基于氢氧稳定同位素胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)的水分利用策略研究

胡杨(Populus euphratica)和柽柳(Tamarix ramosissima)是塔里木河流域的两种主要优势物种，对于维护荒漠河岸林的生态平衡，隔断沙漠、保护绿洲农牧业生产有重要作用。近几十年来，人类活动改变了流域的地表水文过程，胡杨和柽柳的生态水文过程发生了巨大变化。研究胡杨和柽柳的水分来源和用水方式，探讨它们的水分利用策略及对干旱环境的适应机制，为揭示干旱区荒漠河岸植物生态水文过程机理，干旱区生态系统的保护和恢复措施提供依据。本文基于氢氧稳定同位素技术，通过控制试验分析了不同地下水埋深下胡杨和柽柳的幼苗茎干水和各潜在水源（土壤水、地下水）的δD和δ18O同位素组成特征；结合植物株高、根系等生长指标测定，利用IsoSource模型和平均深度模型，研究了胡杨和柽柳幼苗对各潜在水源的利用比例和根系吸水的平均土壤深度；通过野外试验测定，分析了塔里木河上游距河岸不同距离胡杨和柽柳茎干水和各潜在水源的δD和δ18O同位素组成特征，量化了胡杨和柽柳对各潜在水源的利用比例。取得的结论如下：\n（1）单一生境下胡杨和柽柳的幼苗茎干水δ18O值差异不显著，二者具有相似的水分利用特征。在0.3 m和0.8 m地下水埋深下，深层土壤水和地下水是其主要水源，利用比例超过80%；在1.3 m和1.8 m地下水埋深下，浅层土壤水为其主要水源，直接利用地下水的比例很小；在1.8 m埋深时，胡杨幼苗不能直接利用地下水，对0-80 cm土壤水的利用比例高达79.9%，柽柳幼苗利用地下水的比例仅为12.9%，对0-80 cm土壤水的利用比例达到62%。\n（2）混合生境下，胡杨和柽柳的幼苗对水分的竞争作用使柽柳幼苗主要利用深层土壤水和地下水，胡杨幼苗主要利用浅层土壤水，柽柳幼苗茎干水δ18O值显著小于胡杨幼苗。地下水埋深为1.3 m时，胡杨幼苗主要利用浅层0-40 cm土壤水，利用比例为46.6%，柽柳幼苗主要利用60-130 cm土壤水和地下水，比例分别达到47.3%和24.5%。柽柳幼苗利用水分的平均深度显著深于胡杨幼苗，表明柽柳幼苗对干旱环境的适应能力优于胡杨幼苗。\n（3）胡杨幼苗各级根系的生物量均小于柽柳幼苗。胡杨幼苗根系总量在0.8 m\n地下水埋深条件下达到最大，为36.07 g；而柽柳幼苗在该地下水埋深下根系生物量最小，仅为27.29 g，在0.3 m和1.3 m地下水埋深时达到最大，分别为65.87 g和75.05 g。胡杨和柽柳的幼苗的细根垂直分布随着地下水埋深的增加而加深，且地下水埋深越深，细根生物量在深层土壤中所占的比例越大。混合种植情况下胡杨和柽柳的幼苗细根生物量在深层土壤所占比例均大于单一种植情况。胡杨幼苗的耐盐和耐旱能力均弱于柽柳幼苗。\n（4）柽柳茎干水的δ18O值小于胡杨，二者均随河岸距离增加而减小。在河岸，胡杨可利用14.2%的河水，柽柳对河水的利用比例最大达到35.3%，二者对0-100 cm土壤水的利用比例较高。远离河岸，胡杨主要利用大于120 cm深的土壤水以及地下水，地下水的利用比例可达40%~50%；柽柳以地下水作为其主要水源，最大利用比例可达94.5%。胡杨生长需要适宜的地下水埋深（3.5-4.2 m），柽柳在浅地下水埋深和大于4.5 m的深地下水埋深条件下均能良好生长，对不同水分条件的适应能力优于胡杨。