郭 輝,趙 英,蔡?hào)|旭,蘭志龍,雷加強(qiáng)

1 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所,烏魯木齊 830011 2 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 楊凌 712100 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049

綠洲作為新疆干旱區(qū)人類活動(dòng)的重要載體,生態(tài)環(huán)境脆弱,使內(nèi)部各個(gè)要素保持健康和諧共存極其重要。由于防護(hù)林對(duì)沙漠綠洲區(qū)具有防風(fēng)固沙效應(yīng)[1, 2],因此在新疆綠洲區(qū)形成了大面積農(nóng)田-防護(hù)林縱橫交錯(cuò)的景觀格局。但研究表明防護(hù)林根系在趨水趨肥作用下大量分布于農(nóng)田一側(cè),通過(guò)吸收農(nóng)作物養(yǎng)分水分,限制農(nóng)作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量提高[3, 4]。水分是推動(dòng)綠洲生態(tài)系統(tǒng)各要素健康發(fā)展的關(guān)鍵因子[5],平衡農(nóng)作物與防護(hù)林的水分競(jìng)爭(zhēng)可以提高農(nóng)作物產(chǎn)量與防護(hù)林正常生長(zhǎng)。因此通過(guò)研究農(nóng)作物和防護(hù)林水分來(lái)源及根系分布,量化兩者的水分競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域,對(duì)農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)的和合理配置與管理具有重要指導(dǎo)意義。

傳統(tǒng)上采用挖掘法或根鉆法,研究植物根系分布,來(lái)推斷植物水分利用來(lái)源[6],且費(fèi)時(shí)費(fèi)力;其次,根菌的分布也可輔助植物對(duì)水分養(yǎng)分利用[7, 8];此外,植物根系活性隨著土壤含水量的變化而異,預(yù)示著某一層大量根系并不能準(zhǔn)確反映同等比例的水分吸收量[9]。穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)具有較高的靈敏性和準(zhǔn)確性,是確定植物水分來(lái)源的重要工具[10]。De Wispelaere等[11]研究表明熱帶半干旱區(qū)植物水分來(lái)源隨季節(jié)而變化,雨季主要利用降雨,旱季利用地下水;Dai等[12]利用氫氧穩(wěn)定同位素在溫帶干旱生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)梭梭等荒漠植物主要利用深層地下水。然而,氫氧穩(wěn)定同位素并不能準(zhǔn)確得出植物根系分布。近年來(lái),人工添加穩(wěn)定同位素探測(cè)植物根系分布和資源利用的范圍也逐步得到應(yīng)用,Beyer等[13]通過(guò)添加δD同位素準(zhǔn)確地判斷出非洲半干旱區(qū)域不同植物的根系空間分布,表明灌木的根系深度一般不超過(guò)1 m,喬木則可以吸收4 m以下的水分。目前氫氧同位素技術(shù)主要集中在野外自然條件下,而在人工植被措施下很少涉及[14]。Wang等[15]對(duì)華北地區(qū)棉花與玉米水分來(lái)源研究發(fā)現(xiàn)兩者在不同的生長(zhǎng)季吸收不同深度土壤水分。

近年來(lái),新疆各地出現(xiàn)大面積防護(hù)林死亡現(xiàn)象,部分原因是農(nóng)民擔(dān)心防護(hù)林對(duì)農(nóng)作物的負(fù)面影響,而對(duì)防護(hù)林減少灌水和病蟲(chóng)害防治所致[16];然而,防護(hù)林的死亡將會(huì)導(dǎo)致綠洲遭受更加嚴(yán)重風(fēng)沙侵蝕[17]。面對(duì)這一矛盾,本文選擇新疆種植面積最大的棉花與主要防護(hù)林樹(shù)種楊樹(shù)作為研究對(duì)象,通過(guò)示蹤δD同位素及測(cè)定不同生長(zhǎng)期棉花、楊樹(shù)及其土壤中的δD與δ18O值,量化棉花與楊樹(shù)的主要水分來(lái)源,分析潛在競(jìng)爭(zhēng)區(qū)域及防護(hù)林對(duì)農(nóng)作物水分負(fù)面影響程度。研究結(jié)果對(duì)新疆綠洲地區(qū)防護(hù)林的合理管護(hù),及綠洲內(nèi)部生態(tài)平衡的建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)地理位置圖Fig.1 Location of the study area

