王 升，黃玉清，丁亞麗，趙銀軍

1.廣西百色國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)管理委員會，廣西百色 533612；2.南寧師范大學北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西南寧 530001；3.清華大學地球系統(tǒng)科學系，北京 100084

位于百色市的右江河谷是我國著名的干熱河谷之一，被譽為“天然溫室”[1]。該地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，具有光、熱能充足，水熱同期、夏季高溫多雨、干濕季節(jié)分明且無冬季的河谷干熱氣候特征，具備芒果得天獨厚的適生環(huán)境，種植芒果已有100多年歷史，目前已逐步成為我國芒果主產(chǎn)區(qū)。截止2021年8月，百色芒果種植總面積已達8.9萬hm2，面積和產(chǎn)量均占全國的近三成，“百色芒果”獲“國家級農(nóng)產(chǎn)品地理標志示范樣板”稱號，芒果產(chǎn)業(yè)已成為百色革命老區(qū)脫貧致富的主要途徑之一。然而，該地區(qū)年平均溫度22.2℃，年均降水量 1165.8 mm，年蒸發(fā)量1681.7 mm，蒸發(fā)量大于降水量，是全區(qū)最干旱的地區(qū)之一[2]，有“十年十旱”之稱（尤其是春旱發(fā)生的頻率達 70%~90%），旱災已成為右江河谷旱地作物生長發(fā)育及產(chǎn)量提高的主要制約因素。已有研究表明右江河谷旱作全生育期的平均水分條件是虧缺的，且近40年來右江河谷作物生育期內(nèi)有效降水量呈下降趨勢[3]。百色芒果園 80%以上分布于山地上，基礎(chǔ)設(shè)施落后，水電缺乏，旱季能夠使用地頭水柜等簡陋設(shè)施灌溉的果園面積僅占全市芒果園面積的 19.5%，而完全靠雨養(yǎng)果園的面積達 80.0%，抵抗旱災的能力較低。芒果果實生長發(fā)育的大部分時間在旱季，水源或者灌溉設(shè)施匱乏致使芒果關(guān)鍵需水時期水分難以得到保證，產(chǎn)量波動大。在干熱河谷生境下，芒果樹對土壤水分的吸收利用是否存在季節(jié)性轉(zhuǎn)變特征尚不清楚，不同物候期的主要水分來源（如淺層土壤水、深層土壤水或地下水等）及各水源貢獻比例也未明確[4]。

水循環(huán)是地球物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分，也是物質(zhì)和能量遷移的動力和載體之一。降水是大氣圈和水圈物質(zhì)與能量交換最積極的一部分，且降水氫氧同位素具有時空差異性，其變化受到溫度、濕度、氣壓、降水量、水汽來源等因素的影響[5]。作為流域的主要水分來源，降水中的氫氧同位素特征對該區(qū)域內(nèi)各水體（土壤水、地下水和植物水等）中的氫氧同位素有根本性的影響，是利用同位素技術(shù)在該地區(qū)開展水循環(huán)研究的基礎(chǔ)[6-7]。了解不同時空尺度降水中氫氧同位素組成對生物地球化學研究十分必要[8]，如研究土壤水和地下水補給、地下水滯留時間、植物水分來源等[7]。

