物探局第３８卷第２２期２０１８年１１月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．３８，Ｎｏ．２２Ｎｏｖ．，２０１８基金项目：国家自然科学基金项目（４１５７１０２９，４１３７１０５９）
收稿日期：２０１８⁃０２⁃０８；㊀㊀修订日期：２０１８⁃０９⁃２９
∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉｙｆ．１４ｓ＠ｉｇｓｎｒｒ．ａｃ．ｃｎ
ＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１８０２０８０３４５
ecit
于静洁，李亚飞．稳定氢氧同位素定量植物水分来源的不确定性解析．生态学报，２０１８，３８（２２）：７９４２⁃７９４９． ＹｕＪＪ，ＬｉＹＦ．Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｉｎｔｈｅｕｓａｇｅｏｆｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓｆｏｒｔｈｅｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｌａｎｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１８，３８（２２）：７９４２⁃７９４９．稳定氢氧同位素定量植物水分来源的不确定性解析于静洁１，２，李亚飞１，２，∗
１中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京㊀１００１０１２中国科学院大学，北京㊀１０００４９
摘要：稳定氢氧同位素技术被广泛运用于生态系统㊁特别是干旱区生态系统中植物水分来源的研究，其理论假设为 水分被植物根系吸收并向木质部运输过程中不发生氢氧同位素分馏 ㊂生态系统中不同水源的氢氧同位素组成普遍存在显著差异，为从水源混合体中区分出各水源的贡献率提供了前提条件㊂但在实际应用过程中，诸多因素导致稳定氢氧同位素技术定量植物水分来源的结果具有不确定性㊂综合已有研究并加以分析，举证说明植物吸收水分相对于水源同位素变化的滞后性㊁水源同位素的季节性变化㊁蒸发作用和水源之间的混合作用对水源同位素的影响等导致植物水分来源定量结果不确定性的几个因素，以期为今后稳定氢氧同位素技术在植物水分来源领域的应用提供参考㊂ 关键词：稳定氢氧同位素技术；植物水分来源；不确定性；植物吸水滞后性；水源动态变化
Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｉｎｔｈｅｕｓａｇｅｏｆｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓｆｏｒｔｈｅｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｌａｎｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ
ＹＵＪｉｎｇｊｉｅ１，２，ＬＩＹａｆｅｉ１，２，∗
１ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷａｔｅｒＣｙｃｌｅａｎｄＲｅｌａｔｅｄＬａｎｄＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｃｅｓｓ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｓｅａｒｃｈ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１０１，Ｃｈｉｎａ
２ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅａｎａｌｙｓｉｓｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｕｓａｇｅｏｆｐｌａｎｔｗａｔｅｒｉｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎａｒｉｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｏｆｔｈｉｓａｎａｌｙｓｉｓｉｓｔｈａｔｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓｄｏｎｏｔｆｒａｃｔｉｏｎａｔｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｒｏｏｔｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｗａｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｔｏｔｈｅｐｌａｎｔｘｙｌｅｍ．Ｄｒａｍａｔｉｃｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｒａｔｉｏｓｅｘｉｓｔａｍｏｎｇｖａｒｉｏｕｓｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｗｉｔｈｉｎａｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｓａｐｒｅ⁃ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｕｓｉｎｇｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅａｎａｌｙｓｉｓｔｏｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏ
ｎａｌｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｓｏｍｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｃａｕｓｅｄｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｉｎｔｈｅｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｌａｎｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｕｓｉｎｇｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｈａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｐｒｅｖｉｏｕｓｒｅｓｅａｒｃｈａｓｅｘａｍｐｌｅｓｏｆｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｌｅａｄｉｎｇｔｏｔｈｉｓｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｒｅｔｅｎｔｉｏｎｏｆｒｏｏｔｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｔｈｅｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏｏｆｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｅｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｉｓｏｔｏｐｉｃｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ，ａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏｏｆｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎａｎｄｍｉｘｉｎｇｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ．Ｏｕｒｒｅｓｅａｒｃｈｃａｎａｃｔａｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｏｔｈｅｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｌａｎｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｕｓｉｎｇｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｉｃａｎａｌｙｓｉｓ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓ；ｐｌａｎｔｗａｔｅｒｕｓｅ；ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ；ｒｅｔｅｎｔｉｏｎｏｆｐｌａｎｔｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅ；ｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ
