趙 鵬,徐先英,姜生秀,徐高興,柴成武,張逸君,馬玉蓮,戚?？?高德才,張國平

1 甘肅省治沙研究所荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,蘭州 730070 2 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院,沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730010 3 蘭州大學(xué)西部生態(tài)安全省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心,蘭州 730010 4 古浪縣海子灘林場,古浪 733100

干旱區(qū)約占地球陸表面積的40%以上,所支撐的復(fù)雜多樣生態(tài)系統(tǒng)是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成,水是干旱區(qū)諸多生態(tài)系統(tǒng)過程的驅(qū)動(dòng)力和關(guān)鍵的非生物限制因子[1]。植物-土壤水分相互關(guān)系是生態(tài)水文學(xué)研究的核心內(nèi)容[2]。由于植物生活型、年齡及生境因素的影響,造成不同或同一物種的水分利用策略產(chǎn)生差異[3]。作為一種干旱應(yīng)對策略,植物水分來源與根系分布并非完全一致,與環(huán)境中可利用水的量密切相關(guān)[4—5]。降水和地下水是荒漠植物主要水分來源[6],對不同水源的選擇性利用影響著群落的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性[7]。氫氧穩(wěn)定同位素是天然示蹤劑,在水分溯源、水分滯留時(shí)間估算與植物水分利用策略等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢[8—9],被廣泛應(yīng)用于研究新疆莫索灣地區(qū)楊樹和農(nóng)作物[10]、毛烏素沙地灌木群落[11]、黃土丘陵區(qū)優(yōu)勢造林樹種[12]等不同氣候區(qū)植物水分來源及種間水分關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)鹽生和旱生植物在水分由根系進(jìn)入植物體的過程中,氫穩(wěn)定同位素(D)會(huì)發(fā)生分餾[13]。因此,本研究選擇氧同位素(18O)為主要示蹤指標(biāo)。

檉柳是中亞干旱荒漠區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵種之一,在維持生物多樣性方面具有重要的生態(tài)地位[14]。在不同生境及水文氣候條件下,檉柳屬植物主要水分來源明顯不同。準(zhǔn)格爾盆地東南緣多枝檉柳以利用深層土壤水和地下水為主,水分來源沒有明顯季節(jié)波動(dòng)特征[15]。黑河中游檉柳6月主要利用40—60cm土壤水分,而在8月則主要利用60cm以下深層土壤水或地下水[16]。黑河下游額濟(jì)納三角洲多枝檉柳吸收土壤水的層位因地下水位波動(dòng)、土壤物理特性、河水對土壤水的側(cè)向補(bǔ)給及漫溢補(bǔ)給等存在較大的空間差異,但其利用河水和地下水的比例未見明顯空間差異[17]。塔里木河上游,檉柳在淺地下水埋深和大于450cm的深地下水埋深條件下均能良好生長,對不同水分條件的適應(yīng)能力優(yōu)于胡楊[18]。塔里木河下游,為了適應(yīng)極端干旱,無論是喬木胡楊、還是灌木檉柳,水分來源主要是較穩(wěn)定的深層水源,且對各水源的利用比例在不同月份波動(dòng)不大[19]。黃河三角洲貝殼堤島內(nèi)檉柳能通過改變自身的主要水分來源適應(yīng)生境和降水條件的變化,這種水源變換能力有利于提高其競爭優(yōu)勢[20]。目前,關(guān)于石羊河下游多枝檉柳灌叢水分來源與季節(jié)變化研究鮮見報(bào)道。為此,基于穩(wěn)定氫氧同位素技術(shù),本文通過研究檉柳灌叢水分來源的時(shí)空變化規(guī)律,以期為綠洲邊緣退化防護(hù)體系的修復(fù)與重建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 野外取樣

