土壤是植物生长所需水分最重要来源。如何定量评估植物从不同土壤层位获取水分一直以来都是生态水文学界广受关注的难题。稳定同位素分析技术通过检测土壤水中氢（²H）和氧（¹⁸O）同位素的比值来追踪植物水分来源，是解决这一难题的主要途径。然而，常用的冷冻真空蒸馏法获得的土壤水氢氧稳定同位素组成并不能准确反映植物实际吸收的水分来源。

兰州大学资源环境学院许翔博士与澳大利亚西澳大学Grzegorz Skrzypek副教授合作，选择祁连山北麓天涝池流域青海云杉和祁连圆柏作为代表树种，开展了土壤水分稳定同位素的空间分布研究，分析了不同层位土壤水分对植被用水的相对贡献。相比单一使用冷冻真空蒸馏法，本研究比较了冷冻真空蒸馏法、离心法、负压法等三种方法抽提的土壤水分的同位素组成差异。

研究结果显示，传统冷冻真空蒸馏法抽提方法会高估或低估植物实际吸收的水源，冷冻真空蒸馏法提取的土壤水稳定同位素值明显更负，与其他两种方法存在显著的稳定同位素差异；冷冻真空蒸馏法、离心法、负压法等三种方法所获取的对应于不同水势的土壤水分库存在显著同位素失衡现象。经贝叶斯混合模型MixSIAR计算，基于冷冻真空蒸馏法抽提法的结果因不能很好地通过统计诊断而被舍弃；而基于离心法的结果发现，生长季的青海云杉与祁连圆柏没有对特定土壤深度水分表现出偏好。

本研究首次在野外条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发的显著偏差，这对植物水分来源的研究提出了新的挑战。这一研究表明，如果仅依赖冷冻真空蒸馏法，可能严重偏差于植物实际水分来源的估算结果。通过结合离心法和冷冻真空蒸馏法，可以更准确地评估植物用水的深度和来源，有助于揭示植物与水源的相互关系，显著提升我们对植物-水相互作用的理解，为流域水资源管理提供科学支持和预警参考。

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”为题在线发表在国际知名地学期刊《Journal of Hdyrology》 (地学一区，IF=5.90)。本研究由中国国家自然科学基金（批准号：41807148；42071048）、兰州大学西部环境教育部重点实验室开放基金及兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金资助（批准号：lzujbky-2019-kb01）。

图1 研究地点位于我国西北部黑河上游的天涝池流域的祁连圆柏坡和青海云杉坡。土壤水和树枝水的双同位素分布图及箱线图，展示了通过低温真空蒸馏法（CVD）、离心法（CEN）、负压法（SUC）提取的土壤水，以及树枝水的δ¹⁸O四分位数分布。

论文链接：https://authors.elsevier.com/a/1kIM652cufB-9