四川卧龙亚高山暗针叶林土壤水的氢稳定同位素特征

根据2003年夏季测得的四川卧龙自然保护区亚高山暗针叶林地区3个不同群落的降水、土壤水、浅层地下水(泉水)氢稳定同位素含量(δD),分析土壤剖面各层次土壤水氢稳定同位素的变化规律及其与水分迁移的关系.结果表明:1)土壤表层(枯枝落叶层)水δD受降水δD的直接影响,并且与降水δD有相同的变化趋势;2)A、B、C群落土壤垂直剖面的土壤水δD空间分布形式反映了降水δD的时间变化特征.0～20 cm上层土壤水δD值很低,20～40 cm时迅速升高,50～60 cm时基本稳定,50～60 cm深层土壤水δD受浅层地下水δD的影响增强;3)土壤水δD介于降水δD与浅层地下水δD之间,表明卧龙亚高山暗针叶林土壤水源于降水与浅层地下水.在一次性降水14.8 mm后5天内,降水对枯枝落叶层的贡献率最高为75.49%～99.91%,对0～5 cm土壤水的贡献率次之为66.68%～83.01%,对30～40 cm土壤水的贡献率为24.50%～80.57%,对50～60 cm土壤水贡献率最低为21.22%～29.17%;4)浅层地下水δD受降水δD的直接影响不明显,变化幅度很小,浅层地下水δD的稳定性说明地下水代表了多年降水的平均状态.     

绍兴淡水湿地森林土壤水氘同位素对降水的响应

【目的】以浙江省绍兴市汤浦水库库区3种淡水湿地森林(阔叶林、针阔混交林、针叶林)为研究对象,分析不同量级降水后其土壤水氘同位素的时空变化规律,定量阐明降水对各层土壤水的贡献率,为揭示降水在该淡水湿地森林生态系统水循环中的分配规律提供科学依据。【方法】利用稳定同位素技术研究3类淡水湿地森林土壤水氘同位素值在3次不同量级降水后的动态变化,分析比较土壤水与其潜在水源(大气降水、浅层地下水等)的氘同位素值(δD),判断林中土壤水来源;运用二元线性混合模型计算不同量级降水对这3种湿地森林中枯枝落叶层及各层土壤水的贡献率。【结果】绍兴汤浦水库库区淡水湿地森林中的土壤水δD在3次不同量级降水后均介于大气降水δD和浅层地下水δD之间,表明该库区土壤水主要来源于降水和浅层地下水;小雨(7.5 mm)后,3个林地0～60 cm土层土壤水δD值较雨前对照略有升高,而60～100 cm深层土壤水δD值变化很小,表明7.5 mm降水可入渗补给到0～60 cm土层;中雨(14.5 mm)后第1天,阔叶林、针阔混交林和针叶林0～100 cm土层土壤水δD均值分别降低了9.5‰±4.0‰,9.3‰±4.1‰和7.0‰±2.6‰,中雨后9天内,3个林地各层土壤水δD值随采样天数的增加逐渐升高并接近雨前对照,表明降水δD对土壤δD的影响逐渐减小;大雨(35.0 mm)后第1天,3个林地枯枝落叶水和表层(0～20 cm)土壤水δD值接近降水δD值;不同量级降水对3个林地枯枝落叶水的贡献率最大,0～20 cm表层土壤水次之,随着采样天数增加,降水对各层土壤水的贡献率皆呈现减小的趋势;降水事件(不同量级降水)是影响雨后土壤水δD以及该次降水对土壤水贡献率的主要因子。【结论】浙江绍兴汤浦水库库区不同类型淡水湿地森林中枯枝落叶层水δD对降水δD的响应最显著,0～20 cm表层土壤水δD的响应次之;单次降水量越大,降水对各层土壤水的影响越明显,贡献率也越大,大雨(降水量20 mm)影响各层土壤水的时间超过9天;该地区淡水湿地森林对小雨(降水量≤10 mm)和中雨(10 mm降水量≤20 mm)在土壤剖面的入渗具有一定的调控作用,且降水在针阔混交林土壤中存留时间最长,针叶林最短,可见,浙江绍兴汤浦水库混交林(阔叶林和针阔混交林)对小雨及中雨的调控作用略优于纯林(针叶林)。建议今后在长三角地区进行人工淡水湿地森林植被恢复和构建时应考虑多树种混交种植。     