按照“空間代替時(shí)間”的方法,結(jié)合地上部分的長勢、枯枝情況等生物學(xué)特征綜合判斷多枝檉柳灌叢的衰退情況,共設(shè)置沙井子、三角城、外西、劉家地4個(gè)樣地,分別代表石羊河下游輕度、中度、重度、極重度衰退程度多枝檉柳灌叢沙堆(圖1、表1)。植物、土壤、降雨、地下水穩(wěn)定同位素樣品采集參考林光輝主編的《穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)》中穩(wěn)定同位素樣品采集方法[21]。2016年5月至10月,每月下旬在樣地選取3個(gè)長勢、形態(tài)大小基本相同的多枝檉柳灌叢,在灌叢東、南、西、北不同方向采集枝條木質(zhì)部樣品,共3個(gè)重復(fù)。剪取直徑約為0.1—0.3cm,長3—5cm非綠色栓化小枝,去皮后迅速裝入8mL采樣瓶,Parafilm封口膜密封,裝入便攜式恒溫箱冷藏,帶回實(shí)驗(yàn)室-18℃冷凍保存。用土鉆在各樣地以20cm間隔分層取土樣,深度為200cm,所取土樣一分部分裝入6個(gè)8mL采樣瓶,用Parafilm封口膜密封,放入恒溫箱冷藏,帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍保存,測定土壤水分的穩(wěn)定氫氧同位素值。另一部分裝入鋁盒內(nèi),測定土壤含水量。降雨樣品采用雨量器收集,每次降雨后記錄降雨量和降雨日期,專用玻璃瓶收集雨水。Parafilm封口膜密封,3—4℃冷藏保存。地下水樣品采自樣地附近農(nóng)田灌溉井,專用玻璃瓶收集,封口膜密封,3—4℃冷藏保存。不同土層間土壤水氫氧穩(wěn)定同位素的相似性增加了識別獨(dú)特水源的難度。因此,依據(jù)不同土層土壤含水量及氫氧穩(wěn)定同位素組成特征,將土壤劃分為0—60cm、60—120cm和120—200cm共3個(gè)土層。

穩(wěn)定氫氧同位素樣品采集具體時(shí)間分別為2016年4月22日、23日(降雨后1個(gè)月,3月降雨21.1mm,δ18O為-8.79‰),5月28日、29日(降雨后5d,5月20日—5月22日連續(xù)降雨12mm,δ18O為-10.27‰),6月27日、6月28日(降雨后1d,6月26日降雨1. 1mm,δ18O為-8.64‰),7月28日、7月29日(降雨后15d,7月13日降雨7.5mm,δ18O為-4.3‰),8月31日,9月1日(降雨后1d,8月29日降雨4.5mm,δ18O為-2.04‰),10月9日、10日(降雨后5d,10月4日降雨4.3mm,δ18O為-1.20‰)。

表1 石羊河下游不同衰退程度多枝檉柳灌叢概況

圖1 石羊河下游不同衰退程度多枝檉柳灌叢沙堆Fig.1 T. ramosissima nebkhas with different decline degrees in lower reaches of Shiyang River

1.2 樣品分析

采用烘干稱重法進(jìn)行土壤水分含量測定,土樣帶回實(shí)驗(yàn)室,用萬分之一電子天平稱取鮮重,置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,在105℃高溫烘干12h至恒重,待冷卻后稱重其干重。土壤含水量計(jì)算公式：

土壤含水量(%)=(土壤鮮重-土壤干重)/土壤干重×100

氫氧穩(wěn)定同位素樣品預(yù)處理與分析測定在荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地碳水同位素分析室進(jìn)行。采用低溫真空抽提法提取土壤水和植物水。真空蒸餾是提取植物和土壤中水分應(yīng)用最廣泛的方法之一,操作簡單,且不需要附加的溶劑。真空蒸餾期間,水分從樣品中蒸發(fā)出來并凝結(jié)在收集管中。在收集管中凝結(jié)的同位素遵循雷利(Rayleigh)蒸餾曲線,水分的抽提必須完全才可獲得未分餾水分樣品,抽提率可達(dá)98%以上。利用碳水同位素分析實(shí)驗(yàn)室PicarroL2120-i水同位素分析儀測定樣品氫氧穩(wěn)定同位素,測試結(jié)果以相對于維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海水(VSMOW)的千分值偏差表示：

式中,R樣品和R標(biāo)樣分別為樣品和國際通用標(biāo)準(zhǔn)物中元素的輕重同位素之比(18O/16O),測試精度為：0.5‰ (δD)、0.1‰(δ18O)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與作圖采用Origin9.0軟件。運(yùn)用IsoSource模型計(jì)算不同衰退程度多枝檉柳灌叢對各水源的可能利用比例。該模型以同位素質(zhì)量平衡的多元線性混合方程為基礎(chǔ),用于計(jì)算多個(gè)水源時(shí)植物對各水源的利用比例[22]。在初步判定兩種植物的水分來源后,將植物木質(zhì)部水和各潛在水源的δ18O值代入模型,構(gòu)建質(zhì)量平衡公式：

