高寒区水文过程是寒区生态系统中的重要环节之一,水热状况将直接决定高寒地区的生态环境状况。弄清高寒区水文循环过程及优势植物水分来源和利用策略,可为高寒区生态环境的改善提供理论依据。在全球气候变化背景下,特别是降水格局变化,对植物个体的水分来源、水分利用策略和植被分布以及生态系统水分平衡等方面都将产生重要的影响。利用稳定氢氧同位素可以确定植物的水分来源,并且凭借其较高的灵敏性和准确性,已成为示踪植物水分来源的有效工具。国内利用稳定同位素示踪植物水分来源起步较晚,主要集中在干旱半干旱区和湿润区,对高寒区的研究较少。亚高山灌丛是祁连山重要的植被类型,具有较高的水源涵养能力,但在气候变化影响和农牧活动干扰下,灌丛退化和破坏状况较为严重,这对寒区的水文过程有一定影响。因此有必要对祁连山东部亚高山灌丛优势植物进行稳定氢氧同位素特征的基本研究,探究典型植物的用水策略。本文选取祁连山东部亚高山灌丛6种优势植物:山生柳(Salix oritrepha Schneid)、头花杜鹃(Rhododendron capitatum Maxim)、绣线菊(Spiraea Salicifolia L.)、高山柳(Salix cupularis)、千里香杜鹃(Rhododendron thymifolium Maxim)和金露梅(Potentilla fruticosa Linn),利用稳定同位素技术及多元线性混合模型(Iso Source)定量分析典型高寒区植物的水分来源,并对植被、土壤和区域水文等特征进行了野外调查,对同一生境下不同植物的水分来源及不同时段同种植物选择水源的变化进行深入探讨,结果如下:(1)乌鞘岭地区7-8月的大气降水线为δD=7.775δ18O+12.34(R2=0.871,P<0.001),反映了该地区气温低,湿度大的气候特点。植物水的大部分点位于大气降水线的右下方,说明在植物蒸腾作用的过程中同位素富集较明显。河水氢氧同位素介于降水、地下水和土壤水之间,水源的补给明显。(2)不同植物的氢氧同位素比率均有所不同,且不同时段不同植物水分的氢氧同位素比率差异显著。对比整个采样期样地降水中δD,发现7-8月的氢同位素比率波动范围较大,7月底的数值明显高于其他时段,体现出这一时段的重同位素富集。不同时段不同土层土壤水的氢氧同位素比率差异显著。不同时段的河水及地下水氢氧同位素同位素比率较稳定,变化范围不大。(3)祁连山东段亚高山灌丛6种优势种对降水利用率最大,其次为0-10cm土壤水,地下水对各种植物水分的贡献率最小。植物对10-80cm土壤水的利用有先减少后增加再减少的趋势,其中头花杜鹃、绣线菊、高山柳、千里香杜鹃对土壤水的利用率相对较高,而山生柳和金露梅对土壤水的利用率相对较低。各植物在不同时段对各水源的利用有明显变化。7月份,6种优势植物均主要利用降水和0-10cm土壤水,但降水和浅层土壤水对绣线菊、头花杜鹃和千里香杜鹃的贡献率基本持平,其他3种植物的水源以降水为主。8月份,6种优势植物的主要水源均为降水,0-10cm土壤水虽有较高贡献,但远不及降水。绣线菊、高山柳和千里香杜鹃对降水的利用效率高于山生柳、头花杜鹃和金露梅,而后者对深层土壤水的利用效率高于前者。(4)通过对研究区的河水补给来源估算,发现7月23日、8月2日及8月14日地下水对河水的贡献率都达到了50%以上,是径流主要的补给源;随着时间的变化,降水对地下水的补给先减少后增加,土壤水对地下水的补给先增加后减少。土壤水是补给地下水的主要来源,贡献率达50%以上,且降水量的变化与降水对地下水的贡献率为正相关性;7-8月,地下水对土壤水的贡献率达50%以上,地下水是土壤水分的主要来源。