研究區(qū)位于古爾班通古特沙漠西南緣的莫索灣盆地綠洲,地理坐標(biāo)東經(jīng)86°06′—86°50′,北緯44°60′—45°50′,平均海拔358.8 m,屬于典型的大陸干旱荒漠氣候(圖1)。土壤以灰漠土和沙壤土為主[18]。年平均氣溫約為4—6℃,夏季天氣酷熱,蒸發(fā)強(qiáng)烈,7月平均溫度最高,達(dá)22—26℃,氣溫年較差在42—44℃之間,≥10℃的活動(dòng)積溫為3100—3200 h。年降水量少于120 mm,季節(jié)分配較為均勻,但僅有少量能被農(nóng)作物利用,而天山的積雪融水為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了豐富的水源。

1.2 樣地選擇

試驗(yàn)于2016年7月到9月在莫索灣試驗(yàn)站棉花試驗(yàn)田進(jìn)行,如圖2。2016年7月7號(hào),樣地內(nèi)選擇10棵冠幅相似,間距大于20 m,干徑約為35 cm的楊樹(shù)。首先采用土鉆在4棵楊樹(shù)附近依次鉆50、100、200、400 cm的洞,每個(gè)洞3個(gè)重復(fù);同時(shí)以20 cm為間隔采集土壤剖面樣品(即0—20、20—40、40—60、60—80,80—100 cm等),每層3個(gè)重復(fù),將每個(gè)樣方一部分土壤裝入50 mL塑料瓶中,并用封口膜封口,迅速冷凍保存,用于抽提水,另一部分裝入鋁盒中,用烘干法測(cè)土壤含水量;其后選擇楊樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)良好枝條,除去外皮和韌皮部迅速裝入8 mL玻璃瓶中,用封口膜封口冷凍;最后依次將300 mL水且含量為33% δD小心裝入塑料袋放入每個(gè)楊樹(shù)洞底,扎破,迅速將土填充,并在接下來(lái)6 d每天采集楊樹(shù)木質(zhì)部,冷凍封存。接著在分別距楊樹(shù)2、5、8 m棉田中,每個(gè)距離用土鉆分別打50、100 cm深度,每個(gè)深度間隔大于10 m(3個(gè)重復(fù)),依次采集土樣棉花樣本與棉花正對(duì)面楊樹(shù)樣本冷凍,然后進(jìn)行δD同位素示蹤與填土,方法與上同,并在接下來(lái)6 d每天采集樣點(diǎn)正對(duì)面楊樹(shù)樣本。當(dāng)所有樣品采集完成之后,在試驗(yàn)第7天, 再次用土鉆取楊樹(shù)100 cm與200 cm深處示蹤點(diǎn)的土壤,每個(gè)樣點(diǎn)一鉆,按照之前方法采土樣并冷藏。

最后,2016年8月16日再次分別采集楊樹(shù)和距離楊樹(shù)8 m遠(yuǎn)處棉田200 cm、100 cm深的土樣,為防止之前的人工填充土干擾,避開(kāi)之前的采土樣點(diǎn),并且采集植物樣本。

圖2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)圖Fig.2 Experimental design in farmland of Mosuowan oasis不同顏色圓點(diǎn)表示δD同位素示蹤不同的深度

1.3 水分提取與同位素測(cè)定

采用低溫真空蒸餾法(LI- 2000全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)進(jìn)行水分抽提裝置)抽提植物莖干和土壤樣品水分,抽提水放入玻璃樣品瓶中冷藏,用DLT- 100液態(tài)水同位素儀(Lios Gatos Research, Mountain View, USA)測(cè)定δD和δ18O值。其中δD的誤差不超過(guò)±2‰,δ18O為0.25‰。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

除一些鹽生植物外,水分在由植物根系向莖干傳輸送的過(guò)程中氫氧同位素一般未因蒸發(fā)或新陳代謝導(dǎo)致分餾,因此木質(zhì)部中或根莖結(jié)合部可以反映植物水分來(lái)源[19]。為了避免人工添加的δD同位素在后期實(shí)驗(yàn)中可能存在的潛在污染,本文采用δ18O同位素來(lái)判斷植物主要水分來(lái)源,水分來(lái)源判定采取兩種方法。其一是焦點(diǎn)法,植物樣本的穩(wěn)定同位素值與土樣值相等,即可視為其主要水分來(lái)源區(qū)間;其二是SIAR混合模型(Stable Isotope Analysis in R, SIAR package, version 3.4.2, Parnell等[20]),該方法采用貝葉斯混合運(yùn)算,考慮到了可能發(fā)生的同位素分餾與樣本同位素值的多變性與多重來(lái)源的非一致性等,已成為當(dāng)前主要的同位素來(lái)源分析方法。

