全 文 ：第 34 卷第 21 期
2014年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.21
Nov.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(40971118);河北师范大学硕士研究生科研基金项目(201202021);河北省自然地理学省级重点学科资助项目
收稿日期:2013鄄10鄄09; 摇 摇 修订日期:2014鄄05鄄29
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: chenhui@ igsnrr.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201310092427
邢星,陈辉,朱建佳,陈同同.柴达木盆地诺木洪地区 5种优势荒漠植物水分来源.生态学报,2014,34(21):6277鄄6286.
Xing X,Chen H,Zhu J J,Chen T T.Water sources of five dominant desert plant species in Nuomuhong area of Qaidam Basin.Acta Ecologica Sinica,2014,34
(21):6277鄄6286.
柴达木盆地诺木洪地区 5种优势
荒漠植物水分来源
邢摇 星1,陈摇 辉1,*,朱建佳1,2,陈同同1
(1. 河北师范大学资源与环境科学学院,河北省环境演化与生态建设实验室, 石家庄摇 050024;
2. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京摇 100101)
摘要:通过测定柴达木盆地诺木洪地区 5种荒漠植物木质部水分及其不同潜在水源的稳定性氢氧同位素值,利用多源线性混合
模型(IsoSource)分析了不同水分来源对荒漠植物的贡献率。 结果表明:当地大气降水线为 y = 7.019x-3.217 (R2 = 0.970,P<
0郾 001),很好地反映了该地区气温高、湿度低的气候特点。 诺木洪地区 5 种优势植物整个生长季使用土壤水比例最大,其次为
地下水。 驼绒藜使用 10—50 cm土壤层水分,白刺、柽柳利用 50—70 cm土壤层水分比例最大,这两种植物存在对 50—70 cm土
壤层水分的竞争;麻黄和沙拐枣对各层土壤水分的利用比例较为平均,因此存在对各层土壤水的竞争现象。 4 种灌木白刺、麻
黄、柽柳、沙拐枣在生长季对不同水源的利用存在转换,但生长季末期都对地下水利用比例逐渐增大。 地下水是荒漠植被的重
要水源,因此维持干旱半干旱地区地下水水位对荒漠植物的生长具有重要意义。 植物根系贯穿于整个土壤剖面,但是根系分布
与其吸水位置不完全对应,过去利用根系结构进行植物水分来源判断的方法存在一定的局限性。
关键词: 柴达木盆地; 诺木洪;荒漠植物;水分来源;氢氧同位素
Water sources of five dominant desert plant species in Nuomuhong area of
Qaidam Basin
XING Xing1,CHEN Hui1,*,ZHU Jianjia1,2,CHEN Tongtong1
1 College of Resources and Environment Sciences,Hebei Normal University,Hebei Key Laboratory of Environmental Change and Ecological Construction,
Shijiazhuang 050024,China
2 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101,China
Abstract: Water is one of the essential substances to maintain the plant system. Water resource selection is an important
selection process in the botany cycle. Despite precipitation is the ultimate water source for all plants, factors like
evaporation, difference in altitude, geological aquifer features, differences in the soil water characteristics may all influence
