长江源区植物水分来源的量化解析

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00058

摘要/Abstract

摘要：

基于稳定同位素示踪技术对长江源区植物水、土壤水、降水、河水、冰雪融水、地下冰融水及冻土层上水等水体的氢（δ²H）、氧（δ¹⁸O）稳定同位素关系进行分析。通过对比22个植物样方的稳定同位素，发现草本的δ²H和δ¹⁸O稳定同位素值均比灌木偏正。从水体稳定同位素特征的分布情况来看，植物水的直接来源为不同深度土壤水，间接来源为河水、冻土层上水、冰雪融水、降水和地下冰融水。MixSIAR模型计算结果表明长江源区灌木主要利用40~60 cm （11.1%）和80~100 cm （11.1%）的土壤水，草本植物主要利用0~20 cm （13.0%）和20~40 cm （14.0%）的土壤水。土壤水对灌木的贡献比例为55%，对草本植物的贡献比例为62%，冰雪融水、降水、地下冰融水、河水、冻土层上水对灌木的贡献比例分别为7.6%、9.5%、11.1%、9.6%和7.6%，对草本植物的贡献比例分别为8.3%、8.2%、5.7%、7.1%和8.9%。

关键词: 长江源区, 植物水分来源, 同位素示踪技术, MixSIAR模型

Abstract:

The study explored the stable isotope data relationships of hydrogen （δ²H） and oxygen （δ¹⁸O） in different water bodies such as plant water， soil water， precipitation， river water， glacier snow meltwater， ground ice and supra-permafrost water in the Yangtze River source area based on stable isotope tracing techniques. By comparing the stable isotopes of 22 sample points， it was found that both δ²H and δ¹⁸O stable isotope values of herbs were enriched than those of shrubs， while the opposite was true for δ¹⁸O isotope values. The distribution of stable isotope characteristics of water bodies showed that the direct sources of plant water were soil water at different levels and indirect sources were river water， supra-permafrost water， ground ice， precipitation and glacier snow meltwater. The MixSIAR model was adopted to calculate the contributions of different water resources to plant water， and indicated that herbaceous plants in the Yangtze River source area primarily utilized soil water from 0-20 cm （13.0%） and 20-40 cm （14.0%）， whereas shrubs primarily used soil water from 40-60 cm （11.1%） and 80-100 cm （11.1%）. Shrubs received 7.6%， 9.5%， 11.1%， 9.6%， and 7.6% of the snow and ice melt， precipitation， subsurface ice melt， river water， and water on permafrost， respectively. Herbaceous plants received 8.3%， 8.2%， 5.7%， 7.1%， and 8.9% of these factors.

Key words: Yangtze River source area, plant water source, isotope tracing technique, MixSIAR model

中图分类号:

Q945.79

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图/表 7

图1 研究区及采样点的位置

Fig.1 Location of the study area and sampling points

图2 长江源区不同海拔植物水同位素分布

Fig.2 Isotopic distribution of plant water at different elevations in the Yangtze River source area：（A） δ2H distribution of plant water at different elevations，（B） δ18O distribution of plant water at different elevations

图3 长江源地区降水、土壤水以及植物木质部水δ2H-δ18O关系

Fig.3 The relationship between precipitation， soil water and plant xylem water δ2H-δ18O in the Yangtze River source area

表1 灌木样方土壤水样 δ2H、 δ18O同位素组成统计特征

Table 1 Statistical characteristics δ2H of and δ18O isotope composition of soil water samples from shrub square

土层 /cm	稳定同位素值
	δ²H				δ¹⁸O
	最大值	最小值	平均值	标准差	最大值	最小值	平均值	标准差
0~20	-74.38	-121.81	-93.77	17.01	-9.68	-16.35	-13.28	2.34
20~40	-72.47	-95.83	-82.64	7.78	-9.25	-12.00	-10.36	1.26
40~60	-73.31	-100.16	-83.45	11.62	-9.54	-13.54	-11.77	1.93
60~80	-73.21	-94.71	-82.94	8.44	-9.46	-12.02	-10.86	1.18
80~100	-74.24	-120.89	-104.41	16.18	-11.41	-16.62	-15.31	1.98

表2 草本植物样方土壤水样 δ2H、 δ18O同位素组成统计特征

Table 2 Statistical characteristics δ2H of and δ18O isotope composition of soil water samples from herbal square

土层 /cm	稳定同位素值
	δ²H				δ¹⁸O
	最大值	最小值	平均值	标准差	最大值	最小值	平均值	标准差
0~20	-63.61	-141.08	-99.09	21.10	-8.68	-19.14	-12.94	3.04
20~40	-73.47	-148.32	-95.17	19.18	-8.72	-21.05	-12.55	2.80
40~60	-80.98	-151.27	-97.64	19.18	-11.23	-20.89	-13.28	2.81
60~80	-80.60	-146.72	-93.69	18.37	-11.16	-21.10	-11.81	2.79
80~100	-75.53	-137.65	-93.47	20.23	-9.82	-19.02	-12.49	2.76

图4 长江源区不同来源水δ18O值对比

Fig.4 Direct comparison results of different plant waters in the Yangtze River source area

图5 灌木和草本植物水分直接来源和间接来源

Fig.5 Direct sources and indirect sources of water for shrubs and herbs

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