內陸河下游生態輸水區白刺灌叢的水分利用策略：基于穩定同位素數據

一般說來，丘陵起伏的地形，造成河水不能外泄，常在河口低洼處停蓄起來成湖，也就是河口湖。河口湖又稱為“終點湖”、“尾閭湖”。指處于內流河河口、尾閭、終點的湖泊。

由于氣候變化、人口增多、工農業發展，加之水資源總量不足、時空分布不均等因素，導致不少地區的尾閭湖出現地下水位下降、綠洲面積減少、沙塵暴天氣增加等問題。

湖泊周邊的生態系統發生變化，植被的多樣性和數量減少，生態環境面臨嚴重破壞。為了改善尾閭湖的現狀，加強水資源管理，人工輸水成為首要選擇。基于此，生態輸水對湖區植被的影響成為不少科研團隊的研究方向。
 

內陸河下游生態輸水區白刺灌叢的水分利用策略：基于穩定同位素數據
 

 

在干旱地區，內陸河流域的尾閭湖通常是綠洲邊緣阻止風沙侵襲的天然屏障，其生態水文效應普遍表現為以地表水、地下水和天然降水為特征的植被水分關系。水分是尾閭湖周邊沙地植被穩定的關鍵制約因子，植物-土壤水分關系是沙地生態水文過程的重要組成部分。沙生植物通過根系吸收有限的水分之后通過根—莖—葉逐層向上傳輸，以滿足植物葉片光合和蒸騰等生理活動的需求，維持植物的正常生長。為適應持續干旱的生境條件，植物通過調節其生理特性等形成特定的抗旱機制。

基于此，在本研究中，來自西北師范大學的研究團隊于2019年植物生長季在中國西北石羊河流域尾閭湖青土湖區收集了0–10，10–20，20–30，30–40，40–50和50–60 cm層的土壤、植物莖部、降水、地下水和湖水。利用LI-2100全自動真空冷凝抽提系統（北京理加聯合科技有限公司）提取土壤和植物莖中的水分。并測定了不同水體同位素數據（δ²H和δ¹⁸O）和相關水文氣象數據，以揭示尾閭湖區典型植被對生態輸水的響應機制。研究結果有助于我們了解干旱內陸河流域下游人工輸水背景下植物的適應機制，為水資源的合理利用和生態建設提供參考。
 

研究區概況

【結果】
 

不同水體穩定同位素組成的時空動態
 

2019年青土湖(a)降水、溫度、相對濕度和(b)不同水體δ²H和δ¹⁸O的時間變化。
 

土壤剖面中SWC、δ²H、δ¹⁸O和Lc-excess的時空動態。

不同水體中δ²H與δ¹⁸O的關系
 

人工輸水期植被水分來源
 

不同距離的白刺灌叢潛在水源的貢獻率

【結論】

本研究利用穩定同位素對石羊河尾閭青土湖白刺灌叢的水分利用策略進行了研究，為進一步了解尾閭湖區植被對生態輸水的響應機制提供了參考。本研究雖然是石羊河流域尾閭區典型植被對生態輸水適應性的案例研究，但考慮到生態輸水是干旱區下游常用的生態修復方式，本研究在干旱區生態建設中具有普遍意義。此外，還應考慮到終端湖區植被水源非常單一，高度依賴生態輸水量和時間，本身具有一定的脆弱性。因此，加強生態輸水政策的穩定性，培育抗旱能力更強的植物，是內陸河末端湖泊生態建設的關鍵環節。
 

作者得到了如下結論：

1. 尾閭湖區白刺灌叢用水的12.33%直接來自生態輸水，77.88%來自輸水形成的土壤水，只有9.79%來自降水；

2. 隨著樣地距離湖泊集水區的距離增加，白刺灌叢逐漸由主要利用表層土壤水和湖泊水轉向以利用中深層土壤水為主；

3. 生態輸水周期影響白刺灌叢的水分利用策略，非輸水期植物利用深層土壤水、吸收降水的比例增加。

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