LI-2100—大興安嶺南部白樺的水分利用規律及其對干旱環境的適應性

大興安嶺地處中國東北，這里的氣候寒冷干燥，冬季漫長而嚴寒，夏季則短暫而涼爽，適宜白樺的生長。

亭亭白樺，悠悠碧空，微微南來風。春天，是大興安嶺的白樺樹復蘇的季節。雪融水潤，大地回春，在這神秘而美麗的土地上，白樺樹以其獨特的水分利用能力，展現出了大自然魅力。
 

 

大興安嶺南部白樺的水分利用規律及其對干旱環境的適應性
 

本研究旨在考察大興安嶺南部天然次生林中主要植物白樺（Betula platyphylla）的水分利用模式。該調查利用氧穩定同位素技術，時間跨度涵蓋2019年7月至2020年9月。

 

東北地區研究區的位置及其森林分布（綠色）。“其他”是指林地（灰色）以外的土地利用類型。
 

在兩年的時間里，在純白樺林內建立的 30 m × 30 m 的樣地內進行了季節性田間試驗。作者選擇了五棵健康的白樺木，其高度和胸徑接近研究區域的平均值。樣地土壤剖面較淺（厚度約為 40-70 厘米）土壤采樣在每月中旬無雨的日子或降雨后的幾天進行。每月系統采集10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm深度的樹木木質部水和土壤水樣本，進行穩定同位素分析。成熟植物體內水的同位素組成可以反映植物水分來源的同位素組成。2019年和2020年（5月至10月）在樣樹上取樣，每棵樣樹取樣3個重復。使用手動螺旋鉆獲取土壤水樣，并用封口膜密封在玻璃容器中，用于隨后的同位素分析。為了減輕蒸發對同位素含量的影響，所有土壤和植物樣品均被立即冷凍并儲存。在 2019 年和 2020 年的整個生長季節，總共收集了 100 個降水樣品，并用封口膜牢固地密封在干凈的聚乙烯瓶中。然后將這些沉淀樣品儲存在設定為-2°C的冰箱中，直到準備好進行同位素分析。

 

樣本樹的特征
 

來自內蒙古農業大學的研究團隊在北京師范大學地表過程與資源生態學國家重點實驗室地理科學學院和水利部草原水利科學研究所實驗中心采用全自動真空冷凝抽提系統（LI-2100，北京理加聯合科技有限公司）對植物和土壤樣品進行水分提取。雨水和提取的植物和土壤水經過過濾，使用0.22μm有機相針式過濾器去除雜質和有機污染物。根據土壤剖面，土壤水源分為淺層（0~20 cm）、中層（20~40 cm）和深層（40~60 cm）。值得注意的是，由于樣地地勢多為山地，地下水的可用性可能受限，因此將地下水排除作為樹木的潛在水源。
 

在生長季節，通過線性回歸分析探討土壤水、木質部水和降雨中δD和δ¹⁸O之間的關系

2019年和2020年各月VWC垂直土壤剖面和土壤水δ¹⁸O值

不同深度木質部水和土壤水中δ¹⁸O的分布特征
 

通過 MixSIAR 分析確定白樺不同土層吸水比例的季節性波動
 

基于穩定同位素（δ¹⁸O）的 MixSIAR 模型用于研究天然林中優勢物種（特別是大興安嶺南部白樺）用水策略的季節變化。研究結果表明，適應性的水分利用策略和對降水的快速響應能夠促進植物充分利用來自土壤各個深度的水分，從而使它們能夠更好地適應干旱環境。當降雨量較低時（2019年生長季為390.4毫米），白樺迅速吸收淺層土壤水（0~20 cm，整個根系深度的利用率為40.4%），但當降雨量增加時 （2020年生長季為501.5毫米），白樺逐漸過渡到從較深土層（40~60厘米）提取土壤水分并加深其根系系統（利用率為39.4%），表明其對半干旱環境的適應性。因此，白樺在同一生境中靈活的用水策略可能使其在低降水時期具有競爭優勢。該研究結果對于大興安嶺南部天然林保護和水資源管理具有重要意義。

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