δM=FAδA+FBδB+FCδC+FDδD

1=FA+FB+FC+FD

式中,FA、FB、FC、FD為各潛在水源所占比例,δA、δB、δC、δD為各水源的δ18O值,δM為植物木質(zhì)部水的δ18O值。模型為植物的每個(gè)潛在水源的利用比例賦值,比例增加的步長視為來源增量,如1%或2%,各水源被利用比例的組合總計(jì)為100%,利用迭代方法計(jì)算可能的比例組合。當(dāng)各水源的δ18O值加權(quán)值之和等于植物木質(zhì)部水的δ18O值,或小于某一可接受范圍(質(zhì)量平衡公差)時(shí),視為符合條件的比例組合。模型運(yùn)行結(jié)果中,植物對各水源的利用比例是一個(gè)范圍(最大值—最小值)。本研究中,模型的來源增量設(shè)為1%, 質(zhì)量平衡公差設(shè)為0.1‰。

2 結(jié)果

2.1 降雨特征

2016年4—10月采樣期間石羊河下游民勤綠洲總降水量為101.6mm,占全年降雨量的81.67%,主要發(fā)生在6、7、8月。共發(fā)生降雨事件48次,小于5mm的小降雨事件占95.83%。2016年石羊河下游降水線方程為δD=6.46δ18O-5.11,R2=0.87,1—5月降水δ18O、δD分別介于為-10.65‰—-7.52‰,-152.5‰—59.51‰,均值分別為-11.08‰、-104.26‰。6—10月降水δ18O、δD分別介于為-6.85‰—-1.2‰,-44.60‰—7.66‰,均值分別為-4.57‰、-18.07‰。降水δ18O介于-3.3‰—-11.5‰,隨季節(jié)的變化明顯(圖2)。由于溫度的不同,降水δ18O夏季、秋季明顯高于春季,表現(xiàn)出明顯的季節(jié)效應(yīng)。

圖2 2016年石羊河下游民勤綠洲降水量、溫度、δ18O和δD的季節(jié)變化Fig.2 Seasonal variations of rainfall, temperature, δ18O and δD of Minqin oasis in 2016δ18O: 氧同位素δD: 氫同位素

2.2 土壤水分特征

不同衰退程度多枝檉柳灌叢季節(jié)土壤水分垂直分布各異。由圖3可知,輕度衰退階段,0—60cm土層春季土壤水分逐漸增大,夏季、秋季增大幅度較小。春季屬于萌發(fā)期水分消耗少,多枝檉柳灌叢60—120cm土層土壤水分顯著大于夏季、秋季。不同衰退程度多枝檉柳土壤水分表層0—60cm均受降雨及蒸發(fā)的影響波動(dòng)明顯，120—200cm土壤水分相對穩(wěn)定。4月、5月屬于萌發(fā)期水分消耗少,土壤水分均大于6、7、8月生長期。生長季多枝檉柳灌叢0—200cm平均土壤水分大小排序?yàn)椋褐囟?3.48%)>極重度(2.69%)>中度(1.97%)> 輕度(1.87%)。

圖3 石羊河下游不同衰退程度多枝檉柳灌叢土壤水分(δ18O)垂直變化Fig.3 Vertical variation of soil moisture (δ18O) of T. ramosissima nebkhas with different decline degrees in lower reaches of Shiyang River

由圖4可知,多枝檉柳灌叢土壤水氫氧同位素值分布在大氣降水線之下,證明降水補(bǔ)給土壤水過程中由于蒸發(fā)作用使土壤水中的δ18O、δD富集。不同衰退程度多枝檉柳灌叢土壤水蒸發(fā)方程斜率不一樣,蒸發(fā)強(qiáng)度排序?yàn)橹囟?中度>輕度>極重度。輕度衰退多枝檉柳灌叢土壤蒸發(fā)線為δD=2.92δ18O-45.83,R2=0.84,δ18O、δD變化范圍為-7.68‰—25.63‰,-74.97‰—32.90‰,均值分別為-1.28‰,-49.56‰。中度衰退多枝檉柳灌叢土壤蒸發(fā)線為δD=4.6δ18O-46.19,R2=0.90,δ18O、δD變化范圍為-23.42‰—7.19‰,-167.13‰—-20.83‰,均值分別為-0.51‰,-51.55‰。重度衰退多枝檉柳灌叢土壤蒸發(fā)線為δD=4.09δ18O-45.53,R2=0.91,δ18O、δD變化范圍為-22.68‰—6.13‰,-154.09‰—-18.67‰,均值分別為-3.80‰,-60.99‰。極重度衰退階段多枝檉柳灌叢土壤蒸發(fā)線為δD=2.54δ18O-48.09,R2=0.68。土壤水δ18O、δD變化范圍為-12.15‰—21.04‰,-103.68‰—-21.73‰,均值分別為-1.41‰,-51.82‰。降水與土壤水δD對比分析表明不同衰退程度多枝檉柳灌叢土壤水δD低于1—5月降水δD均值,但其δD高于6—10月降水,證明6—10月降水對土壤水補(bǔ)給貢獻(xiàn)較大。

