在地球的水循环中，土壤水就像“中枢神经”，连接着大气、植被和水文过程。气候变化加剧干旱，土壤缺水成了生态系统的“紧箍咒”。在喀斯特山区，浅薄的土层和复杂的地貌，让水分变化更为“变幻莫测”，这给植被恢复和水资源管理带来巨大挑战。那么，坡地上的土壤水分到底是谁在操控？是天上的雨，还是地上的植物？01 研究背景：喀斯特——天然的水文实验室喀斯特地区土层浅薄、裂隙发育，是研究复杂坡地水文过程的理想场所。已有研究关注过地形和土壤厚度等因素，但降雨特征与植被类型如何共同作用于土壤水分和产流机制，一直没有明确答案。（图1.（a）研究区和（b）中国西南部贵州省关岭喀斯特生态系统观测研究站观测点的位置。（c）花生、花椒和弃耕地土壤水分传感器和土壤水分同位素采样点示意图。红色数字表示土壤水分传感器的安装位置，蓝色数字表示土壤水同位素样品的采集点。）02 实验设计：同位素追踪水的“身份证”研究团队在贵州关岭喀斯特生态系统观测站，选取了同一坡面上的三个样地：· 花生地（PN）—— 高覆盖度农田· 花椒地（ZB）—— 乔木型经济林· 弃耕地（AL）—— 裸露度高、植被稀疏通过连续两年的观测，团队监测了土壤水分含量、稳定同位素（δ²H、δ¹⁸O）组成以及地表径流。同位素就像水的“指纹”，帮助我们分辨径流是来自新下的雨，还是土壤里存的“旧水”。样品水分提取采用了...
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在中国海沿岸的红树林中，有一种名叫桐花树 (Aegiceras corniculatum) 的植物，静静地记录着环境的蛛丝马迹。近日，广东海洋大学与中科院广州地化所、加州理工学院等单位合作，结合叶蜡正构烷烃和脂肪酸的δ2H分析及环境参数监测，首次构建了盐度-代谢调控-同位素分馏的关联模型，不仅修正了红树林同位素分馏理论模型，还为重建热带沿海古环境提供了全新视角。图1.研究区概况· 研究地点：湛江红树林国家级自然保护区植物叶片中的蜡质化合物，能“记住”它们吸收水分的氢同位素特征（δ²H），而这一特征受降水、盐度等因素影响。团队选取了湛江高桥、九洲与营仔三条河口，分别在旱季（2021年11月）与雨季（2022年6月），采集了桐花树的叶片、木质部、叶水、水体和沉积物孔隙水等样品，系统分析了不同季节和盐度梯度下的氢氧同位素变化。在本研究中，科研人员采用LI-2100 全自动真空冷凝抽提系统，对红树植物叶片和木质部中的水分进行了高效提取。这款设备由华体会体育(中国)hth·官方网站自主研发，能够在确保同位素不发生分馏的前提下，实现高回收率（98%）的水分萃取。图2. 不同盐度下地表水 (SW)、孔隙水 (PW)、木质部水 (XW) 和叶水 (LW) 氢氧同位素和叶蜡C27、C29和C31正构烷烃以及C16:0和C18:0正构脂肪酸中的氢同位素的相关图图3. 盐度与脂质及源水之间的净...