穩(wěn)定同位素技術(shù)過去主要應(yīng)用于水分循環(huán)及水分運移等方面，相比傳統(tǒng)的水文研究方法，如水量平衡、空氣動力學及模型模擬等方法，由于其具有精量、精細、精準和可控性，自20世紀90年代以來，開始廣泛應(yīng)用于植物水分來源研究[4]。通過測定植物木質(zhì)部水分和不同水源（不同季節(jié)降水、霧水，不同層次土壤水、地下水、地表徑流等）的氫和氧同位素組成來分析植物水源，可判斷植物根系有效吸水區(qū)域，且有助于解釋植物水分利用策略對環(huán)境水分變化的適應(yīng)[9]。前人研究表明不同功能型植物利用水分的方式不同，如禾本科等草本植物和仙人掌類植物主要利用來自近期降水的淺層土壤水，河岸帶樹木和深根系植物則主要利用深層土壤水或地下水[10]，而灌木類常利用幾種水源的混合水[11]，即綜合應(yīng)用了雨水、土壤水、地下水和河水[12-13]?；跉溲跬凰胤椒▽δ戏角鹆陞^(qū)幼年油茶水分來源的研究發(fā)現(xiàn)，果實生長高峰期主要應(yīng)用了0~30 cm深度的土壤水，0~30、30~60、60~100 cm土壤水的貢獻率分別為51.3%、28.2%和20.5%[12]。綜上，穩(wěn)定性氫氧同位素示蹤技術(shù)作為植物水分關(guān)系過程研究的有效手段，定量判別估算作物生長期對潛在水源的利用比例以及季節(jié)性轉(zhuǎn)變模式，有助于推動區(qū)域生態(tài)水文效應(yīng)的模擬和預測。

在全球氣候變化的大背景下，目前缺乏對干熱河谷地區(qū)降雨氫氧穩(wěn)定同位素特征及芒果樹根系吸水來源方面的研究。百色干熱河谷地區(qū)降雨氫氧穩(wěn)定同位素組成隨季節(jié)如何變化？不同生育期芒果樹分別利用了哪個層次的水分？本研究應(yīng)用氫氧穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)，分析降雨氫氧穩(wěn)定同位素動態(tài)變化及其影響因素，綜合直接對比法和線性混合模型方法探討百色干熱河谷地區(qū)芒果樹根系吸水來源，并量化各潛在水源的貢獻比例，以期為該地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源高效利用及芒果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西百色市田陽縣百育鎮(zhèn)，是典型的干熱河谷區(qū)，地貌以河谷沖積平原和小丘陵為主。屬亞熱帶季風氣候，年均溫度 22.2℃，最冷月 1月平均溫度13.7℃，最熱月7月平均溫度28.4℃，極端最高溫度42℃，極端最低溫度-1.7℃，溫度水平差異小，垂直差異大。年際間最大年降水量1668.7 mm，最小年降水量832.2 mm，多年平均降水量1165.8 mm，年蒸發(fā)量1681.7 mm。雨季平均開始于5月上旬，結(jié)束于9月下旬，平均持續(xù) 132 d。降水量南北山區(qū)多，中間河谷少，夏季多，冬季少，干濕季分明。年均日照時數(shù)1711.2 h。

在百色市國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)芒果莊園（106°59′E, 23°41′N）開展研究，芒果園屬低山丘陵坡地，坡向西北，無灌溉。試驗品種為30年生‘貴妃芒’，長勢一致，無病蟲害，種植密度為500株/hm2，株行距 4.00 m×5.00 m。平均樹高2.90 m，平均胸徑20.30 cm，平均南北冠幅2.92 m，平均東西冠幅為3.14 m。果園定期進行病蟲害防治，適時拉枝剪梢、套袋、保墑追肥，定期清除雜草，果樹生長管理措施在該區(qū)域具有代表性。

1.2 降水樣品采集及測定

該地區(qū)的降水均以降雨的形式出現(xiàn)，雨水收集采用國際原子能機構(gòu)全球大氣降水網(wǎng)絡(luò)計劃（Global Network of Isotopes in Precipitation,GNIP）推薦的方法和裝置，采用超純水清洗棕色收集瓶，烘干，然后置于離地面2 m高的位置，雨水通過漏斗進入密閉的收集瓶，漏斗內(nèi)放置一個乒乓球以防止蒸發(fā)，收集過程中注意密封，盡量避免收集的雨水樣品與外界空氣進行交換，將蒸發(fā)的影響降到最低。雨水樣品裝入2 mL冷凍管后用 parafilm封口膜密封，放于冰箱 4℃冷藏保存，待測水中氫氧同位素組成[14-15]。自 2020年7月—2021年10月，共收集35份雨水樣品。

