基于穩定同位素的黃土高原天然草地和人工林地小流域生態水文分離

“這片廣袤的土地已經被水流剝蝕得溝壑縱橫、支離破碎、四分五裂，像老年人的一張粗糙的臉。”

這是已故作家路遙在《平凡的世界》里對黃土高原的描述，也是三、四十年前黃土高原生態環境的真實寫照，水土流失嚴重，荒涼貧瘠。

如今經過前輩們的不懈努力，這片土地上發生了翻天覆地的變化，植被恢復與人工造林成果顯著，生態環境大幅改善。

“植被”與“水”已經成為這片土地上綁定的話題。生態改善的同時，人們對于此的研究也在不斷深入。關于植被在這片土地的恢復過程中，如何影響到生態水文的變化？

今天來了解一篇中國科學院地球環境研究所研究團隊的相關論文。
 

中國黃土高原天然草地和人工林地小流域生態水文分離——一年周期穩定同位素觀測的證據

 

      陸地生態水文是地球水文循環的重要組成部分，對于其功能和相關服務的理解至關重要。土壤可調節局部到全球范圍的生態水文過程。植物作為生態水文重要組成部分，在生態系統貢獻了50%-90%的蒸散量。因此，研究植物和周圍土壤之間水的相互作用對于深入理解生態水文過程至關重要。生態水文分離假說是同位素生態水文關注的熱點問題，它涉及到兩個水世界。已有許多研究在不同氣候帶進行了生態水文分離調查。黃土高原一直進行人工林和自然恢復，顯著改變了土壤性質、植被群落、微生物群落和生態水文過程，然而植被恢復如何影響生態水文過程仍不清楚。

      基于此，來自中國科學院地球環境研究所的研究團隊對甘肅省慶陽市南小河溝(107°370′E, 35°420′N)進行了為期一年的調查，對比了其中兩個相鄰小流域中不同類型水的δ18O和δ2H（利用全自動真空冷凝抽提系統（LI-2100 Pro，北京理加聯合科技有限公司）提取植物（根/莖，葉）和土壤水，利用Picarro L2130-I水同位素分析儀測量降水和土壤水穩定同位素組成）以測試是否存在“生態水文分離”，闡明植被恢復如何改變黃土高原林地和草地之間的同位素生態水文，并探索兩個小流域根系/莖水和土壤水之間是否存在同位素分餾。
 

黃土高原兩個相鄰小流域中采樣點
 

【結果】
 

【結論】

      黃土高原相鄰小流域生態水文同位素分析調查支持生態水文分離假說，即土壤mobile和less-mobile水氫和氧同位素比值之間存在顯著差異，但是兩者之間存在動態交換。另外，研究也發現植物根系/木質部水和土壤（Mobile和less-mobile)之間存在同位素差異，暗示植物根系吸水可能發生了同位素分餾，該結論尚需進一步研究。

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