同位素 | 青藏高原东北部高寒沙地沙蒿根系在沙丘不同地貌部位的吸水策略

位于青藏高原东北部的青海湖，拥有着丰富的自然景观，既优美壮丽又独具特色。然而，在气候变化和人类过度开垦畜牧等因素的影响下，青海湖的环境逐渐恶化，生态遭到破坏，沙漠化面积也日益扩大。据统计，青海湖周边地区现有沙化土地170.7万亩、占区域土地总面积的11.7%。

在植被恢复的过程中，青海湖地区的典型固沙植物沙蒿、沙棘和乌柳等对土壤养分及土壤有机质的提高发挥了较大的作用，其中自然植被沙蒿对土壤养分的改良效果最明显。

沙蒿 (学名:Artemisia desertorum)是菊科蒿属多年生半灌木状植物，天然生长在沙漠地区，分布甚广。在我国主要分布在黑龙江、内蒙古、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、四川、西藏等地，多生长于草原、草甸、森林草原、高山草原、荒坡、砾质坡地、干河谷、河岸边、林缘及路旁等。沙蒿枝条匍匐生长，有利于防风阻沙，具有适应性强、耐干早、抗风蚀、喜沙埋、生长快、固沙作用强等特点，为固沙先锋植物。

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沙漠化是青藏高原东北部的主要土地退化问题之一。青海湖位于青藏高原东北部，属于高寒半干旱气候影响下的生态脆弱区和全球气候变化敏感区，青海湖周边土地沙漠化严重。以前针对本区固沙植物的研究主要集中在植物的防风固沙机理与生态功能上，对植物与水分关系的关注较少，尤其是本土物种在不同微地貌导致的不同供水条件下。

基于此，青海大学的研究团队以青海湖的自然固沙植物沙蒿作为研究对象，评估高寒半干旱沙地乡土树种的水土利用来源。

本研究聚焦于三个关键科学问题：

1）本土植物的季节性水源是什么？

2) 控制不同沙漠地貌部位用水差异的关键是什么？

3）根系分布及立地条件对植物的用水模式有什么影响？

基于以上科学问题，本研究的假设如下：

1）不同沙丘地貌部位的植物在不同季节使用不同的水源，

2）植物会倾向于在水有限的情况下使用深层土壤水或地下水。本研究结果将有助于指导高寒沙地植物种的筛选，以确保生态适应和结构优化。

本研究中作者收集了0-120 cm土层样品，利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京理加联合科技有限公司）提取土壤中的水分，并利用ABB LGR液态水同位素分析仪（Model DLT-100）测定水样中的氢氧稳定同位素组成（δ2H和δ18O）。同时，于生长季节在采样点测定植物的群落结构特征、根系分布及土壤机械组成。

【结果】

沙丘不同地貌部位沙蒿下方的土壤含水量（SWC, %）的季节变化。同一字母表示不同地貌部位无显著差异（p > 0.05），不同字母表示不同地貌部位差异显著（p < 0.05）。

不同沙丘地貌部位沙蒿的（A）生长高度、（B）冠幅、（C）盖度和（D）密度。同一字母表示不同地貌部位无显著差异（p > 0.05），不同字母表示不同地貌部位差异显著（p < 0.05）。

沙蒿根系在不同沙丘地貌部位的分布特征。（A）迎风坡，（B）丘顶，（C）背风坡。

不同地貌部位沙蒿的吸水层次贡献率。（A）迎风坡，（B）丘顶，（C）背风坡。

【结论】

本研究以高寒沙地天然分布的沙蒿作为研究对象，利用稳定同位素技术分析其在生长季节的水分利用来源变化情况。结果表明，尽管该物种具有较高的耐寒性和耐旱性，以及能吸收利用不同深度水源的能力。本区沙蒿在生长季初期主要依赖于表层土壤水分，迎风坡利用地下水。进入生长旺盛季，降雨量和土壤含水量都最高，沙蒿利用中层土壤水分。在生长期末期，浅层土壤水再次成为植物可利用的最多水源。总的来说，高寒沙地沙蒿使用的浅层土壤水最多，其吸水模式与分布在不同沙丘地貌的根系分布一致。沙丘微地貌不仅通过风力作用和土壤特性影响植被生长，也影响了植物的用水深度。