所有降水水樣的氫氧穩(wěn)定同位素組成由北京松盛華嘉檢測技術(shù)有限公司進行測試分析，所用儀器為LGR水同位素分析儀（型號：912-0050）。水樣上機測試之前用0.22 mm孔徑的濾膜進行過濾，以去除水樣中的雜質(zhì)。測試結(jié)果用相對于V-SMOW（維也納標準平均海水）標準的δ（‰）表示：

式中，sample為待測樣品，VSMOW為標準樣品，δD值的測試誤差不超過±1‰，δ18O值的測試誤差不超過 0.2‰。此外，氘盈余（d）為δD與 8δ18O之差，反映了水汽源地、空氣濕度、水汽路徑等。

1.3 土壤水、地下水及芒果莖稈水取樣及測定

于2021年3—6月（芒果的重要生育期：花期、幼果期、果實膨大期及成熟期）對百色市田陽縣百育鎮(zhèn)芒果園土壤與植株進行調(diào)查取樣，采樣時間分別為3月11日、4月10日、5月15日和6月17日。

土壤樣品采集：按照10、20、30、40、60、80、100 cm深度在芒果樹根系附近0~60 cm土層內(nèi)用土鉆采集土壤樣品，每層采集鋁盒樣品和同位素樣品各1份，鋁盒土樣用烘干法（105℃，12 h）測定土壤含水量，同位素樣品裝入采樣瓶內(nèi)并用parafilm封口膜密封以防止蒸發(fā)，放入便攜式冰盒（4℃），帶回實驗室后冷藏保存，后期在實驗室內(nèi)利用植物土壤水分真空抽提系統(tǒng)提取土壤中的水分。

植物樣品采集：截取4~5節(jié)10 cm左右長度的芒果樹栓質(zhì)化小莖，并立即剝離韌皮部后裝入10 mL螺口玻璃樣品瓶中，擰緊瓶蓋，用parafilm封口膜密封以防止蒸發(fā)，放入便攜式冰盒（4℃），帶回實驗室后冷凍（-20℃）保存，待真空提取植物水樣。

地下水樣品采集：在芒果園附近泉水口采集地下水2 mL于采樣瓶，用parafilm封口膜密封以防止蒸發(fā)，放入便攜式冰盒（4℃），帶回實驗室后冷藏保存。

土壤水和植物水萃?。褐参锖屯寥罉悠返乃痔崛〔捎谜婵绽鋬稣麴s法，使用真空抽提系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）進行低溫真空抽提。將收集好的液態(tài)水裝入 2 mL玻璃瓶待測。植物和土壤抽提的液態(tài)水樣品的氫氧同位素含量同樣采用LGR水同位素分析儀測定。

1.4 植物水源判斷方法

1.4.1 直觀相關(guān)法 顧名思義就是指將樹莖水與不同潛在水源的δD和δ18O進行直接對比，當其與某潛在水源δD和δ18O交叉或者相近時，就大致可以定性判斷出植物水分利用來源所處的土壤深度。但利用直觀相關(guān)法進行分析時，有一個先決條件，即在任意時間，植物優(yōu)先利用某一特定層次的土壤水。

1.4.2 多元線性混合模型法 根據(jù)同位素質(zhì)量守恒原理，PHILLIPS等[16]提出了多元線性混合模型法確定植物對各潛在水源的利用比例，建立了Isosource模型。同位素種類最多可輸入5種，水分來源最多可輸入10種，Mixtures表示植物木質(zhì)部水的同位素值，對來源增量（source increment）和質(zhì)量平衡公差（mass balance tolerance）分別賦值為1%（表示以1%的增量賦值植物對各水源的利用比例，用以檢測可能的比例組合）和 0.1‰（表示各水源同位素值被利用比例加權(quán)值之和與植物木質(zhì)部水同位素值的差異不差過 0.1‰，此時的比例組合被認為是可能的組合）。質(zhì)量平衡公差越大，可接受的值也越多。PHILLIPS等[16]認為質(zhì)量平衡公差不小于來源增量與各可能最大水源同位素值之間最大差值的乘積的1/2。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨氫氧穩(wěn)定同位素組成及其影響因素