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在干旱少雨的黄土高原，种树是生态修复的重要手段。但你知道吗？树种得太密，反而可能加剧水资源紧张！最近，中国科学院生态环境研究中心的团队，在《Catena》上发表了一项新研究，给我们带来了新的思考：“合理间伐”——也就是适当间隔砍掉一部分树木，竟然能让森林更健康、更省水！为什么要给森林“瘦身”？在黄土高原这样的半干旱地区，水分原本就稀缺。如果森林种得过密，树木们为了生存，只能展开“抢水大战”，结果大家都活得不好：· 土壤里的水被快速抽干· 树木长势变弱，易枯死· 生态修复变得不可持续而间伐，就像给森林做“减肥手术”，腾出空间，减少竞争，让留下来的树能更好地“喝水”、更好地“呼吸”。研究团队做了什么选取人工刺槐林（Robinia pseudoacacia，黄土高原很常见的一种树），设置了4种不同的管理方式：重度间伐（砍掉55%）中度间伐（砍掉45%）轻度间伐（砍掉35%）不间伐（啥也不动）图1. 研究区概况连续3年（2020-2022年）通过观测土壤水分、树干液流和稳定同位素（δ2H、δ18O和δ13C）等一系列指标。对土壤和木质部样品进行三次重复水分提取时，使用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（华体会体育(中国)hth·官方网站），每次提取时间为3小时，确保了样品中水分提取效率达到98%以上，且无同位素分馏的问题。此外，采用激光同位素分析仪测定土壤水和雨水的同...
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在中国西北干旱、半干旱地区，水资源的紧缺一直是制约生态系统恢复与可持续发展的核心难题。随着全球气候变暖导致干旱频率增加和降水不确定性加剧，生活在这些区域的植物如何感知、应对干旱，成为科研人员关注的焦点。本研究将目光投向中国黄土高原的典型灌木——沙柳（Salix psammophila）。这种耐旱先锋树种不仅是半干旱区植被恢复的重要角色，更在水分利用上展现出了超强“智慧”。三年观察，揭示灌木的水分“生存术”本研究团队在2019–2021年连续三年间，走进陕西神木六道沟流域，系统监测沙柳林的土壤水分、液流变化、叶片生理特性以及稳定同位素（δ²H、δ¹⁸O、δ¹³C）指标，力求揭开沙柳如何在干旱胁迫下实现“智慧用水”的秘密。图1. (a)研究区域位置和沙枫林图片；(b)实地观测的气象变量、叶片生理特性、土壤水分和稳定同位素。研究地点小科普地处黄土丘陵区的六道沟，属温带大陆性气候，年均降水仅约457毫米，且集中于6-9月，植被以人工灌木为主，沙柳正是其中的“主力军”。沙柳的“感知系统”：未雨绸缪不是说说而已研究发现，沙柳在干旱真正到来之前就已启动节水机制：提前降低蒸腾速率，减少水分流失；控制叶片面积，调节叶水势；并不依赖深层土壤水，而是主动调控生理活动应对水分波动。这就像植物拥有了“气象雷达”，提前感知土壤水分的变化，进行自我调整。作者称这种现象为“...
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01 喀斯特地区植物水分利用研究：揭示共存物种如何应对水资源变化 中国西南喀斯特地区以其独特的水文地质结构和丰富的水资源，对于植物生长至关重要。然而，随着植被恢复的推进，水分利用机制仍然不明晰。水资源短缺，尤其在气候变化加剧的背景下，如何科学管理水资源，推动植被恢复，成为了亟待解决的问题。02 研究背景：水分利用对植物生长的重要性在中国的喀斯特地区，植物的水分利用模式受到地下水和裂隙土壤水等水源的影响。水是植物生长的关键因素，然而，气候变化与人类活动的双重影响，使得水资源成为生态系统可持续发展的瓶颈。通过研究植物的水源利用和水分利用效率（WUE），我们能够更好地理解植物如何在水资源有限的环境中共存和生长。图1. (a)研究区位置图，(b)关岭-贞丰花江沙漠化治理区位置图，(c)研究地点及样地位置图，(d-f)共存植物景观图。03 研究方法：稳定同位素技术揭示水分利用策略本研究采用稳定同位素（δ2H、δ18O、δ13C）技术，深入分析喀斯特地区六种优势植物的水源使用和水分竞争。研究区域位于华南喀斯特关岭—贞丰花江沙漠化防治区，年降水量为1100mm，土壤浅碎且持水能力差。研究选取了R. chinensis、C. baccifera、V. negundo等优势物种，通过采集木质部、土壤、地下水等样本，分析植物水分吸收情况。采用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100Pro，北京理加联合科...