降水对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤水氘特征的影响

【目的】分析我国南亚热带鼎湖山季风常绿阔叶林土壤水的水分来源、不同强度降水在土壤剖面中的时空运移过程及对各层土壤水的贡献率,为研究降水格局变化下鼎湖山自然保护区森林生态系统水循环过程及区域水资源科学管理等提供科学依据。【方法】利用氘同位素技术,比较不同降水条件下鼎湖山季风常绿阔叶林土壤水δD与潜在水源(大气降水、浅层地下水)δD,阐明土壤水的水分来源和降水在土壤剖面中的时空分布特征;运用二元线性混合模型计算不同强度降水对各层土壤水的贡献率。【结果】鼎湖山季风常绿阔叶林中土壤水δD介于大气降水δD和浅层地下水δD之间,土壤水主要来源于大气降水和浅层地下水;雨后5天内,小雨(9.8 mm)对0~10 cm表层土壤水贡献率最高(31.2%~44.6%),对10~40 cm深处土壤水贡献率次之(24.2%~32.0%),对40~80 cm深处土壤水贡献率较小(8.3%~15.7%),对80~100 cm深层土壤水贡献率最小(接近于0);雨后5天为中雨(20.0 mm)对0~10 cm表层土壤水贡献率最大(63.3%~78.9%),对10~40 cm深处土壤水贡献率次之(46.9%~74.0%),对40~80 cm深处土壤水贡献率较小(37.9%~63.0%),对80~100 cm深处土壤水贡献率最小(35.8%~47.5%);无论湿季还是干季,大雨(降水量30 mm)后第1天,该次降水可渗透到80 cm以下深层土壤,且对80~100 cm深层土壤水的贡献率高达94.1%。【结论】0~10 cm表层土壤水δD与降水δD变化趋势一致,林中表层土壤水δD主要受降水δD的控制;降水强度越大,降水从土壤表层向深层土壤渗透速度越快,对80~100 cm深处土壤水δD影响越明显,降水对各层次土壤水的贡献率也越大;土壤剖面中土壤水δD的时空变化特征可指示降水在土壤剖面运移过程;无论小雨还是中雨,80 cm以下深层土壤水δD变化幅度较小,表明鼎湖山季风常绿阔叶林植被结构对降水在土壤剖面入渗过程具有显著的调控作用。     

北京山区侧柏和栓皮栎的水分利用特征

【目的】探讨北京山区典型乔木侧柏和栓皮栎的水分利用情况,为北京山区植被建设提供参考和理论依据。【方法】通过测定其木质部水分及其不同水源的稳定氢氧同位素值,利用多源线性混合模型(iso-source),再结合茎干液流计(TDP),分析不同水源对2种植物的贡献率和贡献量。【结果】结果表明:1)2个树种在旱季和雨季的茎干液流通量排序为:旱季侧柏(5.87 kg)旱季栓皮栎(9.42 kg)雨季侧柏(13.42 kg)雨季栓皮栎(18.26 kg)。2)侧柏在旱季主要利用深层60~80 cm的土壤水分和地下水,利用率分别为19.8%和51.4%,日平均利用量为1.16和3.02 kg;在雨季主要利用表层0~20 cm的土壤水分和地下水,利用率分别为51.4%和27.7%,日平均利用量为6.90和3.72 kg。3)栓皮栎在旱季表层0~20 cm的土壤水分和深层60~80 cm的土壤水分利用率贡献最大,分别为53.5%和20.2%,日平均利用量为5.04和1.90 kg;在雨季的水分利用率贡献最大的还是集中在表层0~20cm的土壤水和地下水分,利用率分别为51.8%和38.1%,日平均利用量为9.46和6.96 kg。【结论】从侧柏和栓皮栎的水分利用特征来看,2个树种对各水源的利用深度相似,在造林树种选择时,应避免混交产生竞争。在季节性干旱的北京山区水分匮缺,在造林时应优先选择蒸腾耗水较小的侧柏树种。     