通過采樣分析，實驗區(qū)域2020年7月—2021年 10月降水同位素值δ18O變化范圍為-15.75‰~-0.97‰，年均值為-7.39‰；δD 變化范圍為-116.03‰~4.35‰，年均值為-48.70‰；氘盈余d的變化范圍為 4.92‰~14.82‰，平均值為10.78‰（表1、圖1）。δ18O、δD和d的月均值最大值均出現(xiàn)在4月，分別為-1.81‰、-1.73‰和12.76‰；最小值均出現(xiàn)在8月，分別為-11.13‰、-81.29‰和7.92‰。δ18O和δD月變幅最大的月份均為8月，變化范圍分別為-15.75‰~-7.73‰、-116.03‰~-55.32‰；變幅最小的月份均為4月，變化范圍分別為-2.63‰~-0.97‰、-9.33‰~4.35‰。整體而言，雨季降水中的δ18O和δD值均低于旱季，雨季變幅大于旱季。

由表1可見，研究區(qū)實驗期間35場降雨中，d值小于10‰的降水次數(shù)為14次，占40%，這部分水汽可能是由于海洋水汽遠距離補給，d值微升。降水中的d值呈現(xiàn)雨季低而旱季高的特點，說明在雨季，百色地區(qū)降水的水汽主要來自低緯度海洋，空氣濕度大，降水過程中蒸發(fā)微弱以及遠距離水汽輸送導致同位素貧化，d值較小。干燥水汽可以顯著增加降水中的d值，干燥水汽來自于大陸盆地或途徑內(nèi)陸；在旱季，受大陸性氣團的控制，該地區(qū)降水的水汽可能來源于區(qū)域再蒸發(fā)水汽的補給，空氣濕度小，蒸發(fā)較強，導致降水中重同位素富集，d值較大。張君等[15]在桂西北的研究也有類似相關(guān)的結(jié)果，即春季（13.27‰）和冬季（17.05‰）的氘盈余大于夏季（10.12‰）和秋季（11.07‰）。

表1 研究區(qū)降雨δ18O、δD和氘盈余月統(tǒng)計特征Tab.1 Monthly variation of δ18O, δD and d-excess in precipitation

降水中δ18O、δD和d與日平均溫度變化的關(guān)系見圖1，δ18O和δD與日平均氣溫呈相反的變化趨勢，表現(xiàn)為隨著氣溫的降低而升高、隨氣溫的升高而降低。對其進行相關(guān)性分析（圖2），可見降水中的δ18O和δD與日平均氣溫呈極顯著負相關(guān)。

圖1 研究區(qū)降水δ18O、δD、d及氣溫變化Fig.1 Variation of δ18O, δD, d in precipitation and air temperature

圖2還表明，降水中δ18O和δD值隨降雨量的增大而偏貧化，即降水中氫氧穩(wěn)定同位素值與降雨量之間呈顯著負相關(guān)（P＜0.01）。本研究中大氣降水同位素表現(xiàn)出明顯的“降雨量效應(yīng)”，即降雨量與同位素的負相關(guān)關(guān)系，這可能與本研究區(qū)位于中低緯度受到強對流天氣的影響有關(guān)。

圖2 研究區(qū)降水δ18O、δD與降水量（A、C）、氣溫（B、D）在次降雨尺度變化的關(guān)系Fig.2 Relationships between δ18O and δD in precipitation and rainfall amount (A, C) and air temperature (B, D)

