基于稳定同位素的石漠化地区桑树根系水来源研究

邢 丹，肖玖军，韩世玉，蓬桂华，付文婷，贾彦龙

基于稳定同位素的石漠化地区桑树根系水来源研究

邢 丹1，肖玖军2，韩世玉1，蓬桂华1，付文婷1，贾彦龙3※

（1. 贵州省农科院蚕业研究所，贵阳 550006；2. 贵州省山地资源研究所，贵阳 550001；3. 贵州理工学院，贵阳 550003）

土壤水分亏缺是阻碍石漠化地区植被恢复重建的主要生态因子之一。然而，桑树（L.）用于石漠化治理已取得良好效果，但其水分利用策略尚不清楚。该文基于氢、氧稳定同位素技术研究石漠化地区桑树根系在生长期内对不同深度土壤水分的利用程度，反映桑树根系在不同季节的吸水能力变化，揭示桑树生长期内水分利用策略。结果发现：桑树生长前期（春季，4－6月）降水中氢氧稳定同位素丰度较为偏正，比生长后期（秋季，9－11月）降水富集氢氧稳定同位素。土壤水氢氧稳定同位素随春季、秋季降雨的季节变化呈现下降趋势，并且受降雨、蒸发等影响，表现出不同的剖面垂直变化规律。桑树水与土壤水氢、氧稳定同位素变化相似，说明桑树生长所需的水分主要靠土壤水分提供。通过直观相关法和多元线性混合模型法判断出桑树在不同季节对土壤水分的吸收利用策略不同，其中春季先主要吸收10～30 cm土层水，随着降雨增多开始主要吸收利用50～60 cm深层水；进入秋季降雨量较大时亦是主要吸收利用50～60 cm的深层水，而降雨减少时转变为主要吸收利用0～10 cm的土壤水。研究可为桑树在石漠化治理中的应用提供依据。

干旱；水分；同位素；氢；氧；季节变化

0 引 言

中国西南喀斯特地区虽然地处亚热带季风性湿润气候区，但由于喀斯特充分发育，土层浅薄，土被不连续，地表保水能力差，加之降水时空分布不均，属季节性干旱地区，不同功能型植物对水分吸收利用存在差异[1-2]。聂云鹏等[3]发现落叶植物菜豆树（），在降水丰沛的夏季主要吸收储存在浅层裂隙中近期雨水，在旱季主要利用表层岩溶带水；而常绿植物鹅掌柴（）无水分来源的变迁。McCole等[4]研究结果却发现常绿植物杉木（）在雨季主要利用浅层土壤水，在旱季转而利用地下水。一般而言，喀斯特地区浅根系植物主要吸收利用来自近期降水的浅层土壤水，而深根系植物常常同时吸收利用不同深度的水源[5-7]，如喀斯特坡地尾巨桉（）水分吸收利用在雨季上坡以浅层土壤水为主，雨季下坡对深层土壤水利用比例明显增加，而旱季上坡主要利用较深层水分，旱季下坡依赖浅层土壤水[8]。

