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2025.12
在稳定同位素生态学研究中,水样抽提并非简单的前处理步骤,而是决定 δ1?O 与 δ2H 数据是否具备解释力的关键环节。抽提效率不足、分馏控制不当或重复性不稳定,都会在后续水源判识、蒸散分离及生态机制解释中被显著放大。
基于已发表文献,研究对象正逐步从“理想样品”转向更复杂的真实生态系统——极端干旱区、深层土壤、盐渍化湿地与喀斯特破碎介质等。这一变化,对水分抽提的完整性与稳定性提出了更高要求。
干旱区生态系统
干旱与极端干旱生态系统中,土壤与植物样品含水量低、空间差异小,对水样抽提的彻底性与重复性要求尤为严苛。2025年,多项研究在此类环境中验证了真空冷凝抽提技术在实际科研中的可行性。
01
研究核心:利用稳定氢氧同位素技术,深入探讨油用牡丹不同生育期的水分来源、通量及土壤水分供需平衡。
技术表现:样品的单次提取率达 98% 以上,满足后续氢氧同位素分析对样品完整性的要求。
文献背书:《Agricultural Water Management》 | 长安大学
02
研究核心: 探究巴丹吉林沙漠南缘优势灌木(沙拐枣与白刺)的水分利用策略、时空格局及其共存机制 。
技术表现: 样品在 100℃ 下加热 1 小时,确保样品中水分被充分回收。单次水提取率达到 98% 以上,为揭示微弱的生态位差异提供了高精度的数据保障 。
文献背书: 《Journal of Hydrology: Regional Studies》| 中国科学院西北生态环境资源研究院
03
研究核心:在陕西神木六道沟流域,通过连续三年监测沙柳林的土壤水分、液流变化、叶片生理特性及稳定同位素指标,系统揭示沙柳在干旱胁迫下的响应机制 。
技术表现: 实验过程中,利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统从土壤和木质部样品中提取水分。结合激光同位素分析仪与同位素质谱仪,为揭示沙柳精细的生理调控过程提供了高精度的数据支撑。
文献背书:《Journal of Hydrology》| 中科院生态环境研究中心
04
研究核心:利用稳定氢氧同位素技术结合 MixSIAR 模型,深入分析塔里木河下游不同年龄胡杨在生态输水(EWCD)前后的水源利用动态及其对环境因子的响应。
技术表现:对植物木质部水及各层土壤水进行高效、精准提取。能够在确保同位素不发生分馏的前提下,实现高回收率水分提取,为揭示生态输水对荒漠河岸林恢复的深远影响提供了可靠的数据基础。
文献背书:《Scientific Reports》| 新疆师范大学
现代农业与高效用水
在农田生态系统中,水分来源判识往往依赖模型反演与比例分配。任何微小的同位素偏差,都可能在模型计算中被放大。因此,对水样抽提完整性与分馏控制的要求尤为严格。
01
研究核心:连续两年在半湿润的关中平原开展田间试验,对比垄沟覆膜种植(RP)与传统平作(FP)的差异。利用稳定同位素技术,精准追踪水分从“降雨入渗”到“作物吸收”的全过程。
技术表现:实验中,土壤和茎秆样品在 -15℃ 下冷冻保存,并采用 LI-2100 全自动真空冷凝抽提系统进行水分提取。系统水分提取率高达 99.0%,为后续借助 MixSIAR 模型分析水分入渗路径及根系吸水比例提供了可靠的数据基础。
文献背书: 《Soil & Tillage Research》| 西北农林科技大学
02
研究核心: 针对黄土高原成熟苹果树,通过 2022 年(干旱年)和 2023 年(湿润年)的连续对比研究,探讨不同气候条件下果树吸水深度的调节机制及其生理平衡策略 。
技术表现:科研团队采用 LI-2100 全自动真空冷凝抽提系统,对土壤和植物木质部中的水分进行提取。该系统支持 130°C 高温提取,确保提取效率 >98%,为准确识别“苹果树取水深度”及复杂的异水势调节机制提供了关键数据支撑 。
文献背书:《Journal of Hydrology》| 西北农林科技大学
03
研究核心: 在东黄土高原,通过每日采集 0–100cm 剖面土壤样品并同步监测 40 场降水事件的同位素组成,构建连续的水分动态数据,对比典型农田与闲置荒地的锁水能力差异 。
技术表现:针对黄土高原复杂的土壤样本,研究采用了 LI-2100 全自动真空冷凝抽提系统。提取温度设定为 180°C 极限高温,真空度控制在 1200Pa,持续提取 150min。确保了水分回收彻底且有效避免了同位素分馏,支持测量精度达到δ2H±0.2‰、δ18O ±0.03‰。为复杂农田水分过程的高时间分辨率研究提供了可靠的同位素数据基础。