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研究背景水分是限制植物生长的关键因素，特别是在全球气候变化的背景下，干旱半干旱地区的生态水文过程和植被水分利用策略受到显著影响。煤矿开采，尤其是露天矿，对环境破坏严重。黑岱沟露天煤矿位于黄土高原生态脆弱区，矿区的生态修复已成为重点工作。排土场的植被恢复对于合理利用水土资源和促进煤矿可持续发展至关重要。目前，矿区生态修复中的水问题研究主要集中在土壤水文效应、物理性质和坡面侵蚀等方面，但对植物水源及其利用机制的定量研究较少。利用稳定同位素技术，可以高效分析植物的水源，并通过多源混合模型量化各水源的贡献率。例如，深根植物通常利用深层土壤水，而浅根植物则更多依赖浅层水分。由于煤矿开采扰动了土壤结构，植物的水源利用方式与自然状态下有所不同。此外，雨季的不同月份中，植物水源及其利用机制也存在差异。 因此，本研究以黑岱沟露天矿排土场为例，分析蒙古松、柠条和紫花苜蓿在雨季的水分来源及其利用机制，并提出两项假设：H1，三种植物的水源可能相似；H2，不同月份的水源利用程度会有所不同。实验过程研究区黑岱沟露天煤矿位于准格尔煤田中部（图1），矿区属温带半干旱大陆性气候，海拔1256m，年平均气温7.2 ℃，年平均降雨量408mm。研究期间，6月至8月的总降雨量占全年的70%以上。无霜期在125至150天之间，平均日照时数为3119.3 h。矿区排土场为多级台地式排土场，由捣蒜沟排土场...
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水资源在粮食生产和生态修复中的关键作用，特别是在频繁出现的高温、干旱等极端天气条件下，威胁粮食生产，加速土地退化。研究指出，中国作为人均水资源低于世界平均水平的国家，农业用水已占全国总用水量的60%以上，但整体用水效率较低且区域差异显著。尤其在山区和丘陵地区，土壤侵蚀和厚度减少严重影响了蓄水能力，加剧了干旱频发和作物减产的风险。为应对这些挑战，本文强调了通过优化农业管理实践，提高用水效率，以缓解干旱胁迫，维持作物产量的重要性。本次田间试验在中国科学院盐亭紫色土农业生态站进行，该站位于中国四川盆地中北部，海拔400-600m（东经105° 27’，北纬 31°16’）（图 1）。该地区属于中亚热带季风气候，平均气温 17.3℃。年平均降水量为826mm，蒸发量为680 mm。降雨分布不均，约70%的年降水发生在夏秋季，季节性干旱频繁，主要发生在春季和初夏。 图1. 研究区域位置（a）、实验地块图片（b）、地块设计图（c）、实验地块剖面图（d）。本试验土壤为钙质紫色土，来源于蓬莱镇组，属于中温土壤质地，被称为新土，占四川盆地紫色土总量的四分之一以上（图1）。钙质紫色土剖面主要发育在页岩和泥岩中，常与不透水的砂岩互层。浅层紫色土的下伏基岩限制了根系生长，入渗的大部分水分往往会因地下径流绕过根区而流失。试验土壤性质相似，平均值为：pH 值为8.37，土壤有机碳...
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2024
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大兴安岭地处中国东北，这里的气候寒冷干燥，冬季漫长而严寒，夏季则短暂而凉爽，适宜白桦的生长。亭亭白桦，悠悠碧空，微微南来风。春天，是大兴安岭的白桦树复苏的季节。雪融水润，大地回春，在这神秘而美丽的土地上，白桦树以其独特的水分利用能力，展现出了大自然魅力。大兴安岭南部白桦的水分利用规律及其对干旱环境的适应性本研究旨在考察大兴安岭南部天然次生林中主要植物白桦（Betula platyphylla）的水分利用模式。该调查利用氧稳定同位素技术，时间跨度涵盖2019年7月至2020年9月。东北地区研究区的位置及其森林分布（绿色）。“其他”是指林地（灰色）以外的土地利用类型。在两年的时间里，在纯白桦林内建立的 30 m × 30 m 的样地内进行了季节性田间试验。作者选择了五棵健康的白桦木，其高度和胸径接近研究区域的平均值。样地土壤剖面较浅（厚度约为 40-70 厘米）土壤采样在每月中旬无雨的日子或降雨后的几天进行。每月系统采集10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm深度的树木木质部水和土壤水样本，进行稳定同位素分析。成熟植物体内水的同位素组成可以反映植物水分来源的同位素组成。2019年和2020年（5月至10月）在样树上取样，每棵样树取样3个重复。使用手动螺旋钻获取土壤水样，并用封口膜密封在玻璃容器中，用于随后的同位素分析。为了减轻蒸发对同位素含量的影响，所有土壤...
