土壤是植物生長所需水分最重要來源。如何定量評估植物從不同土壤層位獲取水分一直以來都是生態水文學界廣受關注的難題。穩定同位素分析技術通過檢測土壤水中氫（2H）和氧（18O）同位素的比值來追蹤植物水分來源，是解決這一難題的主要途徑。然而，常用的冷凍真空蒸餾法獲得的土壤水氫氧穩定同位素組成并不能準確反映植物實際吸收的水分來源。
蘭州大學資源環境學院許翔博士與澳大利亞西澳大學Grzegorz Skrzypek副教授合作，選擇祁連山北麓天澇池流域青海云杉和祁連圓柏作為代表樹種，開展了土壤水分穩定同位素的空間分布研究，分析了不同層位土壤水分對植被用水的相對貢獻。相比單一使用冷凍真空蒸餾法，本研究比較了冷凍真空蒸餾法、離心法、負壓法等三種方法抽提的土壤水分的同位素組成差異。
研究結果顯示，傳統冷凍真空蒸餾法抽提方法會高估或低估植物實際吸收的水源，冷凍真空蒸餾法提取的土壤水穩定同位素值明顯更負，與其他兩種方法存在顯著的穩定同位素差異；冷凍真空蒸餾法、離心法、負壓法等三種方法所獲取的對應于不同水勢的土壤水分庫存在顯著同位素失衡現象。經貝葉斯混合模型MixSIAR計算，基于冷凍真空蒸餾法抽提法的結果因不能很好地通過統計診斷而被舍棄；而基于離心法的結果發現，生長季的青海云杉與祁連圓柏沒有對特定土壤深度水分表現出偏好。
本研究首次在野外條件下揭示了植物水源估算中由于土壤水分同位素失衡所引發的顯著偏差，這對植物水分來源的研究提出了新的挑戰。這一研究表明，如果僅依賴冷凍真空蒸餾法，可能嚴重偏差于植物實際水分來源的估算結果。通過結合離心法和冷凍真空蒸餾法，可以更準確地評估植物用水的深度和來源，有助于揭示植物與水源的相互關系，顯著提升我們對植物-水相互作用的理解，為流域水資源管理提供科學支持和預警參考。
研究成果2024年12月20日以“Stable isotope disequilibrium between soil bound water and soil bulk water – implications for estimations of plant water sources”為題在線發表在國際知名地學期刊《Journal of Hdyrology》 (地學一區，IF=5.90)。本研究由中國國家自然科學基金（批準號：41807148；42071048）、蘭州大學西部環境教育部重點實驗室開放基金及蘭州大學中央高校基本科研業務費專項資金資助（批準號：lzujbky-2019-kb01）。
圖1 研究地點位于我國西北部黑河上游的天澇池流域的祁連圓柏坡和青海云杉坡。土壤水和樹枝水的雙同位素分布圖及箱線圖，展示了通過低溫真空蒸餾法（CVD）、離心法（CEN）、負壓法（SUC）提取的土壤水，以及樹枝水的δ18O四分位數分布。
論文鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1kIM652cufB-9
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