研究表明，植物根系在吸收土壤水分及沿导管向上运输过程中不发生氢和氧稳定同位素分馏，通过分析比较植物茎木质部与植物利用的不同水源的同位素组成，结合同位素混合模型，可以确定不同水源对植物组织水分的相对贡献率，或估算出植物对不同水源的相对使用量[9-12]。土壤水是植物根系水分吸收的主要来源，但水分亏缺限制植物生存和生态适应性[13]。桑树（）作为生态治理的一种优良落叶树种，根系发达，在石漠化生境条件下，尚不清楚桑树对土壤水分吸收利用是否具有季节性差异，不清楚主要吸收浅层土壤水还是以深层土壤水为主。为此，本文以毕节市七星关区清水铺镇的桑园为研究对象，采集不同时期雨水、剖面土壤和桑树木质化枝条样品进行氢和氧稳定同位素分析，研究各水体中氢和氧同位素组成季节变化特征，探索雨水较少时期桑树根系的吸水策略，为石漠化桑园可持续管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于毕节市七星关区清水铺镇（105°35′02′′E，27°41′19′′N），属亚热带季风性湿润气候区，夏无酷暑，冬无严寒，气候温和，年均气温14.4 ℃，雨量充沛，年均降雨量900 mm。2014年全年降雨量为1 098.3 mm（图1），但降雨分布不均，主要集中于6－9月（595.5 mm）。研究区域的面积1 018.4 m2，海拔1 147 m，所种植的桑树品种为浙江省农业科学院蚕桑研究所选育的农桑14号，属于农桑系列。当地为响应国家退耕还林政策于2006年引进桑苗移栽于石漠化区域，分别于立春前后和7月初左右对桑树进行春伐和夏伐，即桑树年生长有2季，分别为4－6月和9－11月2个阶段。该桑树品种树形直立稍开展，发条数多，枝条粗长而直，无侧枝，在土壤水分含量适宜、高光照强度下蒸腾较大[14]。种植土壤为石灰性土，最高土壤厚度50～80 cm、容重1.23 g/cm3、总孔隙度53.36%、全氮2.32 g/kg、全磷0.34 g/kg、全钾10.25 g/kg。

图1 研究区2014年降雨情况

1.2 样品采集

2014年4月－11月根据桑树生长特性，在夏伐前后对毕节市七星关区清水铺镇降雨、桑园土壤与植株进行调查取样。

降雨的采集：2014年4月－11月，在桑园附近农户家设置采样点，遇降雨时采集2 mL雨水至密封管，共采集68份雨水样品，并保存于−20 ℃冷冻室用于测试水中氢氧同位素组成。

土样的采集：桑树2个生长期内，按每10 cm 1层采集桑树根系附近0～60 cm土层内土壤样品，每层土壤取3个重复样，共采集106份有效土壤样品，并将其立即放入特制玻璃瓶并密封以防蒸发，4 ℃条件带回实验室后立即保存于−20 ℃冷冻室用于测试土壤水中氢氧同位素组成。

植物样采集：以能够提取0.1～0.3 mL水为宜，为避免叶片水分干扰，采集完全木质化、没有叶片的桑树枝条，并立即剥离韧皮部后放入特制玻璃瓶并密封，共采集36份桑枝样品，4 ℃条件带回实验室后立即保存于−20 ℃冷冻室用于测试桑枝水中氢氧同位素组成。

1.3 样品测定

1.3.1 土壤水和植物水的萃取

土壤水和植物水的萃取采用真空冷冻蒸馏法[15]。先让样品在冰箱冷冻柜中−20 ℃时过夜完全结冰冷冻，然后取出将瓶体颈部以下在液氮中浸泡5 min完全冷冻后，保持液氮不拿走接入真空线刺穿抽真空，真空达到8 Pa时，换上−80 ℃酒精液氮，抽真空2 min，关闭相关真空活塞，在真空线的冷阱处套上装有液氮的液氮杯，移去样品处的酒精液氮，换上沸水系统加热样品，萃取过程持续5 h，此过程中适时给液氮杯添加液氮和给沸水系统添加热水。萃取结束后，将冷阱处的水分转移到玻璃管中，从真空线上卸下后用Parafilm膜封好，室温融化后转移到样品瓶中密封，放在冰箱冷藏室中4 ℃保存。

1.3.2 水的氢同位素分析

采用印第安纳锌（Indiana Zinc）还原法[16]。将大约3L水样品封入玻璃毛细管中，然后在真空线上破碎，将水纯化后收集在外径6 mm厚1 mm长200 mm预先装入250 mg印第安纳锌的石英管中，抽好真空后用火焰枪熔封石英管。然后放在马弗炉中在500 ℃加热1 h，以使水和锌反应生成氢气，冷却后在MAT253质谱仪上测定氢同位素比值。本分析工作中用到的所有石英管在使用前均在850 ℃时灼烧1 h，冷却后备用。