2.2 當?shù)卮髿饨邓€

在水的蒸發(fā)和凝結(jié)過程中，存在H2O和HDO之間蒸汽壓變化與H216O和H218O之間蒸汽壓變化的比例關(guān)系，δD和δ18O的平衡分餾系數(shù)值S≈8.2（T=25℃），所以導致水體中D和18O的線性關(guān)系[7]。這一關(guān)系用最小二乘法表示，即為大氣降水線方程，其揭示的是水汽在其源地非平衡蒸發(fā)以及水汽在凝結(jié)過程中平衡分餾條件下降水中穩(wěn)定同位素比率δD和δ18O之間的對比關(guān)系，其斜率反映兩類穩(wěn)定同位素δD和δ18O分餾速率的對比關(guān)系，截距表示氘對平衡狀態(tài)的偏離程度，對研究區(qū)域水文循環(huán)過程具有重要意義[13]。圖3為研究區(qū)大氣降水線，方程為δD=8.2587δ18O+12.308，δD和δ18O值有極顯著相關(guān)性（r=0.9968,n=35,P＜0.001）。當?shù)卮髿饨邓€方程的斜率和截距分別為8.2587和12.308，與全球大氣降水線方程δD=8δ18O+10相比，研究區(qū)降水線方程斜率和截距均偏大。由于δD值與δ18O值之間存在顯著的線性關(guān)系，因此本文其余部分使用δD值來反映降雨同位素特征。

圖3 研究區(qū)當?shù)卮髿饨邓€與全球大氣降水線對比Fig.3 Comparison of local meteoric water line in study area and global meteoric water line

2.3 芒果樹水分來源

2.3.1 土壤含水量及土壤水的氫氧同位素變化特征 4次取樣前期降水和日均溫如表2所示，芒果園各月土壤含水量如圖4所示。2021年3—6月，日均溫逐漸升高。由于2021年3月11日前期降水較少（1月和 2月總降雨量僅為51.4 mm），無雨天數(shù)較長，土壤含水量較低（18.9%）。2021年4月10日采樣時，由于3月較多降雨的補給（187.8 mm），土壤含水量有所上升（20.3%）。2021年5月15日采樣時，可能是由于采樣前降雨較少（5月1日至5月14，僅5月11日降雨19.2 mm），且氣溫較高（28.5℃）、蒸發(fā)強烈，導致土壤含水量下降（17.3%）。2021年6月17日采樣時，經(jīng)過降水補給（6月3日和6月5日降水量分別為57.2 mm和98.8 mm），土壤含水量達到較高水平（21.6%）。從土壤含水量的動態(tài)變化中可以看出高溫、蒸發(fā)強烈的夏季，干熱河谷區(qū)作物容易遭受水分脅迫。

表2 土壤取樣時芒果生育期及前期天氣概況Tab.2 Growth periods and weather conditions during sampling days

圖4 2020年研究區(qū)土壤體積含水量動態(tài)變化Fig.4 Variation of volumetric soil water content at study area in 2020

芒果園土壤水δD值隨土壤深度的變化特征見圖5，總體來看，土壤水中氫穩(wěn)定同位素的變化具有一定的規(guī)律性：不同月份土壤水δD總體上隨土壤深度的增加而變貧，表層的同位素豐度較為富集，而后隨著深度的增加逐漸貧化，在60 cm以下深度則保持一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)。土壤表層氫氧同位素較為富集是由于受地表蒸發(fā)和樹木截留水分蒸發(fā)的影響，但對于深層的土壤，只有當降雨達到一定量（超過冠層截留量和表層土壤一定補給量）時才開始入滲補給深層土壤水分，因此表現(xiàn)為深層土壤層中δD值較小。

圖5 芒果園地下水、芒果莖稈及土壤水δD變化特征Fig.5 Variation of δD in groundwater, xylem water, and soil water at mango garden