圖4 石羊河下游不同衰退程度多枝檉柳灌叢土壤水δ18O與δD關(guān)系Fig.4 Relationship between δ18O and δD in soil water of T. ramosissima nebkhas with different decline degrees in Shiyang River

多枝檉柳灌叢地下水、木質(zhì)部水、降水δ18O隨季節(jié)和退化程度變化規(guī)律各異(表2)。輕度衰退,地下水δ18O介于-9.1‰—-9.6‰,變幅0.5‰。中度衰退,地下水δ18O介于-8.1‰—-10.1‰,變幅2‰。重度衰退,地下水δ18O介于-10.5‰—-11.0‰,變幅0.5‰。極重度衰退,地下水δ18O介于-8.74‰—-9.18‰,變幅0.44‰。多枝檉柳木質(zhì)部水δ18O輕度衰退,介于-11.43‰—-8.17‰,中度衰退介于-11.6‰—-8.4‰,重度衰退介于-10.37‰—-13.98‰,極重度衰退,木質(zhì)部水δ18O介于-9.34‰—-5.52‰,春季明顯高于夏季、秋季。

表2 石羊河下游不同衰退程度多枝檉柳灌叢降水、地下水、土壤水及木質(zhì)部水δ18O(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

2.3 水分來源

由圖5可知,不同衰退程度多枝檉柳灌叢沙堆土壤水的蒸發(fā)線方程為δD=2.9618O-45.9,R2=0.74。蒸發(fā)線位于全球大氣水線的右下方,表明降水入滲過程經(jīng)歷了較強(qiáng)的蒸發(fā)過程。多枝檉柳木質(zhì)部水與土壤水、降水、地下水δD-δ18O交叉分布在大氣水線以下,證明土壤水、降水、地下水是不同衰退程度多枝檉柳灌叢的潛在水源。

圖5 降水、土壤水、植物水與地下水δD 與δ18O的線性回歸關(guān)系Fig.5 Regression relationship between δD and δ18O in rainfall, soil water, plants water and groundwater

不同退化程度多枝檉柳灌叢生長季水分來源差異明顯。輕度衰退階段,多枝檉柳春季利用地下水46.1%、降水39.3%。夏季利用地下水86.7%,降水2.6%,深層土壤水5.8%。秋季利用地下水96.6%,中層土壤水1.8%。中度衰退階段,多枝檉柳春季各水源利用比例分別為地下水46.2%,降水41.7%,中層土壤水5%。夏季利用地下水93.6%,降水2.7%,深層土壤水1.7%。秋季利用地下水94.5%,降水2.6%,深層土壤水1.6%。重度衰退階段,多枝檉柳春季利用降水58.5%,地下水30.2%,深層土壤水5.8%。夏季地下水85.8%,深層土壤水6.3%,降水3.6%。秋季地下水94.9%,降水1.3%,深層土壤水2.1%。極重度衰退階段,多枝檉柳春季各主要水源利用比例分別為地下水24.4%,降水23%,深層土壤水22%。夏季各主要水源利用比例分別為地下水81.8%,深層土壤水8.8%,降水4.2%。秋季地下水96.3%,淺層土壤水0.8%,深層土壤水2.5%(圖6)。不同衰退程度多枝檉柳灌叢春季對降水的利用比例排序?yàn)橹囟人ネ?中度衰退>輕度衰退>極重度衰退,春季到秋季趨向于利用深層地下水。

