基于氢氧稳定同位素的黄河兰州段河岸植物水分来源研究

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河岸植被是河流系统的基本结构和生态组成部分,是一个重要的景观特征,调节着河流的生态过程,并充当着陆地和河流生态系统之间的界面和生态带,对水循环变化比较敏感。对于干旱半干旱区,河岸带能够调蓄洪水,防止自然灾害,调节区域气候,对维持生物多样性和生态系统稳定性有重要意义。多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、旱柳(Salix matsudana)、芦苇(Phragmites australis)和榆树(Ulmus pumila)为黄河兰州段优势河岸植物,具有成活率高、生长迅速和适应性强等优点,不仅具有护河防洪、保护岸坡、抗风保土和调节区域气候的作用,而且还有美化环境、营造河岸植被景观的功能。目前,缺少对黄河兰州段河岸植物水分来源的研究。因此,本文选取了黄河兰州段沿岸3处样点,采集了黄河兰州段河岸典型植物多枝柽柳、旱柳、芦苇和榆树木质部样品,以及各潜在水源(降水、土壤水、河水和地下水)的样品,利用直接对比法、贝叶斯混合模型(Mix SIAR)分析河岸植物对各潜在水源的利用率,并且利用相似性比例指数(PS指数)分析了不同植物之间的水分利用关系,以及确定了植物水分来源的影响因素,结果表明:(1)在整个采样期间,榆树木质部的δ18O值最大,旱柳木质部的δ18O值最小,多枝柽柳与芦苇木质部的δ18O值处于之间,比较接近。降水的δ18O变化主要可分为三个阶段的变化,6~9月降水的δ18O和δ2H值变化比较缓慢,而4~6月和9~10月的变化范围较大。河水与地下水的δ18O和δ2H值很接近,基本上最小,而且河水和地下水月份间的变化很小,比较稳定。研究区内土壤水的同位素值随土壤深度的变化而变化,由于受到蒸发作用的影响,浅层土壤水的δ18O和δ2H明显大于中层和深层土壤水的δ18O和δ2H。(2)在所有水体中,植物水与土壤水、河水的δ18O和δ2H值最接近;在整个研究区域,土壤水的δ2H和δ18O位于植物木质部水、降水、河水和地下水的δ2H和δ18O之间,这表明了土壤水是联系大气降水与植物水之间的纽带;研究区大气降水线方程和土壤水线方程的斜率和截距均小于全球大气水线方程的斜率和截距,表明了气候较为干燥和较强蒸发现象的存在,同时土壤水分经历了强烈的蒸发。相比较植物水而言,土壤水、河水和地下水分布于大气降水线附近,体现了该地区降水对河水、地下水和土壤水具有补给作用。植物的SW-excess平均值为负值,表明了植物水比土壤水更贫化δ2H,证实了植物中存在着氢同位素贫化的现象。(3)在整个采样期间,多枝柽柳、芦苇和榆树的主要水分来源均是浅层土壤水(0~30 cm),利用率分别为33.90%、41.13%、40.04%,而旱柳的主要水分来源为河水,利用率为31.20%。河岸植物之间的PS指数基本较高,表现为多枝柽柳、旱柳、芦苇和榆树对同一水源的利用均较多。当浅层土壤含水量高时,多枝柽柳、旱柳和芦苇对浅层土壤水的利用率明显增加,而当浅层土壤含水量减小,则会增加对深层土壤水和河水的利用比例。旱柳的主要水分来源为河水,这主要与旱柳林龄较大,植物根系较深有关。研究区处于河漫滩这一特殊的地理位置,植物对各种水源均匀利用,是一种最优的吸水模式,而当浅层土壤水分较低时会加大对河水的利用率,水源转变,从而使植物获得更稳定的水源。
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