1.3.3 水的氧同位素分析

采用CO2-H2O平衡交换法[17-18]。先将5.9 mL带橡胶垫旋转密封的安瓿瓶在真空线上抽好真空后导入约50 kPa纯CO2气体，记录CO2气体的实际压力和温度，并收集CO2气体测定其氧同位素比值。将安瓿瓶从真空线卸下后，用1 mL注射器注入0.5 mL水样品，立即放入水浴恒温振荡摇床中26 ℃时振荡过夜，然后在真空线上纯化收集CO2气体，在MAT253上测定其氧同位素比值。利用CO2交换前后的氧同位素比值和CO2气体的压力、温度、体积，水的质量和26 ℃ CO2-H2O之间氧同位素分馏系数[19]计算水的氧同位素比值。

1.3.4 质量控制

1）数据标准化：按照国际通用的数据标准化方法[20]对氢、氧同位素数据标准化，即所有数据均相对于国际标准物平均海洋水（Vienna standard mean ocean water，VSMOW）报道，并且所有数据要用国际标样南极融冰水（standard light antarctic precipitation, SLAP）的氢同位素比值−428‰或氧同位素比值−55.5‰进行标准化。公式是：

δ样品=

f

（δ样品实测值–δVSMOW实测值） （2）

式中δSLAP和δVSMOW的比值就是国际原子能机构（international atomic energy agency，IAEA）推荐的参考值，其氢、氧同位素比值分别为−428‰和−55.5‰，或均为0。

2）平行样测试：每隔若干样品，对前面已经测过的样品进行重复测试。

3）国际标准测试：IAEA推荐的国际标样格陵兰冰盖降水（greenland ice sheet precipitation, GISP）的氢、氧同位素比值分别为−189.5‰±1.2‰，−24.8‰±0.09‰，分别进行了5次测试，其δD值分别为−188.4‰、−189.4‰、−188.6‰、−188.5‰、−189.7‰，平均值为−188.6‰±0.6‰。δ18O值分别为−24.73‰、−24.84‰、−24.82‰、−24.79‰、−24.78‰，平均值为−24.79‰±0.04‰。因此，准确度和精度均达到了国际标准。

4）测试精度：氢、氧同位素测试总精度分别好于2‰和0.1‰。

1.4 桑树水源判断方法

1.4.1 直观相关法

将桑树茎水与不同潜在水源的δD和δ18O进行直接对比，当其与某潜在水源δD和δ18O交叉或者相近时，则定性判断出桑树利用了该水源[21]。

1.4.2 多源线性混合模型法

根据同位素质量守恒原理，Phillips等[22]提出多源线性混合模型法确定植物对各潜在水源的利用比例，基于IsoSource软件运行该模型。运行前设置2个参数，即对来源增量（source increment）和质量平衡公差（mass balance tolerance）分别赋值1 %和0.1 ‰；随后将测定的各水分样品δD和δ18O代入模型运行即可[23]，则定量判断出桑树对某层土壤水的利用率。

1.5 数据统计与分析

运用SPSS 23.0对试验数据进行单因素统计分析，5%水平下最小显著差异（least significance difference，LSD）多重比较检验δD和δ18O平均值之间的差异显著。采用IsoSource软件判断桑树水源，利用SigmaPlot 13.0作图。

2 结果与分析

2.1 雨水、土壤水及桑树水δD、δ18O的变化特征

图2所示，研究区4－11月降水中δD值介于−161.2‰～34.9‰之间，平均值为−25.9‰，δ18O值介于−21.08‰～6.33‰之间，平均值为−4.82‰。其中，桑树生长前期（春季，4－6月）降水中δD、δ18O变化范围分别为−36.4‰～34.9‰和−6.2‰～6.33‰，平均值分别为−0.24‰和−1.68‰；生长后期（秋季，9－11月）降水中δD、δ18O变化范围分别为（−97.5‰～−7.4‰和−13.41‰～3.14‰，平均值分别为−60.0‰和−8.17‰。