both values of stable hydrogen and oxygen isotope (啄D, 啄18O). Where the plant extracts water is supposed to be revealed by
comparing the water 啄18O、啄D values from stem xylems with that from the available water sources. Qaidam Basin is located in
the northeast of Tibetan Plateau with its typical desert ecosystem being significantly sensitive to global change. Nevertheless,
there is no information found on how its plant system distributes their water exploration among the available water sources in
that area. How the river water and precipitation influence the plant water sources is unknown. The objective of this study is
to determine the proportions of different water sources drawn by selected dominant plant species, examine the consistence of
this proportion for different plant species during the growth season, investigate the water competition conditions among the
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selected dominant species. Five local dominant plant species (Ceratoides latens, Nitraria tangutorum, Ephedra sinica,
Tamarix ramosissima, Calligonum mongolicum) were selected to test the stem water 啄18O and 啄D using Picarro L鄄2130i and
Finnegan MAT-253. 啄18O and 啄D was also tested for different available water resources including groundwater, river water,
soil water ( profiled as 0—10 cm,10—30 cm,30—50 cm,50—70 cm,70—90 cm) and effective precipitation at same
time, as sampled every 15 days during June to September in 2010 in Nuomuhong Area. Meanwhile Decagon忆 s Em50 Em50R was used to measure soil water content. The Multi-source mixed linear model (IsoSource) was used to analyze the
contribution of different water sources to these desert plants. The local meteoric water line ( LMWL) equation was y =
7.019x-3.217(R2 = 0.970, P<0.001), which indicated the warm and dry climate features of the study area. The result of
啄18O and 啄D analysis showed that the selected plant species mainly used soil water in the whole growth season. The
groundwater was the second major water sources. Ceratoides latens mostly used soil water in 10—50 cm. Nitraria tangutorum
