季节性干旱的树木水分利用适应机制研究

Seasonal drought caused by global changes is becoming normal and common. Water uptake by trees can change rapidly. So, there is an urgent need to enhance understanding of the adaptation mechanisms of tree water use under different soil moisture conditions. In response to this scientific problem of tree water use strategies and adaptation mechanisms under this background, based on research accumulation, the project is taking the typical trees of Platycladus orientalis in Beijing's mountainous area as the research object, using in-situ continuous observation and gas water isotope analysis combined methods, etc. The continuous in-situ observation of stable hydrogen and oxygen isotopes in arid soils and trees aims to identify the characteristics of stable hydrogen and oxygen isotopes in the process through the tracing of water sources and moisture migration pathways, and quantitatively analyze the sources of tree water use and spatial and temporal heterogeneity, determine the process of mutual influence of different soil moisture conditions on tree water use, and clarify the water use strategies and adaptation mechanisms of trees under different soil water conditions at different time periods. This project attempts to introduce continuous in-situ observations into traditional tree water use sources and deepen the understanding of the mechanism of the dynamic continuous process of tree water use. The research results can provide new opportunities for adaptability of forest water use and forest hydrological processes in Beijing mountainous regions in the context of climate change. Recognize and provide a scientific basis for formulating management strategies to improve forest ecosystem service functions.

全球变化造成季节性干旱现象日益普遍，树木可利用的水分快速变动，迫切需要增强对土壤水分快速变动条件下树木水分利用适应机制的认识。针对此背景下树木水分利用策略和适应机制这一科学问题，本项目基于研究积累，以北京山区典型树木侧柏为研究对象，利用原位连续观测和气态水同位素分析相结合等手段，对季节性干旱的土壤和树木的氢氧稳定同位素连续原位观测，旨在通过水源和水分运移路径示踪，高频辨识该过程中水分氢氧稳定同位素变化特征，量化分析树木水分利用来源及其时空异质性，确定不同土壤水分条件对树木水分利用的相互影响过程，阐明不同时段不同水分条件下树木水分利用策略和适应机制。本项目尝试将连续原位观测引入传统树木水分利用来源研究，加深对树木水分利用动态连续过程的机理理解，研究结果可为气候变化背景下北京山区树木水分利用适应机制和森林水文过程提供新的认识，为制定旨在提升森林生态服务功能的经营管理策略提供科学依据。

全球变化造成季节性干旱现象日益普遍，树木可利用的水分快速变动，迫切需要增强对土壤水分快速变动条件下树木水分利用适应机制的认识。本项目基于研究积累，以北京山区典型树木侧柏为研究对象，利用原位连续观测和气态水同位素分析相结合，对季节性干旱的土壤和树木的氢氧稳定同位素连续原位观测，通过水源和水分运移路径示踪，高频辨识该过程中水分氢氧稳定同位素变化特征，分析树木水分利用来源及其时空异质性，确定不同土壤水分条件对树木水分利用的相互影响过程，阐明不同时段不同水分条件下树木水分利用策略和适应机制，结果表明：（1）研究区大气降水线方程为δ2H=6.58δ18O-0.13（R2=0.94，n=23），斜率和截距均小于全球大气降水线和中国大气降水线；（2）土壤水样品的δ18O和δ2H的变化具有一定的规律性，其平均值随土壤深度的增加而减小，浅层土壤水受环境因子影响明显，深层土壤水受以往降水影响明显；（3）植物水样品随海拔和树种变化，针叶树种枝条水同位素值波动幅度为中海拔>高海拔>低海拔，阔叶树种枝条水同位素值波动幅度为高海拔>中海拔>低海拔；（4）侧柏对各土层水分利用随深度增加而递减，随海拔升高，在旱季逐渐利用浅层水分，在雨季逐渐利用深层水分；（5）植物水分来源的补给需要时间，对侧柏来说，枝条水补给时间随干旱程度加深变长，最长达127h；（6）树木液流值随总降水量下降而下降，当降水量过大时，液流值也略有下降；（7）侧柏随降水增多倾向于利用浅层土壤水，降水量过低时无法激发侧柏对降水的响应；（8）侧柏叶片长期经历干旱胁迫时，叶片可以吸收林冠层截留的降雨吸水，且叶片水势越高现象越明显；（9）侧柏和栓皮栎的日均液流速率呈季节波动变化，旱季的液流速率小于雨季，侧柏在旱季的雨前时期主要利用80-100cm土壤水，在旱季的雨后时期，主要利用40-100cm土壤水，在雨季的雨后时期，主要利用80cm以下的深层土壤水；（10）侧柏长期水分利用效率呈极显著增长趋势，油松长期水分利用效率呈显著降低趋势。