同位素 | 2100 | 形态特征是半干旱地区小叶杨抗旱生存的决定因素

森林是地球上最重要的陆地生态系统之一，在调节水循环、固碳、生物多样性保护、水土保持、农用地防护等方面发挥着重要作用。然而，随着全 球气候变化的推进，自2015年以来，每年有1000万公顷的森林消失，备受关注。在全 球范围内，人工林占据了森林的很大比例，提供了像其他森林一样多的生态服务，同时也经历着死亡或退化。张北县人工防护林是三北防护林工程（TNSF）的典型组成部分，形成了保护北京及其周边地区免受沙尘暴侵袭的生态屏障。它也是林地和草地之间的交错带，使其更容易受到气候变化的影响。小叶杨是当地先锋树种，约80%的小叶杨退化，而三分之一死亡或濒临死亡。研究者们仍在争论树木死亡的主要原因。退化的原因之一是衰老导致的生理功能下降。根据树木年轮研究或水分利用模式研究，另一个原因可能是干旱。然而，在这一特定区域，一些小叶杨死亡而其他在干旱中幸存的原因尚不清楚。

基于此，在本研究中，来自北京林业大学和中国林业科学研究院的研究团队于2017年在平均海拔为1300 m的张北县（41°34′N–41°57′N，114°10′E–115°27′E)进行了野外调查，测量了四种退化程度下（未退化：N.D.，轻度退化：L.D.，中度退化：M.D.和重度退化：S.D.）每个样地单木（小叶杨）树高、胸径（DBH）和冠幅（从北到南，从东到西）。同时获取了树木年轮数据以确定树龄和年轮宽度（W）。并于2019年5-12月中旬收集不同退化程度下的树木木质部样品以及采样树木附近的4m深度的土壤样品（以20 cm的深度间隔）。利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司）将植物木质部和土壤中水分抽提出来，并利用ABB LGR液态水同位素分析仪（DLT-100，LGR Inc.）测定所有水样的δ2H值和δ18O值，以确定植物所吸收的水源，利用MixSIAR模型计算不同深度土壤水源对小叶杨的贡献率。

本研究具体目标为：

（1）揭示该区域树木形态特征和退化程度之间的关系，

（2）通过揭示小叶杨水分利用模式来预测其生根深度，

（3）从形态学的角度(树木大小和根系深度)来解释为什么一些树木在干旱中可以幸存，而另一些树木却死于干旱。

研究区位置和植物分布

不同退化程度小叶杨水分利用随月份的变化

不同退化程度小叶杨水分利用比例变异系数随土层深度的变化

不同样地土壤体积含水量（VWC（%））的统计结果

某一退化组某一深度的最 大贡献率与其CV值的比较。图中红色圆圈包括了低贡献率、低CV值的点，这表明根系处于非活性状态

结论
人工林是人类社会重要的森林资源。在中国张北县，小叶杨人工林是当地农业和居民的防护林带。然而，极端干旱导致小叶杨异质性梢枯。为揭示其死亡机制，在2017年和2019年进行了包括树木形态数据、树木年轮分析和利用稳定水同位素的水分利用模式研究在内的实地调查。结果发现，2000年以后，树木生长开始放缓，但随着退化程度增加，小叶杨梢枯影响趋于强烈。结果还表明存活的小叶杨树木较大。随着退化程度的增加，小叶杨逐渐失去了从深层土壤中吸收水分的能力，使其处于更紧张的水分状态。作者得出的结论是老化效应和林分密度不是小叶杨死亡的决定因素，水分胁迫是导致死亡的主要原因。此外，大小和根系系统是小叶杨在干旱中生存的决定因素，即在寒冷的半干旱地区，根系较深的较大的小叶杨更具抗旱性。建议当地政府应该更加关注防护林的管理，并确保充足水资源以供小叶杨生长和生存。