水資源在糧食生產和生態修復中的關鍵作用，特別是在頻繁出現的高溫、干旱等極端天氣條件下，威脅糧食生產，加速土地退化。研究指出，中國作為人均水資源低于世界平均水平的國家，農業用水已占全國總用水量的60%以上，但整體用水效率較低且區域差異顯著。尤其在山區和丘陵地區，土壤侵蝕和厚度減少嚴重影響了蓄水能力，加劇了干旱頻發和作物減產的風險。為應對這些挑戰，本文強調了通過優化農業管理實踐，提高用水效率，以緩解干旱脅迫，維持作物產量的重要性。本次田間試驗在中國科學院鹽亭紫色土農業生態站進行，該站位于中國四川盆地中北部，海拔400-600m（東經105° 27’，北緯 31°16’）（圖 1）。該地區屬于中亞熱帶季風氣候，平均氣溫 17.3℃。年平均降水量為826mm，蒸發量為680 mm。降雨分布不均，約70%的年降水發生在夏秋季，季節性干旱頻繁，主要發生在春季和初夏。 圖1. 研究區域位置（a）、實驗地塊圖片（b）、地塊設計圖（c）、實驗地塊剖面圖（d）。本試驗土壤為鈣質紫色土，來源于蓬萊鎮組，屬于中溫土壤質地，被稱為新土，占四川盆地紫色土總量的四分之一以上（圖1）。鈣質紫色土剖面主要發育在頁巖和泥巖中，常與不透水的砂巖互層。淺層紫色土的下伏基巖限制了根系生長，入滲的大部分水分往往會因地下徑流繞過根區而流失。試驗土壤性質相似，平均值為：pH 值為8.37，土壤有機碳...
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2024
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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...
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2024
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檸條木是一種對水分需求較高的植物，它對土壤中的水分量非常敏感。而土壤有效水分和根系分布對檸條木質部水分有著重要的影響。當土壤中的有效水分不足時，檸條木的木質部水分會受到影響，導致植物生長緩慢甚至停滯。檸條木的根系通常較為發達，能夠深入土壤中尋找水分。如果根系分布廣泛且深入，那么檸條木就能夠吸收到更多的水分，從而保持木質部的水分平衡。因此，保持土壤中的適當水分對于檸條木的生長至關重要。下面這篇相關論文，我們來一探究竟。土壤有效水分與根系分布的協調改變了檸條的水源分配穩定同位素已被廣泛應用于根系水分吸收(RWU)的鑒定，通過將潛在水源分類為不同的端元，并評估其對木質部水分的貢獻。然而，估計端元(主要是土層)的貢獻通常僅基于土壤水同位素的變化。土壤有效水分和根系分布是RWU的關鍵限制因子，但在水源分配中很少考慮。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)加權值，比較了不同土層對檸條RWU的相對貢獻。我們使用三種貝葉斯混合模型(SIAR, simmr和MixSIAR)在三個不同土壤水條件的地點獲得了這些值(分別為平均值和加權貢獻)。我們計算了平均和加權貢獻(DC)的差異以及DC絕對值的累積(AADC)，以分析它們之間的差異及其與AWC和RWD的關系。加權和平均貢獻因地點和模型而異。我們得到以下AADC值:站點1-3使用SIAR分別為27.8%和11%;使用sim...
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2023
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太白山，是秦嶺山脈最高峰，也是青藏高原以東第一高峰，如鶴立雞群之勢冠列秦嶺群峰之首，以高、寒、險、奇、富饒、神秘的特點聞名于世、稱雄華中。李白的“西上太白峰，夕陽窮登攀”，“西當太白有鳥道，可以橫絕峨眉巔”，形象地將太白山的雄峻高聳烘托而出。如今，更是有不少中外游客慕名前來，一覽拔仙絕頂和云海奇觀，領略太白峰的險峻神秘。2020年，來自中國科學院地球環境研究所的研究團隊分別于5月、7月和9月登上太白山，在奇觀景象之中收集土壤和植物，開啟了葉片水氫氧同位素的相關研究。葉片水氫氧同位素的控制因素氫氧穩定同位素（δ2H和δ18O）常被用作示蹤劑來跟蹤水從降水輸入運移到土壤，最終通過土壤蒸發和葉片蒸騰釋放的過程。葉片水蒸騰對于調節各種尺度的水平衡至關重要。陸地植物葉片水通過氣孔蒸發分餾導致重同位素富集，這在很大程度上取決于等大氣條件（溫度和相對濕度等）以及生物生理過程。葉片水同位素信號整合到植物有機物中，例如纖維素和葉蠟，成為研究古氣候重建的新方法。然而，盡管葉片水同位素在生態水文學和有機生物合成中很重要，但人們對葉片水同位素的控制因素以及源水和水文氣候在確定葉片水同位素中的作用仍然缺乏了解且葉片內同位素分餾所涉及過程的復雜性使得準確預測和測量變得困難。基于此，在本研究中，來自中國科學院地球環境研究所的研究團隊于2020年5、7和9月在太白山（33.96°N，107.77...
