在干旱區(qū)，濕地作為沙漠綠洲的重要組成部分，扮演著水源保護、生態(tài)修復、氣候調節(jié)和生物多樣性維持的關鍵角色。然而，隨著人類活動和氣候變化的影響，干旱區(qū)濕地的環(huán)境惡化對生態(tài)平衡造成了威脅。尤其是人工濕地，雖然在水資源管理和生態(tài)恢復中起到了重要作用，但其水消耗模式仍未被充分了解。
近期，西北師范大學的研究團隊在《Agricultural Water Management》期刊上發(fā)表了一項引人關注的研究。他們在張掖濕地公園開展了一項水源追蹤實驗，借助穩(wěn)定同位素技術揭示了干旱區(qū)人工濕地樹木的水分利用機制。研究發(fā)現(xiàn)，作為優(yōu)勢樹種的柳樹，其在生長期的耗水量達到當?shù)赜昙窘邓康?倍，并且高度依賴人工補給的水資源。那么，究竟是怎樣的水分利用模式導致了這一現(xiàn)象？下面，我們就通過這項研究來解讀其背后的水源利用特征。
圖1.研究區(qū)域和采樣點位置。
用“同位素指紋”追蹤水分來源
研究團隊在中國西北部的張掖濕地公園進行實驗，選取該地區(qū)的優(yōu)勢樹種——柳樹，作為研究對象，在生長季（5-10月）系統(tǒng)采集了所有可能的水源樣本，包括：
?樹木本身：采集柳樹的木質部水分；
?所有潛在水源：同步收集當?shù)氐慕邓?、地下水、地表水以及不同深度的土壤水?/p>
?環(huán)境數(shù)據(jù)：監(jiān)測氣象數(shù)據(jù)（如溫度、濕度）并測定土壤含水量；
在該研究中，研究人員采用LI-2100全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司），對土壤水進行有效、精準提取。能夠在確保同位素不發(fā)生分餾的前提下，實現(xiàn)高回收率的水分提取，有效確保了水分來源分析的精確性和可靠性。研究通過比對柳樹與各水源的同位素特征，并應用IsoSource模型，精確量化了降水、地下水、地表水及土壤水對柳樹的貢獻比例。
圖2.不同水源在生長季（2022年5月至10月）的同位素組成（δD和δ18O）。
圖3.2022年5月至10月生長季（0-10、10-20、20-30、30-40、40-50、50-60 cm）土壤水文和同位素特征的垂直分布和時間變化。
圖4.張掖人工濕地不同水源地δD與δ18O的雙同位素關系圖。
圖5.確定柳樹水源的兩步法。(a) 5月至10月期間，降水、地下水和地表水對土壤水分補充的月度貢獻。(b) 同一時期內，不同深度土層（0–10、10–20、20–30、30–40、40–50和50–60 cm）的土壤水分對柳樹吸水量的月度貢獻。垂直虛線分隔不同月份。
圖6.灌溉人工濕地生態(tài)系統(tǒng)水文過程及植物-水分關系的概念模型。
四個關鍵發(fā)現(xiàn)
?。?）柳樹的主要構成 —— 土壤水 + 地下水占 60% 以上；
?。?）人工水是維持系統(tǒng)水分平衡的重要支撐，通過補給土壤與地下水間接滋養(yǎng)植被；
（3）單棵柳樹耗水約432.5 mm，相當于3倍雨季降水；
（4）柳樹會依據(jù)季節(jié)動態(tài)調整其吸收水分的層位；
干旱區(qū)人工濕地，該怎么“省水又穩(wěn)生態(tài)”？
> 樹種搭配應注重優(yōu)勢互補；
> 水資源管理需實現(xiàn)精準調控；
> 建立動態(tài)監(jiān)測體系；
結語
在水資源稀缺的干旱區(qū)，人工濕地建設不應追求盲目擴張，而應注重科學規(guī)劃與精準布局。這項研究通過科學數(shù)據(jù)表明：生態(tài)保護不能依賴主觀經驗，只有準確掌握植物的水分利用機制，做到按需配水、科學選種，才能讓人工濕地既有效發(fā)揮生態(tài)功能，又避免對本地水資源造成過度壓力。未來，研究可進一步聚焦不同樹種的水分利用策略，探索有效、可持續(xù)的濕地恢復模式，為全球濕地保護提供科學借鑒。
發(fā)表期刊：Agricultural Water Management【影響因子：6.5】
研究單位：西北師范大學
研究地點：中國張掖國家濕地公園
使用設備：LI-2100全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)