比較δD值在不同月份、不同土壤深度之間的分布特征（圖6）。整體來看，3—6月δD平均值依次為-45.185‰±0.170‰、-33.635‰±0.256‰、-38.029‰±0.184‰和-29.595‰±0.101‰。結(jié)合土壤含水量和各月降水量，可見由于3月之前較為干旱，導致3月氫同位素較為貧化；隨著3、4月降水的增加，雨水在下滲過程中挾帶重同位素補充到各層土壤中，使4月氫同位素豐度較為富集；由于5月中上旬基本無降水，導致5月的氫同位素值又貧化而偏負；經(jīng)過6月初較大降水補給（6月 3日和 6月 5日降水量分別為 57.2 mm和98.8 mm），6月氫同位素豐度又得到提升。

圖6 不同月份芒果園土壤水δD變化特征Fig.6 Variation of δD in soil water at mango garden

2.3.2 芒果樹水分來源 利用直觀相關(guān)法對不同月份芒果樹莖水、土壤水及地下水δD進行對比，若與芒果樹莖水同位素值接近或相交即為芒果樹吸水來源區(qū)域。由圖5可知，不同月份芒果樹莖水與土壤水均有交叉或接近于地下水，初步判斷芒果樹同時利用60 cm以下土層的土壤水及地下水。3月芒果樹木質(zhì)部水分δD值為-45.771‰，與30、40 cm和以下土壤水分及地下水δD值相近；4月芒果樹木質(zhì)部水分δD值為-40.246‰，與 40 cm及以下土壤水及地下水δD值相近；5月芒果樹木質(zhì)部水分δD值為-45.155‰，對應(yīng)于60 cm及以下土壤水和地下水δD值；6月芒果樹木質(zhì)部水分δD值為-39.640‰，與60 cm及以下土壤水和地下水δD值相近。綜合來看，芒果樹在雨季初期主要利用中下層土壤水分及地下水，雨季主要利用深層土壤水及地下水。同時可見，直觀相關(guān)法屬于定性方法，精確性欠佳，尚需借助定量計算法進一步明確主要吸水來源及其貢獻率。

利用多元線性混合模型（基于 IsoSource軟件）定量研究芒果樹對各層土壤水源及地下水的利用比例，在分析過程中以δD值的分析結(jié)果為主（表3），3月及之前降雨較少，芒果樹在花期對各土層土壤水分及地下水利用較為均勻，對20~40 cm處土壤的水分利用比例稍高；4月幼果期主要利用 40 cm以下土層土壤水及地下水；5月果實膨大期和6月成熟期均主要利用60 cm以下土壤水及地下水，特別是在成熟期對地下水利用比例達到 58.9%。表明干熱河谷地區(qū)芒果樹主要以深層土壤水及地下水為水源，這是由于芒果樹根系主要分布在深層，說明芒果樹更接近于保守型水分利用策略。

表3 基于δD的不同深度土壤水及地下水對芒果樹根系吸水的貢獻率Tab.3 Contribution rates of soil water at different depths and groundwater to mango tree at different growing stage based on δD

3 討論

3.1 降雨氫氧穩(wěn)定同位素組成及其影響因素

中國降水年均δ18O 變化范圍為-13.9‰~-3.6‰，δD 變化范圍為-134‰~-17‰[13]，本研究中δ18O和δD的變化范圍在中國降水氫氧同位素的變化范圍內(nèi)。張君等[15]分析了西南喀斯特小流域 2013—2018年日尺度降水的氫氧穩(wěn)定同位素值，發(fā)現(xiàn)δ18O變化范圍為-15.20‰~1.06‰，δD變化范圍為-118.88‰~32.00‰，d值介于-9.25‰~33.89‰之間，平均值為 12.02‰[15]，本研究區(qū)域（位于百色市）與其研究小流域（位于河池市）均位于桂西北地區(qū)，因此δ18O、δD和d值的變化范圍也在該范圍內(nèi)。張君等[15]的研究結(jié)果表明重同位素值相對較高，如δ18O最大值為1.06‰，δD最大值為32‰，這是由于其收集了所有降水，包括小于20 mm的降水，甚至對2 mm的降水也進行了測定，這類降水往往表現(xiàn)出重同位素特征，造成了重同位素值范圍比較大。