图2 研究区雨水、土壤水和桑树水氢氧同位素丰度的变化特征

土壤水及桑树水δD、δ18O表现出一定的季节变化特征。春季，土壤水中δD、δ18O变化范围分别为−65.2‰～−5.9‰和−9.29‰～−1.25‰，平均值分别为−29.4‰和−4.77‰；桑树水δD、δ18O变化范围分别为−54.2‰～−20.0‰和−6.86‰～−3.92‰，平均值分别为−33.2‰和−5.39‰。秋季，土壤水中δD、δ18O变化范围分别为−88.9‰～−39.3‰和−11.3‰～−5.43‰，平均值分别为−70.1‰和−9.27‰；桑树水δD、δ18O变化范围分别为−62.8‰～−50.9‰和−9.02‰～−6.99 ‰，平均值分别为−55.7‰和−7.92‰。同时，季节变化上，土壤水与桑树水δD、δ18O基本位于雨水δD、δ18O下方，而且桑树水δD、δ18O融于土壤水在δD、δ18O中间。从这些δD、δ18O组成初步看出，桑树水与土壤水同位素丰度相近，推断桑树主要利用土壤水。

2.2 雨水、土壤水及桑树水δD、δ18O的关系变化

图3所示，基于研究区雨水中δD和δ18O数据资料，建立了该区雨水线方程，发现δD和δ18O均存在显著的线性关系，4－11月2=0.97（<0.01），其中春季2=0.90，（<0.01），秋季2=0.98（<0.01）。春季，土壤水δD和δ18O间线性关系显著2=0.91（<0.01）。秋季，土壤及桑树茎水δD和δ18O间线性关系较春季弱（2=0.35和0.36）。

2.3 不同季节土壤水δD、δ18O垂直分布特征

图4所示，春季和秋季土壤水δD和δ18O表现出明显的季节变化差异，而同季节中不同月份表现出相似的变化趋势。春季，土壤水δD和δ18O随土壤剖面深度增加呈现持续递减趋势。其中，4月δD值由0～10 cm的−20.1‰减少至50～60 cm的−56.35‰，δ18O值由−3.67‰减少至−8.36‰；5月δD值由−12.5‰减少至的−54.1‰，δ18O值由−2.15‰减少至−6.95‰；6月δD值由−17.4‰减少至−42.8‰，δ18O值由−3.21‰减少至−6.35‰。利用LSD方法对同一月份不同土层δD和δ18O值进行显著分析，结果表明：4月，0～30 cm土壤水δD和δ18O差异均不显著（>0.05），>30～60 cm δD和δ18O之间不显著（>0.05），但δD和δ18O分别与0～30 cm的土壤水δD和δ18O差异显著（<0.05）；5月，0～30 cm土壤水δD和δ18O差异均不显著（>0.05），但>30～60 cm之间差异显著（<0.05），且与0～30 cm间差异显著（<0.05）；6月，0～40 cm之间土壤水δD和δ18O差异不显著（>0.05），但>40～60 cm之间差异显著且显著低于0～40 cm（<0.05）。

秋季，土壤水δD和δ18O随土壤剖面深度增加呈现降-升的变化趋势。其中，9月0～20 cm土壤水δD和δ18O呈下降趋势，随后>20～60 cm呈递增趋势，并且50～60 cm土层数值（δD和δ18O分别为−61.8‰和−8.38‰）略高于0～10 cm（−72.3‰和−8.86‰）；10月δD和δ18O变化拐点位于20～30 cm土层，但50～60 cm土层数值（δD和δ18O分别为−65.7‰和−9.09‰）仍低于0～10 cm（−59.3‰和−7.54‰）；11月时，土壤水δD和δ18O在30～40 cm土层位置略有拐点（δD和δ18O分别为−75.0‰和−10.3‰），但整体呈现降低趋势，δD值由0～10 cm的−43.8‰减少至>50～60 cm的−74.9‰，δ18O值由−6.86‰减少至−10.2‰。利用LSD对同一月份不同土层层δD和δ18O值比较，结果表明拐点上下差异显著（<0.05）。