本研究中,分別采用距地表深100 cm且距離楊樹(shù)8 m棉花土樣與200 cm深楊樹(shù)土樣分析水分來(lái)源區(qū)域。并且根據(jù)棉花不同生育期的生理表現(xiàn),判定7月7日采集為蕾期棉花(棉花開(kāi)始開(kāi)花),8月16日為花鈴期(棉花將要吐絮)。棉花與楊樹(shù)根系吸水的潛在來(lái)源被認(rèn)為是不同深度的土壤水。依據(jù)前人對(duì)棉花與楊樹(shù)根系分布規(guī)律的研究結(jié)論[15],可以將棉田土壤劃分為0—40 cm 土壤表層,40—100 cm土壤深層;楊樹(shù)土壤劃分為0—40 cm土壤表層,40—120 cm土壤較深層,以及120—200 cm 土壤深層。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用R語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,用origin 8.0軟件繪圖。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤含水量變化

圖3表示棉田與楊樹(shù)土壤含水量隨時(shí)間和深度的變化。在棉花蕾期(7月7)與花鈴期(8月16),棉田各層土壤含水量未呈現(xiàn)出劇烈變化,平均土壤含水量約15%,這主要是棉田在滴灌條件下,灌溉頻繁(平均7 d灌溉一次),土壤含水量一直保持在較高水平;又因土樣采集時(shí)間不一致,分別為灌溉前一天和后一天,導(dǎo)致各層土壤含水量出現(xiàn)較大波動(dòng)。楊樹(shù)各土層含水量出現(xiàn)劇烈波動(dòng),表現(xiàn)出先增大后減小趨勢(shì)。首先7月7日楊樹(shù)未漫灌之前,表層0—60 cm土層含水量較低,60—180 cm土層土壤含水量變化保持相對(duì)恒定的值(約14%),與棉田含水量較為一致;在200 cm深處,土壤質(zhì)地變粗,土壤持水能力較小,導(dǎo)致土壤含水量較小。在8月16日,楊樹(shù)大水漫灌一周后,土壤含水量在0—100 cm土層顯著高于灌溉水之前(P<0.01),而在100 cm以下含水量波動(dòng)相對(duì)較小,表明灌溉一周后,水分入滲土壤剖面鋒值約在100 cm深處。

圖3 不同生長(zhǎng)季棉田與楊樹(shù)土壤質(zhì)量含水量(a為棉田土壤含水量,b為楊樹(shù)土壤含水量)Fig.3 Mean soil moisture content (%) on July 7th and August 16th in the soil profile at (a) cotton and (b) poplar plots

圖4 棉花與楊樹(shù)不同生長(zhǎng)時(shí)期不同深度土壤水與莖干水的δ18O值Fig.4 δ18O values in soil water, cotton and poplar xylem at each growth stage

2.2 水分來(lái)源與貢獻(xiàn)率

土壤水中氫氧穩(wěn)定同位素組成主要受灌溉水(降水)、蒸發(fā)、地下水等多因素影響[21]。

圖4為不同時(shí)期棉田與楊樹(shù)土壤剖面δ18O的垂直變化,從圖可知,δ18O值隨著土壤深度增加而在減小,這是因?yàn)橥寥辣韺訌?qiáng)烈的蒸發(fā)作用,導(dǎo)致土壤水發(fā)生分餾,δ18O值變大。通過(guò)利用焦點(diǎn)法,得出棉花在蕾期,主要的水分來(lái)源于0—20 cm土層(圖4);而在花鈴期,水分主要來(lái)源于20—40 cm(圖4)。進(jìn)一步運(yùn)用SIAR模型,量化各土層水分貢獻(xiàn)率(圖5),可知棉花在蕾期與花鈴期主要吸收表層土壤水分(0—40 cm),貢獻(xiàn)率高達(dá)94%和86%。

