氢氧同位素示踪法探测新疆地区防护林和棉花体系水分来源与竞争

郭 辉,赵 英,蔡东旭,兰志龙,雷加强

1 中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐 830011 2 西北农林科技大学资源环境学院, 杨凌 712100 3 中国科学院大学,北京 100049

绿洲作为新疆干旱区人类活动的重要载体,生态环境脆弱,使内部各个要素保持健康和谐共存极其重要。由于防护林对沙漠绿洲区具有防风固沙效应[1, 2],因此在新疆绿洲区形成了大面积农田-防护林纵横交错的景观格局。但研究表明防护林根系在趋水趋肥作用下大量分布于农田一侧,通过吸收农作物养分水分,限制农作物生长与产量提高[3, 4]。水分是推动绿洲生态系统各要素健康发展的关键因子[5],平衡农作物与防护林的水分竞争可以提高农作物产量与防护林正常生长。因此通过研究农作物和防护林水分来源及根系分布,量化两者的水分竞争区域,对农林复合系统的和合理配置与管理具有重要指导意义。

传统上采用挖掘法或根钻法,研究植物根系分布,来推断植物水分利用来源[6],且费时费力;其次,根菌的分布也可辅助植物对水分养分利用[7, 8];此外,植物根系活性随着土壤含水量的变化而异,预示着某一层大量根系并不能准确反映同等比例的水分吸收量[9]。稳定同位素示踪技术具有较高的灵敏性和准确性,是确定植物水分来源的重要工具[10]。De Wispelaere等[11]研究表明热带半干旱区植物水分来源随季节而变化,雨季主要利用降雨,旱季利用地下水;Dai等[12]利用氢氧稳定同位素在温带干旱生态系统中发现梭梭等荒漠植物主要利用深层地下水。……