㊀㊀稳定氢氧同位素技术因被应用于研究植物水分来源时具有较高的灵敏度和准确性，并且优于对植物具有破坏性的根系调查法，因而成为生态水文研究的一种常用手段［１⁃２］，特别是被广泛运用于干旱区生态水文研究［３⁃１０］㊂植物根系从土壤中吸收水分并运输到木质部的过程不发生氢氧同位素分馏［１１］，这为从水源混合体中区分出植物的水分来源提供了理论前提；生态系统中不同水源的氢氧同位素组成存在广泛差异，是从水源混合体中区分出各水源贡献率的前提条件［１１］㊂稳定氢氧同位素技术还可用于定量植物水分来源，以及研究植物水分来源的动态变化，如利用稳定氢氧同位素可以示踪不同落类型中植物对各水源依赖程度的动态变化规律［１，１２⁃１３］㊂但基于稳定氢氧同位素技术定量植物水分来源，其结果仍有较大的不确定性［１４］，如：多水源植物水分来源定量无法得到各水源贡献率的唯一解［１５］；水源的交互作用即 生态水文联系 所造成的水源氢氧同位素组成较为接近［１６］，植物木质部水分的同位素相对于水源的同位素组成存在滞后性等［１７］㊂本文对利用稳定氢氧同位素技术定量植物水分来源研究中存在的导致定量结果不确定性的一些因素进行分析整理，并以已有研究成果为例举证说明，以期为今后利用稳定氢氧同位素定量植物水分来源研究的改进提供参考㊂
１ 利用稳定氢氧同位素定量植物水分来源的原理
植物从土壤中吸收水分，而土壤水由降水㊁河水㊁地下水等水源补给㊂植物根系从土壤中吸收水分并运输到木质部的过程，不发生氢氧同位素分馏，以及自然界不同水源的氢氧同位素组成存在广泛差异，
为利用稳定氢氧同位素技术从水源混合体中区分出各水源的贡献率提供了前提条件［１１］㊂利用稳定氢氧同位素确定植物水分来源的基本原理为：以植物木质部水分的氢氧同位素比率为基准，寻与其氢氧同位素比率相近的土壤水所处层位，该层位即为植物的主要吸水层位［１，１５］；各潜在水源补给土壤水后，若没有发生明显的氢氧同位素分馏，潜在水源混合体的氢氧同位素比率便等同于其所补给的对应土壤层位土壤水的氢氧同位素比率㊂
自然界水样中的氢氧同位素比率通常采用δ值来表示：
δｓａｍｐｌｅ＝ＲｓａｍｐｌｅＲｓｔａｎｄａｒｄ－１éëêêùû
úúˑ１０００ɢ()（１）式中，δｓａｍｐｌｅ是样品的氢（或氧）的同位素组成（ɢ），Ｒｓａｍｐｌｅ是样品中氢（或氧）的重同位素和轻同位素丰度之比（２Ｈ／１Ｈ或１８Ｏ／１６Ｏ），Ｒｓｔａｎｄａｒｄ是维也纳标准平均海水（ＶｉｅｎｎａＳｔａｎｄａｒｄＭｅａｎＯｃｅａｎＷａｔｅｒ，Ｖ⁃ＳＭＯＷ）中氢（或氧）的重同位素和轻同位素丰度之比（２Ｈ／１Ｈ或１８Ｏ／１６Ｏ）㊂
获取水分氢氧同位素比率值的常用方法是：周期性采集植物木质部和土壤样品并抽提获取水分样品㊁以及采集降水㊁河水㊁地下水等潜在水源样品，经过滤后利用液态水同位素分析仪获取各水分样品的δ１８Ｏ㊁δ２Ｈ值㊂植物吸收土壤水的层位为连续变量，在实际定量植物水分来源时，可将土壤层概化为若干层，每一层视为植物的一个水源㊂假设δ１８ＯＰ（δ２ＨＰ）为植物木质部水分的δ１８Ｏ
（δ２Ｈ）值；δ１８ＯＳｉ（δ２ＨＳｉ）为某ｉ层土壤水的δ１８Ｏ（δ２Ｈ）值，则某ｉ层土壤水对植物水分的贡献率ｆｉ计算公式如下：
ðｎｉ＝１ｆｉδ１８ＯＳｉ２ＨＳｉ()＝δ１８ＯＰ２
ＨＰ()㊀其中ðｎｉ＝１ｆｉ＝１()（２）假设δ１８ＯＷｊ（δ２ＨＷｊ）为某ｊ种潜在水源的δ１８Ｏ（δ２Ｈ）值，则某ｊ种潜在水源（降水㊁河水或地下水）对某ｉ
层土壤水的贡献率ｆｉｊ的计算公式如下：ðｎｉ＝１ｆｉｊδ１８ＯＷｊ２ＨＷｊ()＝δ１８ＯＳｉ２ＨＳｉ()（３）
某ｉ土壤水对植物水分的贡献率ｆｉ 和 某ｊ种潜在水源对某ｉ层土壤水贡献率ｆｉｊ 相乘，同类别潜在水源的比例相加，即为某ｊ种潜在水源对植物的贡献率，计算公式如下：
３４９７㊀２２期㊀㊀㊀于静洁㊀等：稳定氢氧同位素定量植物水分来源的不确定性解析㊀
唐骏日记ｆｊ＝
ðｎｉ＝１ｆｉ㊃ｆｉｊ()（４）
在计算植物水分来源前，首先要确定植物有几个水源，然后决定采用什么样的方法进行计算（图
2009年nba全明星赛
１）㊂图１㊀植物水分来源计算方法判断流程图
Ｆｉｇ．１㊀Ｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｐｌａｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ
假设植物有两种潜在水源ａ㊁ｂ，潜在水源的氢氧同位素比率分别为δ１８Ｏａ㊁δ１８Ｏｂ（和δ２Ｈａ㊁δ２Ｈｂ，在此以δ１８
Ｏ为例），潜在水源的贡献率分别为ｆａ㊁ｆｂ，则可建立方程组：ｆａ㊃δ１８Ｏａ＋ｆｂ㊃δ１８Ｏｂ＝δ１８Ｏ
ｆａ＋ｆｂ＝１０ɤｆａɤ１，０ɤｆｂɤ１()
{（５）据此，潜在水源ａ㊁ｂ的贡献率求解公式分别如下：ｆａ＝δ１８Ｏ－δ１８Ｏｂ
δ１８Ｏａ－δ１８Ｏｂｆｂ＝δ１８Ｏａ－δ１８Ｏδ１８Ｏａ－δ１８Ｏｂìîíïïïïïï（６）
假设植物有三种潜在水源ａ㊁ｂ㊁ｃ，潜在水源的氢氧同位素比率分别为δ１８Ｏａ㊁δ１８Ｏｂ㊁δ１８Ｏｃ（和δ２Ｈａ㊁δ２Ｈｂ㊁
δ２Ｈｃ），潜在水源的贡献率分别为ｆａ㊁ｆｂ㊁ｆｃ，则可建立方程组：ｆａ㊃δ１８Ｏａ＋ｆｂ㊃δ１８Ｏｂ＋ｆｃ㊃δ１８Ｏｃ＝δ１８Ｏ
ｆａ㊃δ２Ｈａ＋ｆｂ㊃δ２Ｈｂ＋ｆｃ㊃δ２Ｈｃ＝δ２Ｈｆａ＋ｆｂ＋ｆｃ＝１０ɤｆａɤ１，０ɤｆｂɤ１，０ɤｆｃɤ１()ìîíïïïï（７）
据此，潜在水源ａ㊁ｂ㊁ｃ的贡献率求解公式分别如下：
当植物水源为３个以上时，δ２Ｈ和δ１８Ｏ所建立的方程组显然无法得到各水源贡献率的精确解［１４］㊂