图3 研究区雨水、土壤水和桑树茎水δD、δ18O关系变化

图4 桑树各生长期不同剖面深度土壤水与茎秆水δD及δ18O

2.4 桑树的水分吸收来源及其贡献率

利用直观相关法对不同月份桑树茎水δD、δ18O与土壤水源δD、δ18O进行对比，若与桑树茎水值接近或相交即为桑树吸水来源区域。图4所示，不同月份桑树茎水δD、δ18O与土壤水δD、δ18O均有交叉，初步判断不同季节桑树水分来源明显不同。春季，桑树根系吸水的区域为20 cm以下的土壤水；秋季，桑树吸水区域为20 cm以上，即表层土壤水，其中9月50～60 cm区域亦为其吸水区。同时发现，利用直观相关法进行分析时精确性欠佳，尚需借助定量计算法进一步明确主要吸水来源及其贡献率。

图5为利用多元线性混合模型（借助IsoSource软件）计算桑树吸水来源及贡献率的结果。在应用模型软件定量计算过程中以δ18O值的分析结果为主。由图看出，桑树生长前期时，4月0～10、>10～20、>20～30、>30～40、>40～50和>50～60 cm的土壤水对桑树吸水的贡献率分别为3.1%、32.5%、36.6%、4.1%、1.6%和22.1%；5月，相应的不同土层水贡献率分别为7.9%、8.3%、10.9%、14.4%、26.6%和31.8%；6月，不同土层水贡献率分别为24%、4.5%、1.9%、1.6%、2.1%和66%。表明桑树在春季先吸收利用10～30 cm中层水（利用率达69.1%），随后开始主要吸收利用50～60 cm深层水（5月和6月利用率分别达31.8%和66%）。桑树生长后期，对土壤水分的吸收利用发生相反变化。9月，0～10 cm土壤水对桑树根系吸水的贡献率为11%，而>50～60 cm土壤水的贡献率达70.2%；10月和11月，0～10 cm土壤水贡献最大，贡献率分别为94.3%和71.9%。由此看出，秋季时，桑树先主要吸收利用50～60 cm的深层水，随后主要吸收利用0～10 cm的土壤水。

图5 不同深度土壤水对桑树根系水分利用的贡献率

3 讨 论

研究区降水δD、δ18O变化范围（图2）与全球雨水中δD（−300‰～131‰）、δ18O（−54‰～31‰）变化范围[24]，和中国雨水δD（190‰～20‰）、δ18O（−24‰～2.0‰）变化范围[25]相比，其落在全球雨水变化δD、δ18O变化范围中，并与中国雨水δD、δ18O变化范围较为接近。然而，研究区雨水中δD、δ18O平均值比全球雨水δD（−22‰）、δ18O（−4‰）平均值偏小，比中国雨水δD（−50‰）、δ18O（−8‰）平均值偏大，说明降水气团在到达研究区之前已经历一定程度的贫化、富集过程。进一步分析发现（图3），与全球降水线（δD=8 δ18O +10）和中国雨水线（δD=7.48 δ18O+1.01）相比，研究区雨水线的斜率相对有大、有小，但截距相对均较大，这可能是受水蒸气压力、降雨量、地理纬度、气候环境等影响，降水过程存在一定程度二次蒸发的结果[26-27]。在本研究中，土壤水δD、δ18O随季节变化呈现下降趋势（图2），同时受降雨、蒸发等影响[28]，土壤水δD、δ18O表现出不同的垂直变化（图4），这为进一步探索桑树根系吸水奠定基础。