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2023
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近年來，全球環境問題日益突出，資源的合理利用和環境的保護已成為全人類共同面臨的挑戰。水分是生命的基礎，對于植物的生長發育和生態系統的穩定運行起著至關重要的作用。然而，人類的過度開采和污染已導致嚴重的水資源短缺、土壤荒漠化等問題。沙柳作為一種生長在貧瘠土壤和干旱地區的植物，具有很強的水分利用能力和環境適應性。沙柳生長迅速，枝葉茂密，根系繁大，固沙保土力強，是中國沙荒地區造林面積最大的樹種之一。同時，它長而發達的根系，能夠迅速吸收土壤中的水分，高效利用水資源。其表面一層厚厚的葉蠟，也能夠減少水分的蒸發和流失，有效避免土壤干燥和水分的浪費。因此，通過對沙棘的深入研究和廣泛應用，我們可以有效地解決環境保護的問題。接下來這篇相關論文，我們來了解一下沙柳的水分利用來源。基于穩定同位素分析毛烏素沙地東北部不同林齡人工沙柳的水分利用來源沙柳具有很好的應對非生物脅迫（如干旱、寒冷、低肥力）的能力，已廣泛引入毛烏素沙地東北部以防風固沙及改善生態系統功能和服務。然而，早期引入的沙柳出現了退化和枯死現象。預計由于氣候持續變暖和人為干預增加，沙柳人工灌叢將出現更嚴重的干旱脅迫。鑒于人類世日益嚴重的水資源短缺和土壤荒漠化的持續擴大。了解植物與土壤水分關系并實施合理的水分管理策略，必須確定人工植被在沙漠生態系統中的水分利用模式。然而，對于不同發育階段沙柳的特性、調控和水源差異等研究還知之甚少。基于此，為確定毛烏...
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2023
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近日，強冷空氣在山西、寧夏和陜西等地兇猛登陸，帶來了降溫降雪的天氣。沒有冤情的四月飛雪，大自然再一次向人類展現了它的深邃。除了突如其來的降雪，大自然賦予的特殊天氣，還有極端而持續的干旱。在干旱區，由于水資源缺乏，植物的生存和生長受到嚴重脅迫，促使生態環境進一步惡化。為了應對干旱氣候，治理生態環境，相關的研究數不勝數。基于干旱區河岸濕地這一特殊的生態系統，今天我們來了解一篇研究植物水分利用模式的論文。干旱區河岸濕地優勢種植物的水分利用模式植物水分循環是研究陸地生態水文學的關鍵環節。在干旱區，由于有限降水和強烈蒸發，水資源是影響植物生存、生長和植被恢復可持續性的重要限制因素。近年來，由于高溫和干旱等極端天氣事件更加頻繁，土地退化加劇，使河岸濕地生態系統面臨降水減少、不同程度水位下降等干旱問題。極端干旱會降低水資源的可利用性和植被生產力，并給植物帶來不可逆轉的死亡風險。因此，了解植物水分利用模式可以揭示植物的生存策略和對不斷變化的水文氣候條件的反應，這是良好的生態管理和植被恢復的先決條件。濕地是連接水域生態系統和陸地生態系統的功能過渡區，其生態功能非常突出。因此，定量研究河岸濕地水分來源、補給途徑及其植物水分利用模式，是了解濕地生態水文循環的前提條件，將為干旱區濕地環境治理和生態安全提供理論依據與決策支持。干旱區是全球生態系統的的重要組成部分，河岸濕地具有水源供給、水文調節和土壤保持等生...
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2023
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【摘要】土壤含水量的時空異質性影響著土壤水和植物莖木質部水的同位素組成。然而，土壤水分條件對廣泛報道的土壤水-植物莖木質部水同位素偏差的影響尚缺乏系統地評估。為此，本研究連續兩年在兩個土壤水分條件不同的樣地測定了檸條莖木質部水和土壤水的δ2H和δ18O值（利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）提取土壤和植物莖木質部中的水分，然后進行同位素測量）。結果表明，在較濕潤的樣地1，莖木質部水與土壤水在兩年中都表現出明顯的同位素偏差（兩者的重疊率【研究區域】該試驗是在中國黃土高原北部六道溝小流域 (38°46′-38°51′N，110°21′-110°23′E)進行。【研究方法】(1) 土壤束縛水同位素的計算本研究中，將張力計在?60 kPa壓力下收集到的水分視為土壤移動水，而壓力值大于?60 kPa時收集到的水分則視為土壤束縛水。在土壤水分特征曲線上，土壤水吸力為60 kPa時對應的土壤含水量被認為是土壤束縛水的最大含水量。土壤水的質量含水量可以通過野外試驗測定。土壤水含水量與土壤束縛水最大含水量的差值為土壤移動水的含水量。最后，根據實測的土壤水與土壤移動水的同位素值，可以計算出土壤束縛水的同位素值。式中，δLMW 、δBW、δMW分別為土壤束縛水、土壤水和土壤移動水的同位素值，θLMW、θBW、θMW分別為土壤束縛水、...