and Tamarix ramosissima absorbed most soil water from 50 to 70 cm. Soil water competition existed in 50—70 cm between
these two species. Ephedra sinica and Calligonum mongolicum used soil water from each layer more evenly. So their water
competition exists in the whole profile. Nitraria tangutorum, Ephedra sinica, Tamarix ramosissima and Calligonum
mongolicum changed the absorbing proportion of different water sources during growth season. Groundwater utilization is
increased gradually in the test season as the plant grows, which indicated that groundwater is an important water source to
the desert vegetation. Thus maintaining the groundwater tables in arid and semi鄄arid area is important for desert plant
system. For water scarce region, desert shrub root phenotype or spatial structure is an important aspect for root functioning.
Mostly plant root system distributed throughout the whole soil profile. It does not always coincide with the water abstracting
profile. So the way of judging the plant water sources only based on plant root profile has its limitation.
Key Words: Qaidam Basin; Nuomuhong area; desert plants;water sources;stable hydrogen and oxygen isotope
摇 摇 水分是维持植物生命系统的重要物质,水分来
源的选择便成为植物生命周期中的重要选择过程。
植物水分来源包括地下水、地表水、土壤水等等,但
是大气降水却是这些水分的最终来源[1]。 虽然植物
所吸收利用的水分均来自于降水,但是由于蒸发因
素、海拔高度差异、蓄水层地质特征、土壤对水分吸
收溶解浓度的差异等因素,都会造成水中 啄18O、啄D
的不同[2鄄3]。
有研究认为,水分在从根系到叶片的蒸腾作用
下会在叶片中产生同位素的富集[4],少部分排盐的
盐生植物根系会在从土壤吸收水分的过程中发生同
位素的分馏[5],但大多数植物在这一过程中水分的
氢氧同位素不会发生分馏[6鄄8]。 而且,水分在植物茎
中向上传递的过程中,利用木质部的运输,不存在稳
定同位素分馏的现象[9]。 因此,通过对比植物茎木
质部与各个来源水分的 啄18O、啄D 值,便可以找出该
种植物是运用何种来源的水分进行生长[10],为利用
稳定性同位素来分析植物水分来源提供了理论
基础。
稳定同位素技术到 20 世纪 70 年代才应用到生
态学领域,该项技术在确定植物群落水分来源方面
得到了广泛的应用,近年来许多学者致力于对干旱
区植物水分来源研究。 新的研究发现:干旱区不同
海拔梯度条件下乔木、灌木都有不同程度的利用夏
季降水的状况[11]。 研究发现:灌溉前后幼龄柽柳表
现出对水源利用的转换,而成年柽柳则对灌溉反映
不敏感[12]。 降水较多的样地,植物更倾向于利用浅
层土壤水[13];气候越干旱,植物越倾向于利用深层
土壤水以及地下水[14]。 也有研究认为,不同季节植
物对水源的利用比例也存在转换[15鄄16]。 但是地处青
藏高原的柴达木盆地,荒漠生态系统对全球变化具
有敏感响应和强烈影响[17],至今也未见对柴达木盆
地植物水分来源报道,并且在以往的研究中,并没有
注意到河水、降水对植物水分来源的影响。 柴达木
盆地优势植物在整个生长季对不同水源的利用比例
如何,生长季初期和末期水分利用比例是否一致以
