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(hù)、生態(tài)修復(fù)、氣候調(diào)節(jié)和生物多樣性維持的關(guān)鍵角色。然而，隨著人類活動(dòng)和氣候變化的影響，干旱區(qū)濕地的環(huán)境惡化對(duì)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(fù)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(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《Agricultural Water Management》期刊上發(fā)表了一項(xiàng)引人關(guān)注的研究。他們?cè)趶堃礉竦毓珗@開展了一項(xiàng)水源追蹤實(shí)驗(yàn)，借助穩(wěn)定同位素技術(shù)揭示了干旱區(qū)人工濕地樹木的水分利用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，作為優(yōu)勢(shì)樹種的柳樹，其在生長期的耗水量達(dá)到當(dāng)?shù)赜昙窘邓康?倍，并且高度依賴人工補(bǔ)給的水資源。那么，究竟是怎樣的水分利用模式導(dǎo)致了這一現(xiàn)象？下面，我們就通過這項(xiàng)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(diǎn)位置。
用“同位素指紋”追蹤水分來源
研究團(tuán)隊(duì)在中國西北部的張掖濕地公園進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選取該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)樹種——柳樹，作為研究對(duì)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(zhì)部水分；
?所有潛在水源：同步收集當(dāng)?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(cè)氣象數(shù)據(jù)（如溫度、濕度）并測(cè)定土壤含水量；
在該研究中，研究人員采用LI-2100全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司），對(duì)土壤水進(jìn)行有效、精準(zhǔn)提取。能夠在確保同位素不發(fā)生分餾的前提下，實(shí)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(duì)柳樹與各水源的同位素特征，并應(yīng)用IsoSource模型，精確量化了降水、地下水、地表水及土壤水對(duì)柳樹的貢獻(xiàn)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(shí)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(guān)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(duì)土壤水分補(bǔ)充的月度貢獻(xiàn)。(b) 同一時(shí)期內(nèi)，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(duì)柳樹吸水量的月度貢獻(xiàn)。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(guān)系的概念模型。
四個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)
（1）柳樹的主要構(gòu)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(bǔ)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(dāng)于3倍雨季降水；
?。?）柳樹會(huì)依據(jù)季節(jié)動(dòng)態(tài)調(diào)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(yīng)注重優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；
> 水資源管理需實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控；
> 建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系；
結(jié)語
在水資源稀缺的干旱區(qū)，人工濕地建設(shè)不應(yīng)追求盲目擴(kuò)張，而應(yīng)注重科學(xué)規(guī)劃與精準(zhǔn)布局。這項(xiàng)研究通過科學(xué)數(shù)據(jù)表明：生態(tài)保護(hù)不能依賴主觀經(jīng)驗(yàn)，只有準(zhǔn)確掌握植物的水分利用機(jī)制，做到按需配水、科學(xué)選種，才能讓人工濕地既有效發(fā)揮生態(tài)功能，又避免對(duì)本地水資源造成過度壓力。未來，研究可進(jìn)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(fù)模式，為全球濕地保護(hù)提供科學(xué)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(xué)
研究地點(diǎn)：中國張掖國家濕地公園
使用設(shè)備：LI-2100全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)