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柠条木是一种对水分需求较高的植物，它对土壤中的水分量非常敏感。而土壤有效水分和根系分布对柠条木质部水分有着重要的影响。当土壤中的有效水分不足时，柠条木的木质部水分会受到影响，导致植物生长缓慢甚至停滞。柠条木的根系通常较为发达，能够深入土壤中寻找水分。如果根系分布广泛且深入，那么柠条木就能够吸收到更多的水分，从而保持木质部的水分平衡。因此，保持土壤中的适当水分对于柠条木的生长至关重要。下面这篇相关论文，我们来一探究竟。土壤有效水分与根系分布的协调改变了柠条的水源分配稳定同位素已被广泛应用于根系水分吸收(RWU)的鉴定，通过将潜在水源分类为不同的端元，并评估其对木质部水分的贡献。然而，估计端元(主要是土层)的贡献通常仅基于土壤水同位素的变化。土壤有效水分和根系分布是RWU的关键限制因子，但在水源分配中很少考虑。基于土壤水分同位素平均值、土壤有效含水量(AWC)和根重密度(RWD)加权值，比较了不同土层对柠条RWU的相对贡献。我们使用三种贝叶斯混合模型(SIAR, simmr和MixSIAR)在三个不同土壤水条件的地点获得了这些值(分别为平均值和加权贡献)。我们计算了平均和加权贡献(DC)的差异以及DC绝对值的累积(AADC)，以分析它们之间的差异及其与AWC和RWD的关系。加权和平均贡献因地点和模型而异。我们得到以下AADC值:站点1-3使用SIAR分别为27.8%和11%;使用sim...
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2023
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太白山，是秦岭山脉最高峰，也是青藏高原以东第一高峰，如鹤立鸡群之势冠列秦岭群峰之首，以高、寒、险、奇、富饶、神秘的特点闻名于世、称雄华中。李白的“西上太白峰，夕阳穷登攀”，“西当太白有鸟道，可以横绝峨眉巅”，形象地将太白山的雄峻高耸烘托而出。如今，更是有不少中外游客慕名前来，一览拔仙绝顶和云海奇观，领略太白峰的险峻神秘。2020年，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队分别于5月、7月和9月登上太白山，在奇观景象之中收集土壤和植物，开启了叶片水氢氧同位素的相关研究。叶片水氢氧同位素的控制因素氢氧稳定同位素（δ2H和δ18O）常被用作示踪剂来跟踪水从降水输入运移到土壤，最终通过土壤蒸发和叶片蒸腾释放的过程。叶片水蒸腾对于调节各种尺度的水平衡至关重要。陆地植物叶片水通过气孔蒸发分馏导致重同位素富集，这在很大程度上取决于等大气条件（温度和相对湿度等）以及生物生理过程。叶片水同位素信号整合到植物有机物中，例如纤维素和叶蜡，成为研究古气候重建的新方法。然而，尽管叶片水同位素在生态水文学和有机生物合成中很重要，但人们对叶片水同位素的控制因素以及源水和水文气候在确定叶片水同位素中的作用仍然缺乏了解且叶片内同位素分馏所涉及过程的复杂性使得准确预测和测量变得困难。基于此，在本研究中，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队于2020年5、7和9月在太白山（33.96°N，107.77...
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