楊樹(shù)作為新疆防護(hù)林主要樹(shù)種,探測(cè)其主要水分來(lái)源是否來(lái)自農(nóng)作物表層根系分布區(qū)域,是判斷兩者水分競(jìng)爭(zhēng)程度的重要依據(jù)[3]。圖4展示了楊樹(shù)在漫灌前后,土壤200 cm以上,δ18O值的變化與木質(zhì)部δ18O值,通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)在灌溉前楊樹(shù)水分主要吸收20—60 cm土壤水分,灌溉后偏向于吸收0—40 cm范圍內(nèi)土壤水分,呈現(xiàn)出吸水區(qū)向上遷移趨勢(shì)。通過(guò)進(jìn)一步用SIAR模型分析,灌溉前土壤0—40,40—120,120—200 cm分別貢獻(xiàn)為41%,30%,29%;灌溉后為43%,26%,31%。灌溉后比灌溉前土壤0—40 cm水分貢獻(xiàn)略有提高,但土壤40 cm以下仍然是主要的供水區(qū)間,提供了約60%水分來(lái)源(圖5)。

圖5 棉花與楊樹(shù)在不同生長(zhǎng)季各土層水分的貢獻(xiàn)率Fig.5 Proportion source contribution of different soil depths to cotton and poplar箱形圖表示50%,75%,95%的置信區(qū)間

圖6 不同土壤深度和距離楊樹(shù)木質(zhì)部人工添加δD同位素值Fig.6 The articial δD isotope values of poplar during the experiment for labeling different depths

2.3 人工添加δD同位素方法確定農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)植物根系分布

本研究中,通過(guò)添加δD同位素探測(cè)楊樹(shù)根系的分布,判斷其可能對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響范圍。圖6可知,δD同位素在實(shí)驗(yàn)處理后信號(hào)顯著增強(qiáng),在土壤50、100與200 cm深處都顯示出非常高的δD值;然而,在土壤400 cm并沒(méi)有檢測(cè)到明顯的δD值上升。在探測(cè)楊樹(shù)側(cè)根水平分布于棉田的處理中(圖6),發(fā)現(xiàn)δD值在距離樹(shù)干2 m處、距地表50 cm與100 cm深處有明顯增加;在距樹(shù)干5 m處和距地表50 cm棉田深處顯示有δD同位素增大信號(hào),100 cm深處并沒(méi)有發(fā)現(xiàn);而在遠(yuǎn)距樹(shù)干8 m處,距地表50 cm 和100 cm深處,未出現(xiàn)楊樹(shù)δD同位素值異常升高現(xiàn)象。因此,可根據(jù)楊樹(shù)木質(zhì)部δD同位素值,推測(cè)出莫索灣楊樹(shù)主要根系分布在200 cm土層以內(nèi),但深度不超過(guò)400 cm;并在棉田一側(cè),側(cè)根可延伸到5 m遠(yuǎn)、距地表50 cm土層深處;8 m處并沒(méi)有大量楊樹(shù)根系存在此外;在距楊樹(shù)3 m處、距地表50 cm到100 cm深處都有楊樹(shù)根系存在,表明此處楊樹(shù)根系密度較高。

3 討論

3.1 棉花與楊樹(shù)水分利用策略

土壤水作為干旱區(qū)限制植物生長(zhǎng)的重要因素,對(duì)整個(gè)干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要意義[22]。而干旱區(qū)植物根系分布則反應(yīng)了植物在極端缺水環(huán)境中適應(yīng)性[23]。本研究中,棉花花鈴期土壤表層含水量(0—40 cm)高于棉花蕾期(圖3),圖4與圖5中,棉花主要水分來(lái)源反而向下遷移,這反映了棉花作為直根系深根作物,隨著棉花生育期的進(jìn)行,根系也不斷向下生長(zhǎng),擴(kuò)大其有效資源利用范圍。然而,Wang等[15]分別對(duì)華北平原不同生長(zhǎng)季棉花水分利用研究,發(fā)現(xiàn)棉花在花鈴期主要利用50 cm以下土壤水分,這與本文中棉花水分來(lái)源在花鈴期在40 cm之下僅為14%有較大差距。造成這種差距的原因可能是在本研究中隨著灌溉量與灌溉頻次的增加,尤其是膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用,土壤淺層含水量增加,棉花根系大量有向表層聚集的趨勢(shì)[24]。從圖3中,莫索灣由于采用膜下滴管技術(shù),表層土壤含水量一直保持在較高水平,并在花鈴期灌溉后表層土壤含水量大于深層,導(dǎo)致棉花在未受到干旱脅迫情況下,根系向下生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力變?nèi)?以吸收淺層土壤水分為主。因此,可推測(cè)莫索灣綠洲棉花灌溉水量與頻次相對(duì)較高,棉花并未過(guò)多利用到較深層土壤水分,造成該地區(qū)水資源存在潛在的浪費(fèi)。可采取適當(dāng)降低灌溉水量,迫使棉花擴(kuò)大根系分布,提高水分利用范圍和效率。