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2022
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土壤水（SW）是調節地表過程和地表能量分配的重要狀態變量。由于與周圍環境復雜的相互作用，SW存在顯著的時空變化。近年來，隨著測量技術的發展，SW穩定同位素組成（SWSIC；δD和δ18O）已越來越多地用于追蹤土壤-植物-大氣連續體中的SW運移，以更好地理解諸如量化SW停留時間、識別植物吸收水源和區分蒸騰和蒸發等相關過程。然而，由于受多種環境因素和過程的影響，如具有不同同位素組成的降水輸入、土壤蒸發、土壤基質勢梯度或礦物質-水相互作用造成的同位素分餾，SWSIC可能會隨著時間和空間而顯著變化，從而導致了在解釋不同研究中SWSIC數據時存在很大的不確定性。因此，通過解釋其時空變化格局及與其他因素（如土壤質地、土壤深度和植被）的相關性來改善SWSIC示蹤技術至關重要。基于此，為更好地理解SWSIC的時空格局，在本研究中，來自天津大學的研究團隊在中國科學院欒城農業生態系統試驗站（LAEES）進行了為期約2年的田間試驗。主要研究目標為：（1）比較不同深度SWSIC和SWC的時空格局，以及（2）研究SWSIC空間結構的時間特征并評估其影響因素。研究區和采樣點（用于土壤含水量和δD分析）地圖。作者于2018年12月1日、2019年4月1日、2019年6月4日、2019年7月18日、2020年4月26日、2020年6月28日和2020年8月23日收集了0、30和60 cm深度的土壤樣本。利用全自動...
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2022
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地下水是水文循環的重要組成部分，廣泛用于飲用水、工農業活動以及戰略儲備。然而，人類活動的加劇（如水利工程建設、地下水過度開采、農藥和生活污水排放）以及天然劣質地下水在大型流域中的廣泛分布，導致地下水環境惡化。因此，水資源的合理管理和水環境的有效保護至關重要，基于地下水流系統（GFS）理論，全面理解地下水流模式（即更新速率、流徑及演化趨勢）有助于準確評估水文通量和預測污染物分布。漢江平原是長江流經三峽后第一個接收沉積物的大型河湖盆地。復雜的沉積環境、地下水-地表水強烈相互作用以及人為改造自然環境的共同作用，形成了漢江平原獨特的GFS格局。了解漢江平原地下水循環演化及其控制機制，對于促進GFS的實際應用和該地區地下水資源保護具有高度緊迫性和挑戰性。基于此，在本研究中，來自中國地質大學（武漢）的研究團隊在漢江平原腹地和過渡區進行了相關研究，旨在：（1）基于沉積物粒度特征、粘土孔隙水穩定同位素和古氣候指標重建漢江平原第四紀含水層系統的沉積環境；（2）深入理解末次盛冰期（LGM）以來沉積環境驅動的GFS演化模式。作者于2015年和2017年在漢江平原腹地和過渡區鉆了兩個鉆孔G01和G05，深度分別為200 m和185 m。從鉆孔中收集沉積物樣品，分析其粒度分布，地球化學和礦物成分。并從鉆孔G01和G05中分別采集了19個和17個粘土樣品，利用全自動真空冷凝抽提系統（LI-2100，北京理加聯...
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2022
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基于根系水穩定同位素探究旱柳枝條水與土壤水之間的同位素失配現象 【摘要】越來越多的野外研究發現了植物莖干水與其潛在水源之間的同位素失配現象。然而，同位素偏移的形成原因尚不清楚，并且不確定它們是發生在根系吸水過程還是在從根部到枝干的水分傳輸過程。因此，該研究以旱柳（Salix matsudana Koidz）為研究對象，通過約每三天一次的采樣頻率測定了土壤?根系?樹木枝條連續體中各組分（如總體土壤水、移動水、地下水、根系水和樹木枝條水）的穩定同位素值（δ2H和δ18O），結果表明：（1）移動水和總體土壤水的同位素值有明顯的分離，但隨著土層深度的增加，兩者之間同位素值的差異逐漸減小；（2）根系水接近于束縛水的同位素值，但不同于總體土壤水的同位素值。總體土壤水與根系水之間的δ2H和δ18O 的最大差值分別為?8.6‰ 和?1.8‰；（3）樹木枝條水僅與 100-160 cm深度的根系水同位素值相似，并且在試驗期間保持穩定，表明旱柳始終利用穩定的深層水源。總體上，旱柳枝條水與其潛在水源之間的同位素失配反映了根系水和總體土壤水之間的同位素偏移，這與土壤水的異質性密切相關。該研究揭示了不同移動性的土壤水、根系水和樹木枝條水同位素值之間的關系，有助于加深對根系水分吸收和運輸過程的理解。【研究區域】該試驗是在中國黃土高原北部六道溝小流域 (38°46′-38°51′N...
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2022
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