ＩｓｏＳｏｕｒｃｅ线性模型［１８］和ＭｉｘＳｉｒ贝叶斯模型［１９］即是解决３个以上水源的植物水分来源问题，通过混合模型得到多组可能解，以统计值（如平均值等）反映植物水分来源特征（图２所示，图中所展示数据来源于文献［２０］）㊂４４９７㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３８卷㊀
ｆａ
＝δ１８Ｏ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈｂ－δ２Ｈｃ()－δ１８Ｏｂ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈ－δ２Ｈｃ()δ１８Ｏａ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈｂ－δ２Ｈｃ()－δ１８Ｏｂ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈａ－δ２Ｈｃ()ｆｂ＝δ１８Ｏ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈａ－δ２Ｈｃ()－δ１８Ｏａ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈ－δ２Ｈｃ()δ１８Ｏｂ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈａ－δ２Ｈｃ()－δ１８Ｏａ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈｂ－δ２Ｈｃ()ｆｃ＝１－δ１８Ｏ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈｂ－δ２Ｈｃ()－δ１８Ｏｂ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈ－δ２Ｈｃ()δ１８Ｏａ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈｂ－δ２Ｈｃ()－δ１８Ｏｂ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈａ－δ２Ｈｃ()㊀㊀－δ１８Ｏ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈａ－δ２Ｈｃ()－δ１８Ｏａ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈ－δ２Ｈｃ()δ１８Ｏｂ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈａ－δ２Ｈｃ()－δ１８Ｏａ－δ１８Ｏｃ()δ２Ｈｂ－δ２Ｈｃ()ìîíïïïïïïïïïïïï
（８）
图２㊀利用ＩｓｏＳｏｕｒｃｅ线性混合模型计算３个以上水源的植物水分来源示意图
Ｆｉｇ．２㊀Ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｆｉｇｕｒｅｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｐｌａｎｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｆｒｏｍｍｏｒｅｔｈａｎｔｈｒｅｅｓｏｕｒｃｅｓｗｉｔｈｔｈｅｌｉｎｅａｒ⁃ｍｉｘｅｄｍｏｄｅｌｃａｌｌｅｄ ＩｓｏＳｏｕｒｃｅ
图中所展示数据来源于文献［２０］；横轴表示某种水源的贡献百分比，纵轴表示在对应的贡献百分比上各水源出现的次数；ＩｓｏＳｏｕｒｃｅ模型见网址：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｅｐａ．ｇｏｖ／ｅｃｏ⁃ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｓｔａｂｌｅ⁃ｉｓｏｔｏｐｅ⁃ｍｉｘｉｎｇ⁃ｍｏｄｅｌｓ⁃ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ⁃ｓｏｕｒｃｅ⁃ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ
２㊀利用稳定氢氧同位素定量植物水分来源的不确定性因素
２．１㊀植物吸收水分的滞后性
植物根系吸收水分并将其运送到木质部，需要一定的时间，因此植物根系周围的土壤水需要经历一段时间后才能在植物木质部中被检测到（图３），如：草本植物弗州草莓Ｆｒａｇａｒｉａｖｉｒｇｉｎｉａｎａ根系周围的水分出现在木质部水分中，需要１ １．５ｈ；灌木山胡椒Ｌｉｎｄｅｒａｂｅｎｚｏｉｎ根系周围的水分出现在木质部中，需要７．５ １１ｈ；而乔木异叶椴Ｔｉｌｉａｈｅｔｅｒｏｐｈｙｌｌａ根系周围的水分出现在木质部中，需要３０ ３７ｈ；即植物吸收水分存在滞后性［１７］㊂在定量植物水分来源时，研究者们通常会同步采集植物木质部水分样品㊁土壤样品，以及降水㊁河水和地下水样品［９，１６，２１］㊂但事实上，水源的补给需要一定的时间（图３），不论是降水㊁河水㊁地下水补给土壤水的过程，还是土壤水被植物吸收利用的过程㊂植物吸收水分的滞后性，决定了 利用稳定氢氧同位素技术研究植物水分来源 的时间尺度不能太短，即样本周期至少要