楊樹(shù)水分利用策略在大水漫灌前后短期內(nèi)并未發(fā)生明顯的水分利用遷移現(xiàn)象。雖在漫灌后,主要水分來(lái)源從20—60 cm土層遷移到0—40 cm(圖4),但總體上0—40 cm土層貢獻(xiàn)率差別并不明顯(41%與43%, 圖5),120—200 cm土層可供給總需水量約30%。從圖3可知,楊樹(shù)在漫灌前深層土壤含水量較表層大。表層土壤由于長(zhǎng)時(shí)間未得到充足的灌溉水補(bǔ)給(2016年8月之前沒(méi)有灌溉),再加上本地區(qū)較小的降水量與強(qiáng)烈的蒸散發(fā),導(dǎo)致表層土壤含水量較小。Yi等[25]研究表明農(nóng)田的側(cè)面補(bǔ)給是河西走廊防護(hù)林重要的深層土壤水分來(lái)源,而較深層來(lái)自農(nóng)田的側(cè)面補(bǔ)給,導(dǎo)致土壤含水量相對(duì)較高,楊樹(shù)根系大量分布于此,而表層根系分布相對(duì)較少。因此即使表層土壤含水量迅速增加,但水分貢獻(xiàn)率變化幅度依然有限。進(jìn)一步通過(guò)δD同位素示蹤,楊樹(shù)根系至少深入200 cm土層(圖6),較大的根系分布范圍為其提供了較大的水分利用區(qū)間。這與 Everson 等[26]在南非發(fā)現(xiàn)干旱環(huán)境中,大量防護(hù)林根系分布在土壤深層的結(jié)果較為一致。

3.2 水分競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)同

農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)中平衡喬木與農(nóng)作物競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作是研究的主要內(nèi)容之一[27]。喬木與農(nóng)作物適當(dāng)?shù)姆N植距離,根系空間分布互補(bǔ)對(duì)于提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分水分利用效率具有重要意義[28]。本文中楊樹(shù)對(duì)棉花水分養(yǎng)分的主要影響是通過(guò)其側(cè)根延伸入棉田。從圖6可推測(cè),楊樹(shù)對(duì)棉花水分養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)一般發(fā)生在8 m以內(nèi),5 m內(nèi)棉花生長(zhǎng)必定受到楊樹(shù)影響。在距楊樹(shù)3 m處楊樹(shù)根系密度較高,對(duì)棉花水分養(yǎng)分的潛在競(jìng)爭(zhēng)增大。雖然楊樹(shù)與棉花主要水分利用區(qū)間有一定偏差(楊樹(shù)約40%的水來(lái)自0—40 cm,而棉花則為80%以上),但由于楊樹(shù)巨大的耗水量(Fu等[18]發(fā)現(xiàn)莫索灣同一地區(qū)楊樹(shù)單月最高耗水量可達(dá)307 mm),對(duì)棉花水分養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)依然強(qiáng)烈。而通過(guò)人為干預(yù),如修剪喬木冠幅,增加肥料投入等可以降低喬木對(duì)農(nóng)作物影響[29]。本研究區(qū)中5 m范圍內(nèi)楊樹(shù)對(duì)棉花影響最為嚴(yán)重,因此在5 m范圍內(nèi)增加化肥投入與灌溉量部分抵消楊樹(shù)對(duì)棉花水分養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)影響,并進(jìn)一步通過(guò)在5 m范圍內(nèi)對(duì)楊樹(shù)根系的修剪可顯著降低其對(duì)農(nóng)作物的影響。從圖4與圖5,棉花主要利用表層土壤水分,對(duì)40 cm以下的土壤水分利用有限,而通過(guò)楊樹(shù)根系吸收深層水分,提高了整個(gè)干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的水分利用效率。此外由于防護(hù)林在新疆綠洲中的生態(tài)意義,通過(guò)量化楊樹(shù)對(duì)棉花的影響范圍估算農(nóng)民損失,從而為平衡防護(hù)林生態(tài)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值意義重大。

