Picarro+LI-2100 | 中国黄土高原天然草地和人工林地小流域生态水文分离——一年周期稳定同位素观测的证据

“这片广袤的土地已经被水流剥蚀得沟壑纵横、支离破碎、四分五裂，像老年人的一张粗糙的脸。”

这是已故作家路遥在《平凡的世界》里对黄土高原的描述，也是三、四十年前黄土高原生态环境的真实写照，水土流失严重，荒凉贫瘠。

如今经过前辈们的不懈努力，这片土地上发生了翻天覆地的变化，植被恢复与人工造林成果显著，生态环境大幅改善。

“植被”与“水”已经成为这片土地上绑定的话题。生态改善的同时，人们对于此的研究也在不断深入。关于植被在这片土地的恢复过程中，如何影响到生态水文的变化？

今天来了解一篇中国科学院地球环境研究所研究团队的相关论文。

中国黄土高原天然草地和人工林地小流域生态水文分离

一年周期稳定同位素观测的证据

陆地生态水文是地球水文循环的重要组成部分，对于其功能和相关服务的理解至关重要。土壤可调节局部到全 球范围的生态水文过程。植物作为生态水文重要组成部分，在生态系统贡献了50%-90%的蒸散量。因此，研究植物和周围土壤之间水的相互作用对于深入理解生态水文过程至关重要。生态水文分离假说是同位素生态水文关注的热点问题，它涉及到两个水世界。已有许多研究在不同气候带进行了生态水文分离调查。黄土高原一直进行人工林和自然恢复，显著改变了土壤性质、植被群落、微生物群落和生态水文过程，然而植被恢复如何影响生态水文过程仍不清楚。

基于此，来自中国科学院地球环境研究所的研究团队对甘肃省庆阳市南小河沟(107°370′E, 35°420′N)进行了为期一年的调查，对比了其中两个相邻小流域中不同类型水的δ18O和δ2H（利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100 Pro，北京理加联合科技有限公司）提取植物（根/茎，叶）和土壤水，利用Picarro L2130-I水同位素分析仪测量降水和土壤水稳定同位素组成）以测试是否存在“生态水文分离”，阐明植被恢复如何改变黄土高原林地和草地之间的同位素生态水文，并探索两个小流域根系/茎水和土壤水之间是否存在同位素分馏。

黄土高原两个相邻小流域中采样点

结果

两个相邻小流域（森林vs.草地）土壤mobile和less-mobile水的氢和氧同位素变化

相邻小流域不同类型水的氢和氧同位素示意图

结论

黄土高原相邻小流域生态水文同位素分析调查支持生态水文分离假说，即土壤mobile和less-mobile水氢和氧同位素比值之间存在显著差异，但是两者之间存在动态交换。另外，研究也发现植物根系/木质部水和土壤（Mobile和less-mobile)之间存在同位素差异，暗示植物根系吸水可能发生了同位素分馏，该结论尚需进一步研究。