及优势种之间是否存在水源竞争等问题也并未
知晓。
本文对柴达木盆地东部诺木洪地区 5 种荒漠植
物水分来源进行定量分析,通过荒漠植物水分利用
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的总体特征、季节规律和物种间的差别,研究柴达木
盆地植物水分利用机理,探讨干旱地区植物适应环
境策略,为我国干旱半干旱地区荒漠生态系统的维
护和稳定提供基础理论依据。
1摇 材料和方法
1.1摇 研究区概况
研究区位于我国青藏高原东北部,青海省海西
蒙古族藏族自治州都兰县境内(图 1)。 属于高原大
陆性气候,平均海拔较高,气候干旱,生长季较短,集
中在每年的 6—9 月。 根据全国气象站点的逐日数
据计算得出研究区 56年(1957—2012)平均气温 4.9
益,多年平均降水量 43.5 mm。 2010 年均温 6.2 益,
植物生长季 6—9月降水量分别为 81、17郾 2、19、14.8
mm,生长季降水总量为 132. 0 mm,占年降水量
(149郾 0 mm)的 88.6%,蒸发量 2800 mm 远大于降水
量。 土壤多以荒漠土壤为主,植被则以抗旱能力好
的荒漠灌丛为主。 诺木洪样地采样点位于: 36毅22忆
49.26义 N, 96毅24忆36.06义 E,海拔 2858 m。
图 1摇 研究区及采样点位置图
Fig.1摇 Location of the study area and the sampling site
1.2摇 实验方法与样品分析
1.2.1摇 取样方法
植物样品包括当地所有优势种: 驼绒藜
(Ceratoides latens)、白刺(Nitraria tangutorum)、麻黄
(Ephedra sinica)、柽柳(Tamarix ramosissima)、沙拐
枣(Calligonum mongolicum)。
2010年 6—9月每 15d采集 1次样品,采样开始
时间为 6月 15日,结束时间为 9月 30日。 为了尽量
减少光照强度等外界条件对同位素分析结果的影
响,采样过程保证在 9:00 到 11:00 间完成。 在样地
选择生长状况较良好、高度较为一致的植株作为植
物茎样品的采集对象。 选取 5 棵有代表性的驼绒
藜、白刺、麻黄、柽柳、沙拐枣,在朝向一致的大枝条
上选取一根小的树枝,截取直径 0.2 cm 左右的栓质
化小茎,快速装入已经准备好的 4 mL 螺纹玻璃样品
瓶中,拧紧瓶盖。 在上述植物分布的样点附近选择
地势相对均一的地方挖 3 个 1 m 深的土壤剖面,分
别采集 0—10 cm、 10—30 cm、 30—50 cm、 50—
70 cm、70—90 cm 土层的土壤,装入 4 mL 螺纹样品
瓶中,拧紧瓶盖。 植物取样同时收集距离取样点最
近的 24 m 深井井水代表样点的地下水。 该井位于
36毅25忆48义 N,96毅24忆36义 E,距离采样点大约 5.6 km。
采集样地附近河水,搅动表层水以保证样品的均质
性。 收集取样前最近一次降水,装入取样瓶中。 所
有样品均取 3个重复,用封口膜密封冷藏保存,共采
集样品 306个。
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1.2.2摇 样品分析
先使用低温真空抽提法抽提植物茎和土壤样品
中的水分,过 0.22 滋m滤纸后放入 2 mL样品瓶。 水
样直接过 0.22 滋m 滤纸放入 2 mL 样品瓶待测。 本
次实验中全部水样使用 Picarro L2130鄄i 超高精度液
态水和水汽同位素分析仪进行同位素的测定。 液态
水测量的典型精度 啄18O 为 0.011译;啄D 为 0.038译。
该仪器自带 ChemCorrect 有机污染物校验软件可以
通过光谱分析对不同污染物进行标记,从而得出该
结果是否可靠。 存在有机污染的全部植物茎样品以
及部分土壤样品在中国科学院地理科学与资源研究
所同位素质谱仪 Finnegan MAT鄄253分析。 分析得出
的 啄D、啄18O是同标准平均海洋水 SMOW的千分差。
啄X=[R样品 / R标准-1] 伊1000
式中,R样品为待测样品的氢或氧同位素自然丰度比,
R标准为标准海洋水 SMOW的氢或氧同位素自然丰度
比。 随机抽取诺木洪地区无有机污染的样品 17 个
同时用 Picarro 和质谱仪测定,测定结果采用 Anova
单因素方差分析显示: 啄18 O 和 啄D 均值分别为
-6.577译、-6.173译和-58.118译、-53.253译,两种测
定方法结果无显著性差异(P>0.05)。 土壤含水量使
用 Decagon公司 Em50 \Em50R仪器进行测定。
1.2.3摇 数据分析
不同土壤层含水量以及土壤水 啄18O 的差异用