文献背书:《Journal of Hydrology: Regional Studies》 | 山西师范大学
喀斯特及特殊生态系统
喀斯特、盐渍化湿地及红树林生态系统中,土壤结构破碎、盐分与有机质干扰显著,是水样抽提过程中最容易引入同位素分馏风险的研究对象。
01
研究核心:采用稳定同位素技术,深入分析华南喀斯特关岭—贞丰花江石漠化防治区内,六种优势植物在极端干旱与贫瘠环境下的水源使用模式及竞争机制。
技术表现:在该项研究中,LI-2100全自动真空冷凝抽提系统确保了在土壤浅碎且持水能力差的极端生境下,提取数据的精确性与可靠性,为复杂水源利用模型的构建提供了重要支撑。
文献背书:《Agriculture, Ecosystems and Environment》 | 贵州师范大学
02
研究核心:中国科学院生态环境研究中心团队通过连续3年(2020–2022年)的定位观测,系统探究了间伐对刺槐人工林土壤水分含量、树干液流及水分利用特征的影响 。
技术表现:高效率:每次提取时间为3小时,确保水分提取效率达到98%以上 。
零分馏:有效解决了样品提取过程中的同位素分馏问题,保证了信号真实性 。
高精度:配合激光同位素分析仪,测定精度分别达到测定精度分别达到±1.0‰(δ2H)和±0.1‰(δ18O)。
文献背书:《Catena》 | 中国科学院生态环境研究中心
03
研究核心:通过连续两年的原位观测,系统监测了不同植被覆盖下喀斯特坡地的土壤水分含量、稳定同位素组成及地表径流特征,揭示了喀斯特地区复杂的浅层土壤水文过程。
技术表现:在该项研究中,样品水分提取采用了LI-2100 Pro 全自动真空冷凝抽提系统。 该系统凭借卓越的稳定性和提取效率,保证了复杂坡地样本中氢氧同位素信号的完整性与准确性,为分辨“新雨”与“旧水”的替代规律提供了关键的同位素信息 。
文献背书:《Journal of Hydrology》| 贵州师范大学
04
研究核心:植物叶片蜡质化合物能“记住”吸收水分的氢同位素特征 。本研究系统分析了湛江三个河口(高桥、九洲、营仔)在旱季与雨季下,桐花树叶片、木质部等样品的氢氧同位素变化,探讨盐度对生物合成分馏的具体影响。
技术表现:在确保同位素不发生分馏的前提下,实现了 >98% 的高回收率水分萃取,为复杂盐渍化样本的同位素分析提供了高可靠性的数据保障。
文献背书:《Geochimica et Cosmochimica Acta》 | 广东海洋大学团队
相关科研文献缩略表
序号 | 研究方向 | 研究对象/主题 | 期刊 | 作者单位 |
1 | 干旱生态 | 油用牡丹抗旱水分来源 | Agricultural Water Management | 长安大学 |
2 | 干旱生态 | 极端干旱区灌木生态位分离 | Journal of Hydrology: Regional Studies | 中国科学院西北生态环境资源研究院 |
3 | 干旱生态 | 沙柳干旱响应机制 | Journal of Hydrology | 中国科学院生态环境研究中心 |
4 | 河岸林 | 塔里木河胡杨生态输水效应 | Scientific Reports | 新疆师范大学 |
5 | 农业水文 | 地膜覆盖下小麦吸水路径 | Soil & Tillage Research | 西北农林科技大学 |
6 | 果树水分 | 苹果树吸水深度调节 | Journal of Hydrology | 西北农林科技大学 |
7 | 农田水文 | 粮食/非粮农田锁水能力 | Journal of Hydrology: Regional Studies | 山西师范大学 |
8 | 喀斯特生态 | 石漠化区植物水分利用 | Agriculture, Ecosystems & Environment | 贵州师范大学 |
9 | 森林水文 | 间伐对刺槐林水分利用影响 | Catena | 中国科学院生态环境研究中心 |
10 | 喀斯特水文 | 新旧水替代规律 | Journal of Hydrology | 贵州师范大学 |
11 | 盐渍生态 | 红树林盐度与氢同位素分馏 | Geochimica et Cosmochimica Acta | 广东海洋大学 |
注:表中仅列示2025年度部分研究。
往期回顾:
应用合集 | 2024年度
应用合集 | 2023年度
应用合集 | 2022年度
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