基于稳定同位素技术研究喀斯特季节性雨林代表性植物水分利用策略

In karst areas, with shallow soil and uneven distribution, coupled with the geological and seasonal drought, the water is often a key factor restraining plant growth and distribution. Meanwhile, the complex underground space of karst areas enables the region’s plants to have evolved a unique root system so as to use a variety of potential water sources, and have formed a unique water use strategy for various species. Reveal the coexistence and adaptation mechanism of different species in the karst seasonal rainforest need to research on water utilization strategies of different tree species in the region. But, it is difficult to accurately distinguish the water source of the plant and the contribution rate of each potential water source to the plant in the karst area through the traditional methods like analyzing the plant root distribution or monitoring water changes at different soil layers underground. This research will use hydrogen, oxygen and carbon isotope techniques to study the water source and its using efficiency of different life forms plants in the same community, representative plants under different habitat and the same tree species under different habitat conditions during the dry season and wet season based on the monitoring sample plot of 15 hectares in the north tropical karst seasonal rainforest in Nonggang of Guangxi Province. This study will reveals the coexistence mechanism of different plants in karst seasonal rainforest from water utilization strategy way, and provides the theoretical support for adaptive ecosystem management and artificial community construction in karst region.

喀斯特地区，土层浅薄且分布不连续，加上地质性和季节性干旱，水分往往成为限制植物生长和分布的关键因子。同时，喀斯特地区复杂的地下空间使该地区植物进化出独特的根系系统，从而尽可能地利用各种潜在水源，并形成各自独特的水分利用策略。研究喀斯特季节性雨林不同树种水分利用策略是揭示该地区物种共存及适应机制必需明确的科学问题。但传统的分析植物根系分布、监测地下各层次水分变化等方法很难在喀斯特地区准确区分植物水分来源及各个潜在水源对植物的贡献率。本研究基于广西弄岗北热带喀斯特季节性雨林15公顷监测样地，采用氢、氧和碳稳定性同位素技术研究同一群落内不同生活型植物、不同生境代表性植物及同一树种在不同生境条件下旱、雨季水分来源及其利用效率，从水分利用策略方面来探讨喀斯特季节性雨林物种共存机制，为喀斯特生态系统适应性管理及人工群落构建技提供理论支撑。

喀斯特季节性雨林地区，土层浅薄且分布不连续，加上地质性和季节性干旱，水分往往成为限制植物生长和分布的关键因子，而喀斯特地区复杂的地下空间结构为植物根系生长提供了空间，并形成其独特的水分利用策略。本研究以弄岗北热带喀斯特季节性雨林为研究对象，采用氢、氧和碳稳定性同位素技术研究喀斯特季节性雨林不同生境代表性树种的水分利用策略。结果表明喀斯特季节性雨林树种叶片δ13C值的范围为-34.13‰～-29.69‰，平均值为（-31.40±1.19）‰，水分利用效率(WUE)的范围为9.08～58.76μmol·mol-1，均值为41.79μmol·mol-1，低于更高纬度的亚热带和暖温带森林，但高于更低纬度的热带雨林和同一纬度的非喀斯特季节性雨林；从洼地到山顶，随着干旱指数增加，不同生境代表性树种的水分利用效率逐渐增大；同一树种δ13C值和WUE也是从洼地到山顶逐渐增高。树种水分利用效率除了与气候等因子相关外，还与植物所处生境的地质背景、水分可利用性相关，同一气候条件下，喀斯特区植物的水分利用效率要高于非喀斯特区、干旱生境植物的水分利用效率高于湿润生境，进而说明具有不同的水分利用效率是喀斯特地区植物适应不同生境、实现多物种共存采用的策略之一。主要树种水分来源研究结果表明；1）从洼地到山顶，随着海拔增高，土壤δD值逐渐降低，洼地的为-31.34‰、中坡为-31.92‰、山顶为-32.50‰；2）土壤δ18O值变化趋势和δD大体一致，山顶0-10cm土层的δ18O最低、其次是20-30cm的、最高的是10-20cm土层，中坡和洼地则相反，δ18O值最低是10-20cm土层、其次是20-30cm的、最高是0-10cm土层；3）研究区地下水δD和δ18O值在旱、雨季变化明显，雨季（7月）的δD和δ18O值明显低于旱季（1月），而且地下水旱雨季的δD和δ18O值也明显低于土壤的δD和δ18O值；4）喀斯特季节性雨林主要树种的δD值变化范围为（-40.64±1.25）‰至（-25.03±0.24）‰，分布于中坡树种的δD值最低，其次是山顶，最高是洼地；从洼地到山顶，各生境代表性树种δ18O值随海拔增高而增高；5）Iso-Source分析表明，地下水和0-30cm土层水并不是喀斯特季节性雨林主要树种的主要水分来源。