SPSS 17.0统计软件进行分析。 不同水源对植物的
贡献率用多源线性混合模型( IsoSource)分析,计算
时增幅为 1%,不确定水平为 0.1%。
2摇 结果与讨论
2.1摇 诺木洪降水同位素特征
Craig[18]根据全球降水中氢氧同位素存在的线
性关系,通过计算得出全球尺度下二者之间的关系,
将其定义为大气水线 ( Meteoric Water Line, 即
MWL): 啄D = 8啄18 O + 10。 Dansgaard 提出过量氘
(deuterium excess)的概念:d = 啄D-8啄18O。 d 值在全
球尺度下为 10,即全球尺度下大气水线的截距。 过
量氘反映了降水形成时局部地理要素,以及海水蒸
发时的条件,因此比较普遍地运用到降雨水汽来源
的研究中。
根据测得的诺木洪降水样品中稳定性氢氧同位
素的值,得出该地大气水线 y = 7.019x-3.217(R2 =
0郾 970,P< 0. 001) (图 2),斜率为 7. 019,截距为
-3.217,斜率小于全球平均值说明该地区气候干燥,
截距呈现负值说明该地区气温高、湿度低。 对诺木
洪地区进行过量氘计算,均值为(5.674依3.18)译,低
于大部分地区雨水 d值(10译左右)说明本地夏季水
汽辐合较强,在干燥气候条件下形成降雨,水滴降落
过程蒸发强烈。 通过对诺木洪地区植物茎、河水、分
层土壤水中 啄D—啄18O 分布点与该样地大气降水线
进行比较,分析结果表明:由于地下水位较浅,河水
入渗量较大,地下水、河水 啄18O 值偏小,均位于大气
降水线的上方[19]。 土壤水、植物水的 啄18O、啄D 值多
位于该地大气降水线右下方,说明该地区存在强烈
的蒸发作用,和降水相比重同位素富集明显。 图中
土壤水、地下水、河水除少量点距离大气降水线较远
外,其余都分布于大气降水线附近,说明诺木洪地区
降水对土壤水、地下水、河水等都有补给作用[20]。
图 2摇 诺木洪植物茎水以及各种水分来源 啄D—啄18O 与当地大
气降水线关系比较
Fig.2 摇 Relations between 啄D and 啄18 O values of plant stem
water, precipitation, soil water, river water, groundwater,
and local meteoric water line
2.2摇 诺木洪土壤含水量及不同水体 啄18O的特征
由图 3 可知诺木洪在 2010 年生长季降雨事件
较多,但是大于 15 mm的降水只有两次:6 月 7 日和
8月 3日,降水量分别为 52 mm和 16.7 mm。 由于夏
季水汽辐合能力较强,雨滴在降落过程中蒸发强烈,
使得 啄18O较高的局地水汽进入降水云团,致使降水
中过量氘较低,而 啄18O较高。 降水量的变化对土壤、
植被、水文等方面都会产生影响。 降水可以直接补
充土壤中的水分,降水量的大小对水分的补充有效
程度却不同,有研究认为小于 5 mm的降水不能对土
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壤水分起到有效的补充,而只能降温和缓解旱
情[21]。 杜建会[22]等人的研究认为甘肃民勤地区发
生 47.6 mm 的强降雨事件后,发育中和活化阶段的
沙堆补给深度可达 50 cm,稳定阶段的白刺沙堆也可
以达到 30 cm。 2010年诺木洪地区生长季的降雨总
量达到 132.0 mm,尤其是 6月 7日的降水,超过有历
史记录以来的日降水极值,达到暴雨级别,对土壤水
分进行了很好的补给。 对比诺木洪地区土壤剖面
啄18O与降水 啄18O值(图 5),降水 啄18O 与 50 cm 土壤
水 啄18O值最接近,因此笔者认为诺木洪降水补给深
度可以达到 50 cm。
对比不同土层土壤含水量(图 4),50 cm土壤层
含水量较高(8.5%),10 cm、30 cm 以及 70 cm 层土
壤含水量较为接近,90 cm 含水量最少(7.1%)。 诺
木洪地区河水中 啄18O 的变化范围是:-11.823译—
-7.101译,平均值为 ( - 10. 316 依 0. 491)译 (Mean 依
SE);地下水样品中 啄18O 的变化范围是:-11.437译—
-5郾 752译,平均值为 ( - 10. 009 依 0郾 671)译(Mean 依
SE)。 河水以及地下水 啄18O 波动范围较小。 由于地
下水较为稳定,并且循环周期慢,其中 啄18O值较河水
波动小。
图 3摇 诺木洪 2010年 6—9月降水量、降水 啄18O及过量氘
Fig.3摇 Precipitation,啄18O values and deuterium excess from June to September, 2010 in Nuomuhong area