3 討論

檉柳科 (Tamaricaceae)是一個(gè)古老的科,起源于第三紀(jì),包括亞洲中部在內(nèi)的“古地中?！毖匕兜貐^(qū),我國西北內(nèi)陸河下游綠洲荒漠過渡帶大量分布[23]。檉柳科植物屬于利用鹽腺向外泌鹽的深根性濕生植物[24],可在低葉水勢條件下進(jìn)行光合作用,同時(shí)具有較低的光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸速率,氣孔隨干濕季水分狀況對蒸騰速率的適應(yīng)性調(diào)整較靈敏[25]。檉柳林地0—30cm表層含水量受蒸發(fā)和降雨影響較大,林地30—200cm土壤平均含水量較裸沙地低[25]。巴丹吉林沙漠檉柳灌叢土壤水分呈淺層(10—70cm)高、中層(70—150cm)低、深層(150—210cm)高的特點(diǎn)[26],本研究發(fā)現(xiàn)不同衰退程度多枝檉柳灌叢沙堆土壤水分同樣存在表層(0—60cm)高的特點(diǎn),中下層(60—200cm)土壤水分相對穩(wěn)定。本研究野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)多枝檉柳通過自我疏枝的方式維持存活,將有限的水分維持部分枝條的正常生長,大部分枝條已干枯,以降低整個(gè)灌叢的水分消耗。多枝檉柳適宜生境土壤含水量范圍為3.55%—9.4%[27],本研究生長季多枝檉柳灌叢0—200cm土層平均土壤水分：重度(3.48%)>極重度(2.69%)>中度(1.97%)> 輕度(1.87%),均小于最適生境土壤水分,處于衰退演替狀態(tài)。由于主要利用地下水和深層土壤水,在降水引發(fā)的濕潤-干旱周期中,檉柳水分生理參數(shù)對降水無響應(yīng)[28]。與生長正常的檉柳相比,衰退多枝檉柳灌叢沙堆冠層截留減小,沙堆裸露面積增大,降水可直接入滲補(bǔ)給衰退檉柳灌叢。因此,本研究降水與土壤水氫穩(wěn)定同位素季節(jié)變化特征表明,6—10月降水對石羊河下游衰退多枝檉柳灌叢土壤水補(bǔ)給貢獻(xiàn)較大。

多枝檉柳灌叢的退化是以土壤水分和生物特性為主導(dǎo)因子,養(yǎng)分、鹽分和土壤結(jié)構(gòu)等因子綜合影響的結(jié)果[30]。我國最早的自然地理書籍《禹貢圖注》將石羊河下游的民勤劃為雍州區(qū)湖泊沼澤平原,分布有大量沼澤植物。馮繩武推算西漢以前水域面積占民勤縣的80%[31]。在清乾隆十四年(1749年)的《鎮(zhèn)番縣志》中,民勤境內(nèi)以檉柳(紅柳)命名的地名甚多,如柳林湖、紅柳崗、紅柳墩、紅柳園,可反映出當(dāng)時(shí)檉柳的廣布性。民國年間,石羊河下游的大西河、小西河河道斷流,青土湖、白亭湖干涸。20世紀(jì)以來,受干旱氣候的影響,民勤荒漠化急劇擴(kuò)張,逐漸形成綠洲邊緣較為穩(wěn)定的檉柳、白刺天然灌叢沙包,即“柴灣”。植被從水生、沼澤、草甸植物向旱生、強(qiáng)旱生、超旱生方向演替,物種大量消失,已演化成現(xiàn)在的沙漠、戈壁與綠洲景觀[32]。隨地表水銳減,地下水在民勤沙區(qū)農(nóng)、林業(yè)生產(chǎn)及水分平衡中起至關(guān)重要的作用[33]。由于民勤盆地每年超采地下水超過3×108m3,導(dǎo)致了區(qū)域性地下水位從20世紀(jì)70年代的1—9 m下降到20世紀(jì)初的 12—28m[34]。隨著地下水位下降,民勤沙井子地區(qū)荒漠植物種類和植被類型趨于旱化,濕生和中生植物相繼退化[35]。地下水下降至10m以下,土壤水分對檉柳的生長起到主導(dǎo)作用。民勤綠洲邊緣檉柳荒漠林林帶變窄,蓋度降低,向旱生、超旱生群落發(fā)展,退化明顯[36],以白刺、紅砂為主的荒漠植物逐步發(fā)展為優(yōu)勢種群[37]。