桑树是多年生高耗水型木本植物，年需水量为7 000～12 000 m3/hm2（700～1 200 mm），在生长季节对水分需求随季节发生变化[29-30]。但本研究区年降水量900 mm，基本满足桑树的需水量。同时，桑树茎水δD、δ18O值随季节变化（图2），表明桑树根系吸水在不同季节随降雨供应而发生变化，而根系吸水与降雨之间是否存在显性相关或具有何种根系吸水模型尚需进一步探索。植物吸收的水分主要来自降水或地下水等“初始”水源转化而来的土壤水[31-32]。容丽等[13]研究发现，喀斯特地区植物水分的主要来源于土壤水。在本研究结果中，桑树水δD、δ18O与土壤水δD、δ18O组成变化相似，从而说明桑树也主要吸收利用土壤水，与张建华等[29]在川南山区非喀斯特地区的结果相似，即桑树生长所需的水分靠土壤水库容提供。通过直观相关法初步判断出在春季，桑树根系吸水的区域为20 cm以下的土壤水；秋季，桑树吸水区域为20 cm以上，即表层土壤水，但9月份对50～60 cm土层水有需求。利用多元线性混合模型定量判断出桑树在不同季节对土壤水分的吸收利用策略（图5），研究表明春季3－4月份主要吸收10～30 cm土层水，5月与6月时主要吸收利用50～60 cm深层水，而进入秋季生长期9月份主要吸收利用50～60 cm的深层水，随后10－11月份主要吸收利用0～10 cm的土壤水。这与植物的二态根系及降雨等有一定的关系。

植物的二态根系系统会使其在雨季和旱季利用不同深度层次的土壤水分[33-34]。McCole等[4]研究发现常绿植物杉木在雨季主要利用浅层土壤水，在旱季转而利用地下水。而容丽等[13]研究指出，贵州喀斯特地区植物生长旺季（8月），土壤下层水的贡献较大，而雨水减少的10月，灌木林主要利用土壤表层水。本研究中，2014年全年降雨量为1 098.3 mm，但降水分配不均（图1），其中6月和9月降雨较多，分别为117.6和138.2 mm，水分供应充足并向下层土壤入渗，因而桑树主要吸收利用深层土壤水。在降雨较少的月份（如降雨不足80 mm的10月和11月），桑树主要利用表层土壤水，这可能与其根系形态、表层土壤水分有效性高有关[3,35]。一方面，桑树根系发达可伸展到深层土壤，可能通过水力提升作用将水分提升并分配到表层土壤和根系周围，从而供表层土壤中根系吸收利用。另一方面，即使雨水少，但表层有桑树落叶和一些杂草可拦截雨水并下渗于表层，而又难以渗入下层，从而雨水聚集于表层并使桑树萌发出新的根系，加上桑树根系与土壤中某些真菌共生，在共生菌的促进作用下，导致桑树水分吸收利用以表层水为主。有趣的是，Schwinning[36]研究发现菌根真菌能为植物根系吸收水分提供通道，增强植物适应岩溶干旱环境胁迫能力。而桑树是典型的丛枝菌根植物，对AM真菌依赖性较高[37-38]。本研究推测干旱时，桑树可能依靠AM真菌而主要吸收表层土壤水。在后期研究工作中，通过观测分析不同剖面AM真菌多样性发现10月AM真菌的分子种较多[39]，但尚需通过对桑树接种AM真菌探索其是否显著促进桑树水分吸收利用而验证此推测。

4 结 论

桑树生长过程，雨水中δD、δ18O在春季富集而秋季贫化，土壤水δD、δ18O随降雨的季节变化呈现下降趋势，并且受降雨、蒸发等影响表现出不同的剖面垂直变化。通过直观相关法和多元线性混合模型法判断出桑树在春季雨水少时主要吸收10～30 cm土层水，随降雨增多改为吸收利用50～60 cm深层水；进入秋季降雨量较大时亦是主要吸收利用50～60 cm的深层水，而降雨减少时转变为主要吸收利用0～10 cm的土壤水。

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Water absorption source analysis of mulberry roots based on stable isotopes in rocky desertification area

Xing Dan1, Xiao Jiujun2, Han Shiyu1, Peng Guihua1, Fu Wenting1, Jia Yanlong3※

(1.,,550006,; 2.,,550001,; 3.,550003,)

