利用稳定氢氧同位素定量区分栓皮栎旱季水分来源的方法比较.pdf

第21卷3期 应用基础与工程科学学报 V01．21．No．3 June2013 2013年6月 OFBASIC ANDENGINEERING JOURNAL SCIENCE 文章编号：1005J0930(2013)03J0412旬ll中图分类号：S175文献标识码：A doi：lo．3969／j．issn．1005J0930．2013．03．003 利用稳定氢氧同位素定量区分栓皮栎旱季 水分来源的方法比较 邓文平， 余新晓， 贾国栋， 李亚军， 刘玉洁， 白艳婧 (北京林业大学水土保持学院，水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京l00083) 摘要：植物水分来源取决于环境中有效水分的分布及植物获取水分的能力，对植 物水分来源的研究有助于在全球变化背景下了解植被(类型和分布)的变化规 律，以及退化生态系统修复过程中合适植物种的选择．本文利用直接相关法、二 源或三源线型混合模型以及多元线性混合模型分别对华北土石山区栓皮栎旱季 的水分来源进行了研究，发现栓皮栎在旱季不同时期的水分来源有差异，春季水 分来源集中在表层土壤(0—30cm)，秋季水分来源主要为下层土壤(30cm)． 在研究方法上，各有优点和不足：直接相关法能够快速判断出植物水分主要来源 的季节差异，但无法给出各水源的贡献率；直接相关法和二源或三源线性混合模 型的结合能够快速得到各主要水源的贡献率，由于只能在水分来源不超过3个 的情况下运行，比较适合于在土层浅薄，且降雨后土壤层同位素特征均一化的条 件下运行；而多元线性混合模型弥补了端元线型混合模型对水分来源的限制，可 以同时比较多种水源对栓皮栎的贡献率范围和均值，但是在华北土石山区，降雨 量超过一定阈值后，运行不如端元混合模型适用． 关键词：稳定氢氧同位素；水分来源；直接相关法；二源或三源线性混合模型；多元线性混合 模型 在干旱半干旱生态系统中，水是植物生长的主要限制因子ll引，植物利用的水源主要 来自于降水的输入和地下水”o．研究植物水分来源的方法有很多，通过挖掘植物根系等 传统方法来研究植物水分来源，往往具有破坏性，而且不切实际【4引；特别是在水分来源 较多的地区，通过直接的方法来确定植物水分来源就显得更加困难∞J．稳定同位素技术 作为生态学研究的一种重要的手段，近年来在生态学的诸多领域中得到广泛的应用．而除 了一些排盐植物外，植物根系对土壤水分的吸收以及水分在植物体内运输的过程不发生 同位素分馏j，因此，植物木质部的水分同位素特征能够反应不同水分来源的稳定同位 收稿日期：2013田3—18；修订日期：2叭3J04-19 基金项目：国家自然科学基金项目 作者简介：邓文平(1987一)，男，博士． 通信作者：余新晓(1961一)，男，教授，博士生导师．E—mail：yllxin)【ia011l@126．com 万方数据 No．3 邓文平等：利用稳定氢氧同位素定量区分栓皮栎旱季水分来源的方法比较 413 素信息． 利用天然稳定同位素确定植物水分来源时有几个前提条件，只有在这些前提条件基 本满足的条件下才能使用该方法旧]．其中最基本的几个条件是：①所有对植物有显著贡 献的水源都予以考虑；②各潜在水源之间的同位素特征存在显著的差异；③各潜在水源在 被植物根系吸收前，没有发生显著的分馏；④在水分被根系吸收向叶片传输的过程中不发 生同位素的分馏． 以往的研究根据陆生植物吸收水分过程中，水分到达未栓化树枝之前，氢氧稳定性同 位素不会发生分馏一J，因此如果能够获得植物所有可能水源的样品，也能抽提植物木质 部的水分，就可以通过直接对比法，判断主要的水分来源；如果植物木质部水同位素值处 于某几种水源同位素值的范围内，可以认为植物同时