水資源是石羊河下游多枝檉柳灌叢演替的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子。當(dāng)根系與地下水接觸時(shí),檉柳氣孔對水分的控制作用微弱；地下水降低的干旱年份,通過氣孔導(dǎo)度控制水分散失[38]。作為北美地區(qū)的天然入侵種,檉柳的大量根系通過毛細(xì)管作用與地下水接觸[39],不僅能通過深根系獲取地下水,地下水水位下降時(shí)也能夠吸收利用不飽和區(qū)域的土壤水分,水分競爭力較強(qiáng)[40]。隨年內(nèi)的地下水水位波動(dòng),檉柳選擇性利用地下水和淺層(25—60cm)土壤水[41]。寧夏平原北部引黃灌區(qū)幼齡多枝檉柳吸收利用淺層不飽和土壤水,對灌溉反應(yīng)不明顯。20年林齡多枝檉柳對地下水的利用率達(dá)18.3%,不同水分條件下植物的水分利用策略跟林齡密切相關(guān)[42]。土壤水是塔克拉瑪干沙漠腹地達(dá)里雅布依綠洲檉柳幼苗的主要水源,隨著地下水埋深的增加,檉柳幼苗的吸水深度下移。檉柳幼苗水分利用效率隨地下水埋深的增加而略有增加[43]。塔克拉瑪干沙漠南緣人工防護(hù)林滴灌群落多枝檉柳對中層土壤水(40—100cm)的利用率高于自然群落,但其主要水分來源仍然是地下水,說明其根系已經(jīng)深達(dá)地下水層[44]。黃河蘭州段河漫灘多枝檉柳在生長季主要水分來源是0—30cm淺層土壤水(28.3%),對河水的利用率最小(16.6%),但對各潛在水源的利用比較平均[45]。當(dāng)夜間空氣濕度達(dá)到85%時(shí),在水通道蛋白(PIP2)基因調(diào)控下,檉柳葉片還可以直接吸收利用大氣水汽以適應(yīng)極端干旱環(huán)境[46]。小降雨事件不僅有助于抑制蒸發(fā),還可以通過葉片吸收補(bǔ)充檉柳葉片蒸騰失水[47]。本研究發(fā)現(xiàn)石羊河下游不同衰退程度多枝檉柳春季主要利用降水與地下水,對降水的利用比例排序?yàn)橹囟人ネ?中度衰退>輕度衰退>極重度衰退,夏季和秋季趨向于利用深層地下水。由于民勤綠洲地下水埋深已超過多枝檉柳可吸收利用的深度,檉柳荒漠林出現(xiàn)大面積的的衰退死亡。研究發(fā)現(xiàn)綠洲荒漠過渡帶農(nóng)田-防護(hù)林帶-荒漠存在水力聯(lián)系,農(nóng)田滲流水是防護(hù)林帶和荒漠植物種重要的水分來源[48]。研究區(qū)殘存檉柳灌叢能夠利用到的地下水多為綠洲農(nóng)田灌溉的測滲水。胡楊 (Populuseuphratica)是地質(zhì)歷史時(shí)期殘留的荒漠河岸林木,50年代民勤二壩湖有胡楊片林生長,隨著地下水位的下降,70年代還有部分胡楊林生長,但長勢已很弱,時(shí)至今日片林已全是枯木。民勤地區(qū)是胡楊分布的邊緣地帶,現(xiàn)除個(gè)別人工栽培撫育管理的林木成活外,天然分布胡楊已完全絕跡[35]。由于石羊河下游綠洲邊緣水文條件難以滿足胡楊、多枝檉柳等高大喬灌木生存需求,由此可以預(yù)測若干年后天然分布的多枝檉柳種群也會(huì)像胡楊一樣逐漸被旱生小灌木、草本所替代。

4 結(jié)論

(1)2016年石羊河下游降水線方程為δD=6.46δ18O-5.11,R2=0.87,以小降雨事件為主,降雨δ18O的季節(jié)效應(yīng)明顯。

(2)不同衰退程度多枝檉柳灌叢土壤水分在夏季較低,秋季略為恢復(fù)。衰退程度越嚴(yán)重蒸騰耗水越低,多枝檉柳灌叢0—200cm土層深度平均土壤水分排序?yàn)橹囟?3.48%)>極重度(2.69%)>中度(1.97%)> 輕度(1.87%)。6月—10月降水對土壤水補(bǔ)給貢獻(xiàn)較大。

(3)受春季降水蒸發(fā)損失小,冠層截留以及土壤生物結(jié)皮的綜合影響,不同衰退程度多枝檉柳春季對降水的平均利用比例達(dá)40.63%,大小排序?yàn)橹囟人ネ?58.5%)>中度衰退(41.7%)>輕度衰退(39.3%)>極重度衰退(23%)。春季到秋季衰退多枝檉柳灌叢趨向于利用可靠的深層地下水。