图 4摇 诺木洪土壤剖面含水量变化
Fig.4摇 Variations of soil water content along soil profiles in
Nuomuhong area摇
摇 摇 对诺木洪地区河水、地下水以及土壤水分析发
现(图 5),河水中 啄18O与地下水、土壤水相比偏负。
图 5摇 诺木洪不同植物茎及各水源 啄18O均值
Fig.5摇 啄18O values profiles of different plant stem water and
water sources in Nuomuhong area
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造成这一现象的原因可能有两个:一是河水在入渗
补给地下水和土壤水的过程中会有分馏作用导致重
同位素的富集;二是当河水已经转化为土壤水之后,
土壤剖面中的水分也会受到蒸发的影响,啄18O 值因
此升高[23]。 诺木洪地区河水的补给主要来自于南
部昆仑山冰雪融水[24],本次实验在玉珠峰采样的冰
川水 啄18O 值为-11.2译,与诺木洪河水 啄18O 值很接
近。 本研究区内分层土壤中的 啄18O 值在 0—10 cm
表层土壤中以及 50—70 cm 土壤层值偏高。 0—10
cm层 啄18O 偏高的原因是干旱地区表层土壤水通过
啄16O强烈蒸发而使重同位素 啄18O在表层土壤剖面相
对富集;50—70 cm 土壤层 啄18O 偏高可能是由于该
土层水被植物利用较多。 30—50 cm 层土壤水 啄18O
变小,结合土壤含水量进行分析,由于含水量的增多
导致 啄18O值下降,降水 啄18O 值同 30—50 cm 土壤层
重合,说明雨水能补给到该土壤层 30—50 cm 深处。
田立德[25]等在研究青藏高原那曲地区时发现,大约
7d之前的降水 啄18O 值与土壤层 20—30 cm 处 啄18O
相对应。
2.3摇 植物水分来源分析
2.3.1摇 植物利用各种来源水分定量分析
将采集到的所有水源样品加入分析,对比每个
采样日期每种植物对水分的吸收利用情况(图 6)。
所有植物对水分利用来源的选择显示(图 7),土壤
水是植物水分利用的一个重要来源,其次是较为稳
定的地下水。 对于河水以及降水的分配比例出现了
两种情况,驼绒藜、麻黄、柽柳使用河水大于降水,白
刺、沙拐枣使用降水大于河水。
图 6摇 诺木洪所有样品 啄18O值
Fig.6摇 啄18O values of all samples
图 7摇 诺木洪地区优势种生长季平均水分利用比例
Fig.7摇 The water use proportion of dominant plant species in growth season in Nuomuhong area
摇 摇 分析 5种植物在不同季节水源利用变化(表 1)
发现,在生长季初期和末期,驼绒藜对各种来源水分
利用比例较为平均,6月 15日对 10—30cm土壤层水
的利用达到 67.6%,可能与 6月 7日强降雨的持续影
响有关。 生长旺季主要利用 30—50 cm 土壤水;白
刺在生长季初期使用 50—70 cm 土壤层中的水分,
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生长旺季最多利用地下水,其次为表层土壤水,生长
季末期则对地下水利用比例显著增大;麻黄在生长
季初期对各来源水分利用比例较为平均,生长旺季
开始对地下水利用比例逐渐升高,到生长季末期则
对地下水利用比例升高至 71.6%;柽柳在生长季初
期对 50—70 cm 土壤层中的水分利用比例最多,生
长旺季可同时利用 50—70 cm 土壤水以及地下水,
到生长季末期则更倾向于使用地下水;沙拐枣在生
长季初期对各种来源水分利用较为平均,生长旺季
对降水(31%)以及地下水(25.7%)平均利用比例较
大,生长季末期对地下水利用比例也达到 24.6%。
表 1摇 诺木洪地区 5种优势植物生长季水分利用比例 / %
Table 1摇 Water use ratio of five dominant plant species in Nuomuhong area
种类
Species
时间
Time 0—10 cm 10—30 cm 30—50 cm 50—70 cm 70—90 cm
河水
River water
地下水
Groundwater
降水
Precipitation
驼绒藜 06鄄15 10.2 67.6 3 0.5 1 10.7 6.4 0.6
Ceratoides 06鄄30 12.5 10.2 13.8 13.8 14.7 17.9 17.1