ddt-300长于植物吸水的滞后时间㊂因此在研究植物水分来源定量问题前，首先应研究植物水分利用的滞后性问题，弄清楚各水源补给的滞后周期，可提高定量结果准确性㊂
５
４９７㊀２２期㊀㊀㊀于静洁㊀等：稳定氢氧同位素定量植物水分来源的不确定性解析㊀
图３㊀某种水源的标记同位素出现在植物木质部水分中的历时（即水源补给滞后性）
Ｆｉｇ．３㊀Ｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｍａｒｋｅｄｉｓｏｔｏｐｅｓｏｆａｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｏｃｃｕｒｅｄｉｎｔｈｅｘｙｌｅｍｗａｔｅｒｏｆａｐｌａｎｔ
数据来源于文献［１７］，研究区位于美国纽约州伊萨卡岛（Ｉｔｈａｃａ，ＮｅｗＹｏｒｋ，ＵＳＡ，４２ʎ２６ᶄＮ，７６ʎ３０ᶄＥ）
２．２㊀水源氢氧同位素的动态变化
２．２．１㊀水源氢氧同位素的季节性变化
通常研究植物水分来源时，以同步采集的潜在水源同位素值作为水源同位素值进行定量计算，有时也采用时段平均值作为水源的同位素代表值［９，１６，２１⁃２３］㊂但事实上，各潜在水源因来源和季节因素的影响等，存在动态变化［１６，２４］㊂如在我国西北地区的黑河流域，主要由降水补给的河水，其氢氧同位素比率会有显著的季节性特征，表现为夏季偏富集，冬季偏贫化的特点［２５］；但当河水来源于上游的地下水㊁冰雪融水等时，河水的氢氧同位素比率又表现为另一种规律，如来自于冰雪融水的河水同位素偏贫化，来自于上游地下水出流的河水同位素偏富集等（图４）㊂地下水同位素也存在一定的动态变化，地下水补给源的不同会导致其氢氧同位素值变化，尤其是越流补
给水量较大，可能导致地下水同位素波动较大［２６］㊂因此在定量植物水分来源时，不能盲目以同步水源同位素值或时段平均值带入模型计算，而要通过大量连续采集水源样品进行同位素测试，分析其水源的同位素比率变化规律㊂
２．２．２㊀混合作用对水源氢氧同位素的影响
自然界水循环过程中的分馏和混合作用导致河水㊁降水㊁地下水等具有不同的氢氧同位素比率，这为从水源混合体中区分出各水源贡献率提供了前提条件［３］㊂而河岸带河水和地下水的交互作用频繁，可能导致河水㊁地下水的氢氧同位素比率呈现不同的动态变化特征㊂例如在我国西北干旱区黑河下游的额济纳三角洲河岸带地区（图５），河水㊁地下水的氢氧同位素比率非常接近，导致在定量河岸带植物水分来源时，并无法从植
６４９７㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀３８卷㊀
图４㊀水源δ１８Ｏ动态变化
Ｆｉｇ．４㊀Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆδ１８Ｏｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ
（ａ）黑河下游额济纳三角洲（９９ʎ３０ᶄ １０２ʎ００ᶄＥ，４０ʎ２０ᶄ ４２ʎ３０ᶄＮ）河水，数据来源于文献［２６］；（ｂ）黑河流域（９８ʎ １０１ʎ３０ᶄＥ，３８ʎ ４２ʎＮ）不同来源的河水，数据来源于文献［２５］；ＶＳＭＯＷ：维也纳标准平均海水（ＶｉｅｎｎａＳｔａｎｄａｒｄＭｅａｎＯｃｅａｎＷａｔｅｒ）
物木质部水分这一水源混合体中区分出河水和地下水的贡献率［２６］㊂而位于湿润区的太湖沿岸（图６），地下水保持相对稳定的状态，而河水可能因其来源不同导致同位素值发生季节性变化
㊂
图５㊀黑河下游的额济纳三角洲河水、地下水氧同位素比率
Ｆｉｇ．５㊀Ｔｈｅδ１８ＯｏｆｔｈｅｒｉｖｅｒｗａｔｅｒａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｉｎｔｈｅＥｊｉｎａＤｅｌｔａｉｎｔｈｅｌｏｗｅｒｒｅａｃｈｅｓｏｆＨｅｉｈｅＲｉｖｅｒ
（ａ）我国西北干旱区黑河下游额济纳三角洲（多年平均降水量为３６ｍｍ，多年平均入境地表径流量为５．５０亿ｍ３）河岸带（９９ʎ３０ᶄ １０２ʎ００ᶄＥ，４０ʎ２０ᶄ ４２ʎ３０ᶄＮ）河水㊁地下水δ１８Ｏ，根据文献［２６］修改；（ｂ）研究区地理位置及样点分布：Ｓ１ Ｓ５（样点１ ５）２．２．３㊀蒸发作用对水源氢氧同位素的影响
在干旱区，特别是极端干旱区，浅根系植物主要吸收利用降水补给的浅层土壤水㊂而降水补给土壤水后，水分的氢氧同位素比率在强烈的蒸发作用下发生显著富集，使得降水㊁植物木质部水分的氢氧同位素比率出现不一致（图７），导致无法追溯浅根系植物的潜在水分来源；特别是在极端干旱区，有时浅层土壤含水量较
７
４９７㊀２２期㊀㊀㊀于静洁㊀等：稳定氢氧同位素定量植物水分来源的不确定性解析㊀
佐太