大氣降水中δ18O和δD值的變化與產(chǎn)生降水的物理過程密切相關(guān)，其中水循環(huán)過程中的蒸發(fā)和凝結(jié)過程對δ18O和δD值大小的影響最顯著。降水中的氫氧同位素一般存在以下規(guī)律：δ值向遠離海岸線的方向降低的大陸效應(yīng)，沿緯度升高方向降低的緯度效應(yīng)，沿高程增加方向減少的高程效應(yīng)，隨地面氣溫升高而增大的溫度效應(yīng)，隨降水量增大而減少的降水量效應(yīng)[5]。降水量效應(yīng)主要發(fā)生在低緯度熱帶地區(qū)，而溫度效應(yīng)主要發(fā)生在高緯度地區(qū)[17]。溫度是影響蒸發(fā)和凝結(jié)過程的重要因素之一，本研究表明試驗區(qū)存在反溫度效應(yīng)。張君等[15]在桂西北（河池市）喀斯特小流域的研究也發(fā)現(xiàn)δ18O與日均氣溫的極顯著負相關(guān)關(guān)系，溫度每升高 1℃，δ18O值降低 0.27‰。這與降雨同位素溫度效應(yīng)（指δ值隨溫度升高而升高，原因在于降水云團的冷凝溫度與雨水的δ值有直接關(guān)系，而地面氣溫在一定程度上與冷凝溫度有對應(yīng)關(guān)系）不一致，很多中國南方季風區(qū)的研究也表現(xiàn)出反溫度效應(yīng)[18-19]。其原因在于在受東南季風影響的中國大部分地區(qū)，由于水熱同步，降雨量效應(yīng)掩蓋了溫度效應(yīng)，導致氫氧穩(wěn)定同位素與溫度的負相關(guān)關(guān)系。本研究區(qū)屬于珠江流域，受季風氣候、雨滴凝結(jié)時的溫度以及相對濕度的綜合影響，一定程度上消減了溫度效應(yīng)[19]。SCHOTTERER等[20]在關(guān)于全球尺度降雨年δ18O平均值與氣溫的研究中發(fā)現(xiàn)二者呈正相關(guān)關(guān)系。隨著全球氣候變暖的趨勢，降水中的δ18O值也在升高，降水δ18O與氣溫之間的關(guān)系存在時空尺度的差異。本研究還揭示了該地區(qū)存在顯著的降雨量效應(yīng)，和臨近地區(qū)的研究結(jié)果[13,18-19]相同。張君等[15]在桂西北喀斯特小流域通用觀測到降水中氫氧同位素隨降雨量的增大而減小，降雨量每增加1 mm，δ18O值降低0.05‰，且溫度對δ18O和δD的影響強于降雨量的影響。

張君等[15]建立的桂西北（河池市）喀斯特小流域的大氣降水線方程為δD=8.37δ18O+14.45，斜率和截距也均大于全球大氣降水線方程的斜率和截距，與本研究的大氣降水線方程相近。由于水汽來源、水汽輸送方式、地理位置（海拔、經(jīng)緯度、地帶性氣候等）及氣候條件的差異，各地大氣降水線的斜率和截距不盡相同。本研究建立的方程與緯度相近的如章新平等[21]報道的長沙（δD=8.74δ18O+15.46）、涂林玲等[22]建立的桂林（δD=8.42δ18O+16.28 ）、 貴 陽 （δD=8.82δ18O+22.06）、香港（δD=8.08δ18O+11.08）及珠江（δD=7.68δ18O+8.73）[13]等地的大氣降水線方程相近，表明這些地區(qū)的降水與季風類型、水汽來源以及所處氣候帶相似。另外，大氣越干熱，大氣降水線斜率和截距越小[23]，本研究中百育鎮(zhèn)大氣降水線的斜率和截距均小于臨近地區(qū)的貴陽[13]、河池（δD=9.016δ18O+19.66）[24]、桂林[22]及長沙[21]，反映了研究區(qū)較為干旱、相對濕度較低、降水過程受云霞二次蒸發(fā)作用較強的特點[23]。降水線方程的高截距反映出研究流域以受大陸性局地水汽來源影響為主，降落到地表的水重新蒸發(fā)在當?shù)厮麃碓粗姓己艽蟊壤?。羅芳芳[25]獲得的云南元謀干熱河谷地區(qū)的大氣降水線方程為δD=7.56δ18O- 0.988（r=0.984,P＜0.001,n=24），斜率和截距均比本研究小，表明該地區(qū)更為干熱的氣候特征。