latens 07鄄15 10.8 11.6 12.5 7.3 14.9 14.3 13.7 14.9
07鄄30 0.9 1.2 89.8 2.8 1.2 1.4 1.6 0.2
08鄄15 9.6 9.7 17.4 14.1 17 16.9 15.4
08鄄30 3.9 8.6 20.2 23.5 12.9 10.5 20.4
09鄄15 3.2 15.3 22.8 24.6 12.5 4.4 16.1 1.2
09鄄30 13.3 13.1 11.9 13.3 13.6 14.3 9.5 11.1
白刺 06鄄15 1 0.8 1.5 71.7 4.4 1 1.1 18.4
Nitraria 06鄄30 0.2 0 0.2 0.2 0.3 8 91.1
tangutorum 07鄄15 9.7 10.5 11.5 6.3 15.4 15.7 15.4 15.6
07鄄30 16.1 13.7 7 9.9 13.7 12.4 11.8 15.4
08鄄15 36.3 34.9 5 9.9 6 3.4 2.4
08鄄30 14.2 18.3 12.3 10.2 15.4 17.2 12.3
09鄄15 4.3 15.3 20.8 22.1 13.1 5.5 15.9 2.1
09鄄30 5.2 5.1 16.4 5.2 10 6.4 48.1 3.7
麻黄 06鄄15 13.8 13.1 14.5 9.1 11.7 13.8 14.1 9.8
Ephedra 06鄄30 1.5 1.1 2 1.9 2.3 28.4 62.9
sinica 07鄄15 1.8 2.1 2.5 0.9 6 20 60.2 6.5
07鄄30 15.5 14.4 7.6 10.6 14.4 13.2 12.6 11.7
08鄄15 10 10.1 17.2 14.5 17 16.4 14.8
08鄄30 11.8 17.2 13.1 11.1 16.1 17.3 13.4
09鄄15 3.9 15.6 21.6 22.7 12.8 5.1 16.4 2
09鄄30 2.7 2.7 9.4 2.7 5.6 3.4 71.6 1.9
柽柳 06鄄15 0 0 0 96.3 0.3 0 0 3.3
Tamarix 06鄄30 5.6 4.2 6.5 6.5 7.2 31.8 38.3
ramosissima 07鄄15 4.9 5.5 6.3 2.8 12.9 24.1 29.7 13.9
07鄄30 16 14 7.2 10.2 14 12.7 12.1 13.8
08鄄15 30.9 30.1 7.6 12.4 8.5 5.8 4.6
08鄄30 2.1 5.1 18.3 42.4 8.2 6.6 17.3
09鄄15 0.4 4.7 27 58.5 3.2 0.7 5.3 0.1
09鄄30 6.7 6.6 19.8 6.7 12.7 8.2 34.5 4.9
沙拐枣 06鄄15 14.4 13.9 14.5 8.3 10.9 14.4 14.6 9
Calligonum 06鄄30 2.8 2 3.3 3.3 3.7 32.9 51.9
mongolicum 07鄄15 1.6 1.9 2.2 0.8 5.4 18.4 63.7 5.9
07鄄30 5.3 4.3 1.9 2.9 4.3 3.8 3.6 74.1
08鄄15 34.4 33.1 6.3 10.6 7.1 4.8 3.7
08鄄30 6.9 13 16.8 15 16.5 15 16.7
09鄄15 15.6 11.6 10.5 10.2 12.1 15.5 11.4 13
09鄄30 8.2 8.1 19.9 8.2 14.8 10 24.6 6.1
3826摇 21期 摇 摇 摇 邢星摇 等:柴达木盆地诺木洪地区 5种优势荒漠植物水分来源 摇
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摇 摇 植物对资源的竞争是一种普遍现象,多数生态
系统的竞争主要发生在地下根系对水分和养分的竞
争[26鄄27],同一生境中吸水层位相似的植物间存在对
水源的竞争现象[28]。 因此,在生长季初期,白刺和
柽柳对 50—70 cm 土壤层中的水分存在竞争,驼绒
藜、麻黄和沙拐枣则对每层土壤水都有竞争现象;生
长旺期,4种灌木白刺、麻黄、柽柳和沙拐枣开始对地
下水竞争,到生长末期,对地下水源的竞争加剧。
2.3.2摇 植物利用土壤水分定量分析
对诺木洪地区 5种植物土壤水分利用比例进行
深入分析。 驼绒藜在整个生长季对表层 0—10 cm
土壤层利用比例最少,其次为 50—70 cm 土壤层,对
30—50 cm土壤层中的水分利用比例最高,平均可以
达到 32.33%。 白刺利用 50—70 cm土壤层中的水分
最多。 麻黄对各层土壤水分利用比例较为平均。 柽