西鄂尔多斯半日花及霸王的水分利用

【目的】研究西鄂尔多斯荒漠珍稀濒危植物半日花及霸王对不同强度降水的利用模式,以期阐明植物的生长规律和分布趋势及其对降水变化的适应机制,为荒漠珍稀濒危植物保护提供参考。【方法】利用氢稳定同位素技术,分析比较3次不同强度降水后9天内,半日花、霸王植物(茎)水δD与其潜在水源(降水、土壤水、地下水)δD,定量阐明半日花、霸王对不同强度降水的利用率。【结果】1)8.6 mm降水后9天内,0~20 cm表层土壤含水量明显上升、土壤水δD降低,12.1 mm降水后9天内,0~40 cm土壤含水量和土壤水δD变化明显,79.6 mm降水后9天内,各层土壤含水量显著上升、土壤水δD降低;2)降水后9天内,半日花和霸王对大雨(20 mm)的利用率最高,分别为76.4%~98.5%和55.6%~74.3%;半日花对小雨(10 mm)的最高利用率为67.0%,对中雨的最高利用率为71.8%,表明半日花可充分吸收利用有限的水分,并最大限度地利用该地区大气降水,以更好地生存和生长;3)在3种不同降水强度下,半日花对降水的利用率皆显著高于其伴生植物霸王;4)在中等降水强度(10 mm降水量≤20 mm)条件下,霸王和半日花存在明显的竞争水分现象,在小降水强度(10 mm)条件下,霸王和半日花利用不同深度土壤水,无水分竞争现象;5)半日花的根系主要分布在0~40 cm土层中,细根在0~20和20~40 cm土层中分别占该层根系生物量的58%和37%;霸王根系主要分布在20~60 cm土层,其中细根(≤2 mm)在20~60 cm土层中分布最多(68.2%)。【结论】小雨(10 mm)对表层土壤水(0~20 cm)δD有影响,中雨(10 mm降水量≤20 mm)对0~40 cm土壤水δD有影响,大雨(20 mm)对各层土壤水δD均有明显影响;半日花对不同强度降水均能充分有效地利用,霸王对大雨有明显的响应,这2种植物的水分利用策略与其细根分布相一致。     

北京山区侧柏利用水分来源对降水的响应

【目的】探究降水不足的北京山区降水量变化对侧柏利用水分来源的影响,为了解侧柏对土壤干旱胁迫的响应提供理论依据。【方法】2015年7月,测定侧柏枝条及各潜在水源的稳定氢氧同位素(18O/16O、2H/1H)比率,利用Iso-Source多元线性混合模型,计算2015年6月29日—7月1日3天不同降水梯度(A区:完全遮断自然降水,降水量0 mm;B区:遮挡自然降水的一半,降水量12.7 mm;C区:无遮挡自然降水,降水量25.4 mm;D区:将A区降水输入该区,形成双倍降水,降水量50.8 mm)下侧柏对各层土壤水和地下水的利用率。【结果】随降水量增加,侧柏表现出"二态"结构特征,其水分来源从深层逐渐向表层转移;A区侧柏主要吸收60~100 cm土层土壤水和地下水,利用率分别为31.5%和32.8%;B区侧柏与A区相似,对60~100 cm土层土壤水和地下水的利用率分别为28.1%和25.7%,对0~20、20~40和40~60 cm土层土壤水的利用率在15.4%左右;与B区相比,C区侧柏对60~100 cm土层土壤水和地下水的利用率有所减少,分别为19.8%和22.8%,对0~20和20~40 cm土层土壤水的利用率增加,分别为17.8%和22.9%;D区侧柏水分来源与C区相近,对0~20、20~40和60~100cm土壤水和地下水都有利用,利用率为20.0%~25.2%。【结论】侧柏能根据水分条件调整对水源的利用率,这种适应水分环境的水分利用能力有利于侧柏度过极端干旱胁迫。     

