地区，冬小麦种植面临着“雨水来了却留不住、水一蒸发就白费”的难题。传统的平作（FP）方式，不仅易失水，想要提高产量也常常遇到瓶颈。为此，研究人员尝试了一种更节水的方式——垄沟覆膜种植（RP）：在田里起垄，沟里播种，再覆盖地膜。这种方法在西北干旱区已广泛使用，但在降雨稍多的关中，是否也同样适用？水分利用是否更高效？这是本研究要回答的问题。研究方法：科学追踪水的“去与留”为了揭示RP到底好在哪，研究团队连续两年在田间开展试验，采用随机区组设计对比RP与FP两种种植方式的差异。他们利用δ²H和δ¹⁸O稳定同位素技术，像给水分贴上“身份证”，追踪水从“下雨”到“被小麦吸收”的全过程。实验中，研究人员采集并分析了多个来源的水样，包括：· 降雨水样· 不同深度土壤水样· 小麦茎秆内水样土壤和茎秆样品在-15℃冷冻保存直至水分提取。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）从土壤和茎秆样品中提取水分，提取率约为99.0%，...
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在中国海沿岸的红树林中，有一种名叫桐花树 (Aegiceras corniculatum) 的植物，静静地记录着环境的蛛丝马迹。近日，广东海洋大学与中科院广州地化所、加州理工学院等单位合作，结合叶蜡正构烷烃和脂肪酸的δ2H分析及环境参数监测，首次构建了盐度-代谢调控-同位素分馏的关联模型，不仅修正了红树林同位素分馏理论模型，还为重建热带沿海古环境提供了全新视角。图1.研究区概况· 研究地点：湛江红树林国家级自然保护区植物叶片中的蜡质化合物，能“记住”它们吸收水分的氢同位素特征（δ²H），而这一特征受降水、盐度等因素影响。团队选取了湛江高桥、九洲与营仔三条河口，分别在旱季（2021年11月）与雨季（2022年6月），采集了桐花树的叶片、木质部、叶水、水体和沉积物孔隙水等样品，系统分析了不同季节和盐度梯度下的氢氧同位素变化。在本研究中，科研人员采用LI-2100 全自动真空冷凝抽提系统，对红树植物叶片和木质部中的水分进行了高效提取。这款设备由北京理加联合科技有限公司自主研发，能够在确保同位素不发生分馏的前提下，实现高回收率（98%）的水分萃取。图2. 不同盐度下地表水 (SW)、孔隙水 (PW)、木质部水 (XW) 和叶水 (LW) 氢氧同位素和叶蜡C27、C29和C31正构烷烃以及C16:0和C18:0正构脂肪酸中的氢同位素的相关图图3. 盐度与脂质及源水之间的净...
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在干旱少雨的黄土高原，种树是生态修复的重要手段。但你知道吗？树种得太密，反而可能加剧水资源紧张！最近，中国科学院生态环境研究中心的团队，在《Catena》上发表了一项新研究，给我们带来了新的思考：“合理间伐”——也就是适当间隔砍掉一部分树木，竟然能让森林更健康、更省水！为什么要给森林“瘦身”？在黄土高原这样的半干旱地区，水分原本就稀缺。如果森林种得过密，树木们为了生存，只能展开“抢水大战”，结果大家都活得不好：· 土壤里的水被快速抽干· 树木长势变弱，易枯死· 生态修复变得不可持续而间伐，就像给森林做“减肥手术”，腾出空间，减少竞争，让留下来的树能更好地“喝水”、更好地“呼吸”。研究团队做了什么选取人工刺槐林（Robinia pseudoacacia，黄土高原很常见的一种树），设置了4种不同的管理方式：重度间伐（砍掉55%）中度间伐（砍掉45%）轻度间伐（砍掉35%）不间伐（啥也不动）图1. 研究区概况连续3年（2020-2022年）通过观测土壤水分、树干液流和稳定同位素（δ2H、δ18O和δ13C）等一系列指标。对土壤和木质部样品进行三次重复水分提取时，使用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），每次提取时间为3小时，确保了样品中水分提取效率达到98%以上，且无同位素分馏的问题。此外，采用激光同位素分析仪测定土壤水和雨水的同...
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