柳对于 50—70 cm 的土壤层利用比例最多,情况与
白刺相似。 沙拐枣对各土壤层中水分利用比例较为
均匀,没有出现对某层水分的过于依赖。
植物生长于土壤之中,土壤水是植物水的直接
来源。 植物根系吸收土壤水分这一过程,控制着水
分状态和光合作用等[29]。 对于水分稀少的荒漠地
区来说,荒漠灌木根系表现型或者空间结构特征是
划分根系功能的重要依据[30]。 驼绒藜在土壤水使
用方面与其他植物不同。 驼绒藜属于半灌木,而白
刺、麻黄、柽柳、沙拐枣都属于灌木。 白刺主根粗壮,
入土较浅,根系以 0—40 cm 土层比例较大,但是平
均根深 80 cm,甚至 1 m以上[31]。 麻黄主根发达,毛
根分布范围广[32],根系发达,呈网络状固结土壤[33]。
深根系植物柽柳,在天山地区的挖掘发现其主要根
系分布范围为 50—160 cm,最深可达 300 cm,0—
60 cm根系分布较少[34]。 柽柳对 50—70 cm 以及深
层地下水利用比例较高,同徐贵青,朱林[35]等的研
究结果一致。 沙拐枣根系较深,侧根在 10—20 cm
层分布最多,吸水能力也更强[36]。 前人对沙拐枣的
研究中认为,其水平与垂直根系均发达,可以利用到
深层土壤水。 在本研究中发现该植被对地下水源的
利用比例很大,这一现象同麻黄相似。 因此,植物根
系可能会存在于整个土壤剖面,但是根的存在却并
不意味着对土壤水分吸收活跃。 植物用来吸收水分
的活根往往会因为外界条件的刺激而改变。 4 种灌
木白刺、麻黄、柽柳、沙拐枣根系都比较深,在整个生
长季对不同水源的利用比例却存在差异。 生长季初
期白刺、柽柳对 50—70 cm 土壤水利用比例最大,麻
黄和沙拐枣则对各种水源利用比例较为平均,但是
在生长季的末期,这 4 种植物都对地下水利用比例
最高。 这一结果表明,过去利用根系结构进行植物
水分来源判断的方法存在一定的局限性。 植物根系
分布的位置,不一定是其吸收水分的位置。
地下水是多数荒漠植物重要的水分来源[37]。
地下水位下降可以直接影响土壤水分和养分分布,
引起植物对水资源竞争,从而影响荒漠植被分布、生
长、种群演替等群落格局[38]。 樊自立等认为西北干
旱区生态地下水埋深深度可以在很大程度上影响非
地带性中生和中旱生植被[39]。 杨自辉[40]等通过对
民勤地区地下水和降水监测研究白刺群落消长,发
现地下水位的下降驱动绿洲外围环境的旱化。 刘发
民[41]等认为巴丹吉林沙漠西南缘柽柳可在 0—200
cm范围内土壤含水量较低的条件下生存。 梁少
民[42]等对塔克拉玛干腹地灌水量分析认为,根系区
土壤水分低于 2.5%沙拐枣就会受到干旱胁迫。 诺
木洪地区系潜水,随着城市化建设进程加快,用水量
逐渐加大。 在本研究中发现,生长季末期,本研究区
植物对地下水利用比例普遍较高,因此维持地下水
水位将对本区植物的生长极为重要。
3摇 结论
(1) 诺木洪地区大气降水线为 y= 7.019x-3.217
(R2 = 0.970,P<0.001),很好地反应了干旱区的气候
特点。 斜率小于 8,截距为负,表明该地温度高湿度
低。 大气降水过量氘值较低,表明本地降水中来自
局地蒸发的水分较多。 诺木洪地区河水、地下水、土
壤水都位于大气降水线附近,说明降水都对他们有
补给作用。 河水主要来源于山区冰雪融水,对地下
水补给量大,所以 啄18O值较小,位于大气降水线左上
方;此地气候干旱蒸发强烈,造成土壤水中 啄18O的富
集,所以位于大气降水线下方。
(2) 诺木洪地区 5种优势种植物都使用土壤水
比例最大,其次为地下水。 半灌木驼绒藜使用 10—
50 cm层土壤水分,灌木白刺、麻黄、柽柳、沙拐枣在
土壤水分利用比例方面存在显著不同,白刺、柽柳吸
水层位相同,都对 50—70 cm 土壤层水分吸收最大,
存在对该层水分的竞争;麻黄和沙拐枣对每层土壤
4826 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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水分的利用比例较为平均,出现对土壤水分的竞争
现象。
4种灌木白刺、麻黄、柽柳、沙拐枣生长季的不同
时期都存在对利用水源的转换现象,但是到生长季
末期,都对地下水的需求较多。 因此维持干旱半干
旱地区地下水水位对荒漠植物的生长具有重要
意义。
(3) 植物根系贯穿于整个土壤剖面,但是根的
存在却并不意味着对土壤水分吸收活跃。 植物用来
吸收水分的活根往往会因为外界条件的刺激而发生
改变。 因此,植物根系分布的位置,不一定是其吸收
水分的位置。 过去利用根系结构进行植物水分来源
判断的方法存在一定的局限性。
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