利用氘同位素研究太行山南麓枣树水分利用的季节性变化

通过测定水中氘同位素的比值来研究枣树在不同水分条件下水分利用的季节性变化.试验结果显示:深层土壤δD值比较稳定,表层土壤水因蒸发而产生氢同位素的分馏,氘同位素富集,旱季表层土壤δD值与土壤含水量呈极显著负相关(R2=0.69,P＜0.01).枣树枝条δD值与表层土壤δD值呈极显著的正相关(R2=0.75,P＜0.01),与深层土壤δD值相关性不强,表明来源于表层土壤的水分能显著地影响到枝条δD值变化.雨季的降水不但增加表层土壤水分含量,也促使表层新根的生长.其根长比旱季增加621.46%,尤其是细根(平均直径0.16mm),从而提高根系对表层土壤水分的吸收.枣树枝条中的水分有一半以上来自于深层土壤,表层土壤水分的贡献决定枣树体内的水分平衡和受胁迫的程度.枝条中的δD值与枝条栓塞程度、叶片水势和光合速率显著相关,枝条δD值可以作为水分生理状态的一个指标.利用枝条δD值来量化植物水分欠缺程度,可以为植物水分利用效率研究提供参考.     

青海共和盆地不同林龄乌柳林的水分利用策略

利用稳定同位素技术,测定共和盆地不同林龄(5、9、25 a)乌柳枝条木质部和土壤各层水分的δD值、δ18O值,分析它们是否随林龄变化而选择性地利用不同深度的土壤水分,并通过测定不同林龄乌柳叶片的δ13C值,分析比较它们的长期水分利用效率。结果表明:5 a乌柳主要利用源自降雨的10～50 cm深处的浅层土壤水分,9 a乌柳主要利用降雨补充的20 cm和地下水补充的30～50、150 cm深处的土壤水分,25 a乌柳主要利用降雨补充的10～20cm和地下水补充的50 cm深处的土壤水分。3个林龄乌柳的水分利用效率差异显著,5 a乌柳的水分利用效率明显高于9 a和25 a乌柳,9 a和25 a乌柳水分利用效率类似。水分利用策略的分析结果表明:9～25 a乌柳处于稳定时期。     

乌兰布和沙漠5种灌木的水分利用策略

利用稳定性同位素技术测定乌兰布和沙漠黑沙蒿、沙冬青、白刺、柠条锦鸡儿和梭梭5种灌木枝条木质部和土壤各层水分的δD值,分析它们在不同季节对不同深度土壤水分的选择性利用;并通过测定灌木叶片(同化枝)的δ13C值,分析4种C3植物的水分利用效率。结果表明:白刺在夏初和秋末主要利用土壤浅层30～60cm的水分,而其他4种灌木则随着季节的变化选择性利用不同深度的土壤水分;白刺在夏初的水分利用效率显著高于秋末(P0.05),黑沙蒿、沙冬青和柠条锦鸡儿的水分利用效率则比较稳定;沙冬青、白刺和柠条锦鸡儿的水分利用效率均高于黑沙蒿。     

基于硝酸盐氮氧同位素的三门峡黄河湿地硝酸盐来源分析

三门峡黄河湿地属于国家级湿地自然保护区,是国家级珍禽白天鹅的栖息地及重要水源涵养地。为了解湿地沉积物氮的垂直分布(0~50 cm),定性判断硝酸盐的来源,通过对河水理化参数化及不同剖面沉积物中硝酸盐氮氧同位素特征值进行分析,结果发现:水体硝酸盐主要为无机氮,占比为95%,硝酸盐同位素特征值为14.89‰~15.95‰,10.78‰~13.60‰,与粪便污水相似;沉积物TON(0.01%~0.02%)和TOC(0.07~0.2%)含量较低,垂直分布变化不显著;沉积物中氨氮占无机氮的比例为68%~98%,表层沉积物中氨氮含量高于底层。沉积物δ¹⁵ N-NO^-₃垂直变化较大但无规律,特征值范围为-1.96‰~15.98‰,δ¹⁸ O-NO^-₃垂直变化较小,特征值范围为14.77‰~26.64‰,同位素特征值说明:沉积物中硝酸盐来源为混合源,其中,大气降雨和硝态氮肥为主要贡献源。     