3.2 芒果樹水分來源

總體來看，在花期和幼果期，芒果樹對各層次土壤水分及地下水利用比例較為均勻，果實膨大期和成熟期則主要利用深層土壤水及地下水。表明該地區(qū)芒果樹在生育期尤其是耗水量較大的階段，主要以深層土壤水及地下水為吸水來源，這是由于研究區(qū)芒果樹齡為 30 a，根系主要分布在深層，傾向于較為保守的水分利用策略。多數(shù)研究表明，在干旱半干旱地區(qū)或蒸發(fā)需求較大的旱季，降水存留周期短，淺層土壤水分資源大幅減少，根系較深的喬木或具有二態(tài)根系的多年生植物能開發(fā)獲取更深更廣的土壤水分維持蒸騰生長需要，其下扎的深根可獲取相對較穩(wěn)定的深層土壤水或地下水，上層根系可以吸收即使是小降水事件仍能得到補給的淺層土壤水分[9,11]。

另外，植物不同生長周期對水分需求量有所差異，同時受前期降雨格局和根區(qū)水分環(huán)境的影響，也會驅(qū)動水分吸收來源以及利用策略發(fā)生轉(zhuǎn)變。多數(shù)經(jīng)濟果樹在果實膨大期耗水量較大，如陜北山地蘋果園蘋果樹果實膨大期耗水量占全生育期的44%~47%，遠高于其他時期[26]。雖然果實膨大期一般發(fā)生在雨季，但由于干熱河谷特殊的水熱條件，導致該區(qū)域夏季高溫、蒸發(fā)強烈，造成土壤含水量下降，可利用水分減少，作物反而容易遭受水分脅迫。因此，該區(qū)域芒果樹在高溫、蒸發(fā)強烈的果實膨大期吸收利用深層水分和地下水以維持蒸騰，保證該生育期的耗水需求得以滿足。

此外，由于取土深度有限，未能獲取更深層土壤水穩(wěn)定氫氧同位素值參與計算，因此本研究中芒果樹利用了較多地下水，可側(cè)面反映芒果樹利用了更多深層次水分（包括深層土壤水及地下水）。綜合研究區(qū)芒果園樹齡較老、根系深扎、水分利用策略較為保守等特征，本研究建議針對芒果樹不同生育期的需水規(guī)律，采用地下滲灌方式進行合理灌溉，調(diào)節(jié)芒果生長狀況，進一步提高芒果水分利用效率和產(chǎn)量品質(zhì)。

4 結(jié)論

百色干熱河谷地區(qū)降水氫氧同位素在年內(nèi)具有明顯的季節(jié)變化，δ值及氘盈余（d）均呈雨季低而旱季高的特點；研究區(qū)的大氣降水線方程為δD=8.2587δ18O+12.308（r=0.9968,n=35,P＜ 0.001）。土壤水氫氧穩(wěn)定同位素總體上隨土壤深度的增加而變貧；在花期和幼果期，芒果樹對各層次土壤水分及地下水利用比例較為均勻，果樹膨大期和成熟期則主要利用深層次土壤水及地下水，表明該地區(qū)芒果樹主要以深層次土壤水及地下水為水源，說明其傾向于較為保守的水分利用策略。