3.3 人工添加同位素的應(yīng)用

植物根系分布決定了其所能利用的資源范圍[30],根系范圍越大,表明其可以利用資源選擇余地就越大。本研究中,楊樹(shù)根系側(cè)向分布范圍越大,意味著對(duì)棉花潛在的水分養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)。然而,單純的用穩(wěn)定同位素分析方法,并不能準(zhǔn)確判斷出植物根系分布范圍,由于植物根系活性的可塑性[9],穩(wěn)定同位素方法只能計(jì)算出某一時(shí)的植物水分來(lái)源,用它很難準(zhǔn)確推斷植物根系分布;此外,如果土壤剖面同位素值變異較小,或者拐點(diǎn)較多,用傳統(tǒng)的穩(wěn)定同位素方法出現(xiàn)的誤差較大。本文通過(guò)應(yīng)用人工添加同位素方法,量化了楊樹(shù)的根系分布,并通過(guò)觀察試驗(yàn)處理后第7天δD同位素在土壤剖面的分布,發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)顯著向上遷移(圖7)。這與Beyer等[13]結(jié)論相一致,表明人工δD同位素添加可以探測(cè)植物根系分布,可作為一種穩(wěn)定同位素研究植物根系水分的輔助方法去推廣應(yīng)用。

圖7 100 cm和 200 cm土壤深度人工添加δD同位素運(yùn)移Fig.7 The dynamic of articial δD isotope after seven days of experiment for labeling depths of 100 cm and 200 cm in poplar plots

4 結(jié)論

(1)棉田在膜下滴灌技術(shù)下,土壤含水量較高,從蕾期到花鈴期水分主要來(lái)源向下遷移(0—20 cm至20—40 cm),0—40 cm土層貢獻(xiàn)了85%以上棉花水分來(lái)源。楊樹(shù)由于表層的土壤水分蒸發(fā),0—40 cm土壤含水量較低,迫使根系大量生長(zhǎng)于土壤較深層,導(dǎo)致楊樹(shù)在灌溉前后,土壤40 cm以下為其主要供水來(lái)源區(qū)間(貢獻(xiàn)率約60%),同時(shí)土壤主要供水層在灌溉后出現(xiàn)向上遷移趨勢(shì)(20—60 cm至0—40 cm)。因此綜合得出棉花與楊樹(shù)主要水分來(lái)源的土壤深度有明顯分層,但由于楊樹(shù)巨大的含水量,對(duì)棉花的水分競(jìng)爭(zhēng)不可避免,主要發(fā)生在土壤0—40 cm深度處。

(2)通過(guò)人工添加δD同位素,探測(cè)出楊樹(shù)根系垂直深度在土壤200—400 cm處,水平可延伸到棉田5—8 m處,超過(guò)8 m楊樹(shù)根系分布的可能性較小,且在3 m處根系大量分布。這意味著距樹(shù)干5 m內(nèi)楊樹(shù)與棉花肯定存在強(qiáng)烈的水分競(jìng)爭(zhēng),5—8 m是過(guò)渡區(qū);這對(duì)防護(hù)林與農(nóng)作物的配置管理和對(duì)農(nóng)民經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償有指導(dǎo)和借鑒意義,進(jìn)而維持整個(gè)新疆干旱區(qū)生態(tài)平衡。

(3)本文通過(guò)焦點(diǎn)法與SIAR模型,較為精確的算出棉花與楊樹(shù)的主要水分利用區(qū)間,并進(jìn)一步通過(guò)人工添加δD同位素方法彌補(bǔ)了上述方法上的不足,并且量化了楊樹(shù)根系的空間分布,從而多維角度對(duì)植物水分和根系其進(jìn)行分析解釋,對(duì)以后穩(wěn)定同位素方法在生態(tài)環(huán)境中應(yīng)用具有借鑒意義。