额济纳胡杨林土壤含水量时空变化的研究

使用管状土壤水分仪,对额济纳胡杨林、沙枣林、柽柳林以及其它不同样地的土壤含水量时空变化进行了调查研究。结果表明,大部分样地有大约20CM的干沙层,使表层土壤含水量最低;土壤剖面的30~150CM土层内,随土壤深度的增加,土壤含水量逐渐增大;沙枣林和柽柳林的土壤含水量明显高于胡杨林土壤含水量;土壤质地的变化和三种林型耗水量的差异是土壤含水量高低变化的原因;2004年5月份的土壤含水量明显高于2003年7月份的土壤含水量。     

生根粉与肥料处理对多枝柽柳根系活力的影响

以2年生多枝柽柳为试材,研究了不同水平的生根粉、无机肥和有机肥对不同月份、不同土层深度多枝柽柳根系活力的影响。结果表明：（1）多枝柽柳根系活力从4月份到8月份呈单峰曲线,7月份达到最高;多枝柽柳的根系活力在20～60cm土层中随着土层深度增加根系活力逐渐下降,土层深度越深,根系活力越小。（2）3mg/mL生根粉、无机肥（尿素300kg／hm^2＋过磷酸钙400kg／hm^2＋氯化钾200ks／hm^2）和有机肥15000kg／hm^2对于提高20～40cm土层处的根系活力最好。（3）4．5mg／mL生根粉、无机肥（尿素300kg／hm^2＋过磷酸钙400kg／hm^2＋氯化钾200kg／hm^2）和有机肥15000kg／hm^2对于提高40～60cm土层多处的根系活力最好。     

秋季巴丹吉林沙漠东南缘人工梭梭林水分来源

2009 年秋季( 9 月份) 在巴丹吉林沙漠东南缘的绿洲 - 荒漠过渡带,选择栽植 2,5,10,20 和 30 年的人工梭梭林,测定 20,30,50,100,150 和 200 cm 土深的土壤含水量,应用稳定氧同位素方法研究人工梭梭林的水分来源。结果表明: 梭梭林 20 ～ 30 cm 土层含水量显著高于 150 ～ 200 cm 土层; 土壤浅层的水分来自夏末和秋初的自然降雨; 随林龄增加,梭梭对地下水的利用比例逐渐增加,而对浅层土壤水分的利用比例逐渐降低; 2 年生梭梭依次主要利用 100,20,30,50 和 200 cm 土壤水分,5 年生梭梭依次主要利用地下水以及 200,150,100 和 30 cm 土壤水分,10 年生梭梭依次主要利用地下水以及 200,150,30 和 20 cm 土壤水分,20 年生梭梭依次主要利用地下水以及200 和 150 cm 土壤水分,而 30 年生梭梭依次主要利用 50,100,150,200,30 和 20 cm 土壤水分; 在巴丹吉林沙漠东南缘,随着林龄增加,梭梭对降雨补充的土壤浅层水分的利用能力降低,而对土壤深层水分与地下水的利用又不足以维持其正常生长需要,这可能是导致人工梭梭林大面积退化的一个原因。     

Partitioning of soil water among tree species in a Brazilian Cerrado ecosystem

Source water used by woody perennials in a Brazilian savanna (Cerrado) was determined by comparing the stable hydrogen isotope composition (deltaD) of xylem sap and soil water at different depths during two consecutive dry seasons (1995 and 1996). Plant water status and rates of water use were also determined and compared with xylem water deltaD values. Overall, soil water deltaD decreased with increasing depth in the soil profile. Mean deltaD values were -35 per thousand for the upper 170 cm of soil and -55 per thousand between 230 and 400 cm depth at the end of the 1995 dry season. Soil water content increased with depth, from 18% near the surface to about 28% at 400 cm. A similar pattern of decreasing soil water deltaD with increasing depth was observed at the end of the 1996 dry season. Patterns consistent with hydraulic lift were observed in soil profiles sampled in 1995 and 1997. Concurrent analyses of xylem and soil water deltaD values indicated a distinct partitioning of water resources among 10 representative woody species (five deciduous and five evergreen). Among these species, four evergreen and one deciduous species acquired water primarily in the upper soil layers (above 200 cm), whereas three deciduous and one evergreen species tapped deep sources of soil water (below 200 cm). One deciduous species exhibited intermediate behavior. Total daily sap flow was negatively correlated with xylem sap deltaD values indicating that species with higher rates of water use during the dry season tended to rely on deeper soil water sources. Among evergreen species, minimum leaf water potentials were also negatively correlated with xylem water deltaD values, suggesting that access to more readily available water at greater depth permitted maintenance of a more favorable plant water status. No significant relationship between xylem water deltaD and plant size was observed in two evergreen species, suggesting a strong selective pressure for small plants to rapidly develop a deep root system. The degree of variation in soil water partitioning, leaf phenology and leaf longevity was consistent with the high diversity of woody species in the Cerrado.     