Soil water deficit is the main obstacle factor of plant reconstruction in rocky desertification area of Southwest China. Mycorrhizal mulberry (L.) can cope with the main ecological barriers during the seasonal drought in the rocky desertification area. However, it is unclear the water resource of mulberry. In this study, we studied the water use strategy of mulberry root in different seasons by hydrogen and oxygen stable isotope technique. The mulberry was grown in typical rocky desertification area in Qingshuipu town, Qixingguan district, Bijie city (105°35′02′′E, 27°41′19′′N) in Guizhou Province. The precipitation was mainly concentrated in June-September. The mulberry was not irrigated. The annual growth of mulberry was in 2 seasons: from April to June and from September to November. The samples of rainfall water, soil and plant branch were collected from April to November of 2014. Soil was sampled at 0-60 cm depth with 10 cm as a sampling layer. The abundance of deuterium and oxygen stable isotope were measured. The correction analysis method was used to preliminarily evaluate water sources of mulberry. The contribution rate of water at each soil layer was also calculated. The results showed that in rainfall water, the abundance of deuterium from April to November averaged -25.9‰ and the oxygen stable isotope abundance averaged -4.82‰. In spring from April to June, the abundance of deuterium and oxygen stable isotope in rainfall water averaged -0.24‰ and -1.68‰, respectively. In autumn from September to November, the abundance of deuterium and oxygen stable isotope in rainfall water averaged -60.0‰ and -8.17‰, respectively. In spring, the abundance of deuterium and oxygen stable isotope in soil water averaged -29.4‰ and -4.77‰, respectively while the abundance of deuterium and oxygen stable isotope in xylem water averaged -33.2‰ and -5.39‰, respectively. In autumn, the abundance of deuterium and oxygen stable isotope in soil water averaged -70.1‰ and -9.27‰, respectively while the abundance of deuterium and oxygen stable isotope in xylem water averaged -55.7‰ and -7.92‰, respectively. The abundance of both stable isotopes in soil water and xylem water were below that in the rainfall water and that of xylem water were between soil water and rainfall water. It indicated that the mulberry mainly used soil water. Both isotopes in rainwater were more enriched in the early stage of mulberry growth (spring, from April to June) than in the late growth stages (autumn, from September to November). With the seasonal variation of rainfall, the both isotopes of soil water showed a downward trend. According to rainfall water equations, the mulberry absorbed mainly soil water. Both isotopes had clear seasonal trend. In spring, the isotopes in soil water decreased with the increase of soil depth. In autumn, isotopes in soil water decreased then increased with soil depth. Based on the correlation method, the mulberry absorbed water from different soil depth. In spring, it absorbed water from soil below 20 cm while it absorbed water from soil 0-20 cm. In September, it also absorbed water from 50-60 cm soil layer. Based on results from the IsoSource software, in spring, mulberry mainly used soil water from soil layers of 10-30 to 50-60 cm. In autumn, it mainly used soil water from soil layers of 50-60 to 0-10 cm. In spring, the contribution rate was 69.1% by 10-30 cm in soil, 31.8% and 66% by 50-60 cm layer in May and June, 70.2% by 50-60 cm in September and 94.3% and 71.9% by 0-10 cm in October and November, respectively. The study will be helpful to mulberry manage and application in rocky desertification area.

drought; water content; isotopes; deuterium; oxygen; seasonal change

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.011

S273; S888

A

1002-6819(2019)-15-0077-08

2018-12-15

2019-07-10

国家自然科学基金项目（31460225）；贵州省林业厅项目（黔林科合[2017]）

邢 丹，博士，副研究员，主要从事石漠化生态治理与稳定同位素生态应用研究。Email：2004xingdan@163.com

贾彦龙，博士，副研究员，主要从事退化生态系统治理研究。Email：jia-yanlong@163.com

邢 丹，肖玖军，韩世玉，蓬桂华，付文婷，贾彦龙. 基于稳定同位素的石漠化地区桑树根系水来源研究[J]. 农业工程学报，2019，35(15)：77－84. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.011 http://www.tcsae.org

Xing Dan, Xiao Jiujun, Han Shiyu, Peng Guihua, Fu Wenting, Jia Yanlong. Water absorption source analysis of mulberry roots based on stable isotopes in rocky desertification area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(15): 77－84. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.011 http://www.tcsae.org