荒漠化地区土壤水分时空格局及其动态规律研究

本文应用长期定位研究方法对甘肃民勤荒漠化地区土壤水分时空格局及其动态规律进行了研究。研究结果表明：（1）荒漠化地区红柳群落与白刺群落土壤水分年际变化不明显，流动沙兵年际差异较大，最高达2.538%；（2）根据土壤水分季节变化特点，划分为土壤水分积累期、土壤水分消耗期与土壤水分稳定期；（3）土壤水分含量垂直变化规律是由表层到深层依次递增，受植被、气象、人为等外界因素影响，各群落土壤水分垂直变化范围差异很大；（4）不同坡位土壤水分差异很大，一般下坡位土壤含水量明显高于上坡位与中坡位土壤含水量，前者约是后两者的2倍，最高达到15．408％。     

不同树种种质耐苏打盐碱土的苗木试验

应用完全随机区组试验,对38份植物种质进行耐苏打盐碱能力试验,结果表明:白刺种质不适合在弱盐碱地块下生长。在低、中含盐碱地块下试验的苗木,其保存率差异极显著,但成活率差异都不显著。选出白榆57、72、212、216、8033,沙枣、白蜡、杜梨、西伯利亚白刺、齿叶白刺、甘肃柽柳、甘蒙柽柳和多枝柽柳为耐中度苏打盐碱土的植物。在高浓度土壤含盐量地块下,不同种质苗木成活率与保存率差异显著,筛选出西伯利亚白刺(通榆种源)、齿叶白刺、甘肃柽柳、甘蒙柽柳和多枝柽柳为耐重度苏打盐碱土的植物。     

Research on TemporaI and Spatial Patterns and Dynamic Laws of Soil Water at Eco-tope between Oasis and Desert

Based on long term and stationary research, the temporal and spatial patterns and dynamic laws of soil water content in Minqin desert area were studied. Some results are as follows:(1)The change of soil water content in different years is not obviously in shrub sand dune of Nitraria sibirica and Tamarix ramosissima, but it was great in shifting sand dune, the maximum is 2.538%; (2)The season dynamics can be divided into three stages: accumulating, consuming and stable; (3) The vertical change of soil water content distribution is obvious, i.e., decreasing with the depth; (4)Compared with the lower slope and middle slope,the upper slope has higher soil water content, the maximum is 15.408%.     

The long way down--are carbon and oxygen isotope signals in the tree ring uncoupled from canopy physiological processes?

The carbon (δ(13)C) and oxygen (δ(18)O) stable isotope composition is widely used to obtain information on the linkages between environmental drivers and tree physiology over various time scales. The tree-ring archive can especially be exploited to reconstruct inter- and intra-annual variation of both climate and physiology. There is, however, a lack of information on the processes potentially affecting δ(13)C and δ(18)O on their way from assimilation in the leaf to the tree ring. As a consequence, the aim of this study was to trace the isotope signals in European beech (Fagus sylvatica L.) from leaf water (δ(18)O) and leaf assimilates (δ(13)C and δ(18)O) to tree-ring wood via phloem-transported compounds over a whole growing season. Phloem and leaf samples for δ(13)C and δ(18)O analyses as well as soil water, xylem water, leaf water and atmospheric water vapour samples for δ(18)O analysis were taken approximately every 2 weeks during the growing season of 2007. The δ(13)C and δ(18)O samples from the tree rings were dated intra-annually by monitoring the tree growth with dendrometers. δ(18)O in the phloem organic matter and tree-ring whole wood was not positively related to leaf water evaporative enrichment and δ(18)O of canopy organic matter pools. This finding implies a partial uncoupling of the tree-ring oxygen isotopic signal from canopy physiology. At the same time, internal carbon storage and remobilization physiology most likely prevented δ(13)C in tree-ring whole wood from being closely related to intra-annual variation in environmental drivers. Taking into account the post-photosynthetic isotope fractionation processes resulting in alterations of δ(13)C and δ(18)O not only in the tree ring but also in phloem carbohydrates, as well as the intra-annual timing of changes in the tree internal physiology, might help to better understand the meaning of the tree-ring isotope signal not only intra- but also inter-annually.     

Variation in soil water uptake and its effect on plant water status in Juglans regia L. during dry and wet seasons

Temporal and spatial variations in the water status of walnut trees (Juglans regia L.) and the soil in which they were growing were traced by analyzing the differences in hydrogen isotopes during spring and summer in a 7-year-old walnut stand. Walnut root dynamics were measured in both dry and wet seasons. Walnut roots were mainly distributed in the upper soil (0-30 cm depth), with around 60% of the total root mass in upper soil layers and 40% in deep soil layers (30-80 cm depth). The upper soil layers contributed 68% of the total tree water requirement in the wet season, but only 47% in the dry season. In the wet season, total roots, living roots and new roots were all significantly more abundant than in the dry season. There were significant differences in pre-dawn branch percentage loss of hydraulic conductance (PLC), pre-dawn leaf water potential and transpiration between the dry and wet seasons. Water content in the upper soil layers remarkably influenced xylem water stable-hydrogen isotope (δD) values. Furthermore, there were linear relationships between the xylem water δD value and pre-dawn branch PLC, pre-dawn leaf water potential, transpiration rate and photosynthetic rate. In summary, J. regia was compelled to take a larger amount of water from the deep soil layers in the dry season, but this shift could not prevent water stress in the plant. The xylem water δD values could be used as an indicator to investigate the water stress of plants, besides probing profiles of soil water use.     

晋北干旱区盐碱地柽柳形态特征及其与土壤养分的关系

【目的】研究困难立地植被地上和地下部分对环境胁迫的响应,探讨植物叶、根形态对不良环境的适应策略,是逆境生理生态学研究的有效途径,可为困难立地造林及管理提供科学依据。【方法】以30年生柽柳Tamarix chinensis人工纯林为研究对象,分析其比叶面积(SLA)、细根比根面积(SRA)和比根长(SRL),并对0~60 cm不同土壤层次的全N、全P、速效K、Na、Mg、Ca、Zn、Fe、Cu等营养元素进行含量测定,研究盐碱地植物柽柳地上及地下部分形态特征及其与盐碱地土壤养分垂直分布格局的相关性。【结果】1)在晋北干旱区重度盐碱胁迫下的柽柳SLA显著高于轻度和中度胁迫(F=3.301,P=0.041);SRA在重度盐碱胁迫下高于轻度和中度胁迫,与轻度胁迫差异显著(F=0.154,P=0.015);SRL在不同盐碱胁迫等级下无显著差异(F=0.808,P=0.632),但在重度盐碱胁迫下其值明显高于轻度和中度胁迫。2)土壤全N含量表现为浅层高于深层,且重度胁迫盐碱含量明显低于轻度胁迫,全P、Cu含量在不同盐碱胁迫及不同土壤深度差异均不显著,速效K、Fe含量在不同盐碱胁迫下表现出完全不同的分布格局,Na含量在不同盐碱胁迫下差异显著,Mg、Ca、Fe含量在15~60 cm土壤表现出重度盐碱胁迫高于轻度和中度盐碱胁迫土壤,Zn含量在不同盐碱胁迫间差异不显著。3)不同的土壤营养元素对柽柳叶、根形态特征的作用机制不同,土壤速效K与柽柳SLA、SRA和SRL均呈显著正相关关系(P<0.05),Zn与柽柳SRA、SRL呈显著负相关关系(P<0.05),土壤全P和Fe含量与SRL呈显著正相关关系(P<0.05),其中以30~45 cm土壤养分含量与柽柳形态特征的关系最为密切,此土壤深度全N含量与SLA、SRA和SRL均呈显著负相关关系(P=0.038,0.019,0.006)。【结论】研究结果可为树种立地适应性评价、该区域植被恢复以及生态环境改善提供理论参考。