陸地降水主要源于外部水汽平流與局部蒸散，其中由局部蒸散貢獻(xiàn)的部分被稱為水分再循環(huán)。在全球尺度下，約40%的陸地降水由水分再循環(huán)貢獻(xiàn)，其過程受大尺度大氣環(huán)流、土壤濕度、植被類型及林冠特征等多種因素協(xié)同驅(qū)動(dòng)。中國黃土高原作為全球黃土沉積區(qū)，長期面臨嚴(yán)重的土壤侵蝕和生態(tài)脆弱問題。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，中國于20世紀(jì)90年代末啟動(dòng)了“退耕還林工程”，這一工程顯著提高了黃土高原的植被覆蓋率，并顯著影響了該地區(qū)的水文動(dòng)態(tài)和水資源供給，使當(dāng)?shù)厮Y源達(dá)到了其承載能力。目前，關(guān)于植被恢復(fù)的研究多側(cè)重于其減沙控沙的功能，對其引起的蒸散耗水增加如何影響水分再循環(huán)及水資源溢出效應(yīng)關(guān)注不足。盡管植被恢復(fù)能促進(jìn)水分再循環(huán)已成共識，但其背后的驅(qū)動(dòng)機(jī)制仍有待深入闡明。

　　近期，西北農(nóng)林科技大學(xué)李志老師團(tuán)隊(duì)在《Geoderma》期刊上發(fā)表了一項(xiàng)研究，針對黃土高原植被變化，運(yùn)用穩(wěn)定同位素技術(shù)和水分平衡模型，揭示了淺根植物向深根植物轉(zhuǎn)變過程中水分循環(huán)的變化機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，深根植物能夠更有效地利用深層土壤水，顯著增強(qiáng)蒸騰作用，從而提高水分再循環(huán)率。這一發(fā)現(xiàn)為干旱和半干旱地區(qū)的生態(tài)修復(fù)及水資源管理提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

圖1.降水中水分再循環(huán)示意圖。

圖2.（a）研究區(qū)域位置（b）研究區(qū)域內(nèi)2000年至2023年歸一化植被指數(shù)（NDVI）的時(shí)間變化模式（c）采樣點(diǎn)詳細(xì)視圖，包括草地、灌叢和林地。

　　研究方法：同位素示蹤與混合模型

　　研究區(qū)域：研究在陜西省神木侵蝕與環(huán)境試驗(yàn)站進(jìn)行，選擇三種植被類型（草地、灌叢、林地）為研究地點(diǎn)，三種典型的深根植物（刺槐、油松、杏樹）為研究對象。通過空間替代時(shí)間的方法，探討30年樹齡的深根植物對水分循環(huán)的影響；

　　樣品采集：2023年4–9月采集降水樣本23個(gè)，同步監(jiān)測降水量、溫濕度數(shù)據(jù)；6–9月采集土壤樣品405份，每份均分用于含水量測定與同位素提取；選取典型植物4株/種，共獲取植物木質(zhì)部樣本80個(gè)，用于后續(xù)水分來源分析；

　　在該研究中，科研團(tuán)隊(duì)采用LI-2100全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）提取土壤和植物木質(zhì)部水分，該系統(tǒng)能在高溫(130°C)下有效(>98%)提取樣品中水分，確保水同位素信號的真實(shí)性。對于提取后的所有樣品，使用水同位素分析儀測定水樣中的氫和氧穩(wěn)定同位素。然后，基于多重模型（Craig-Gordon、HYSPLIT、MixSIAR），量化不同水源對降水的貢獻(xiàn)，并通過SW-excess校正與統(tǒng)計(jì)分析保障數(shù)據(jù)可靠性；

表1.不同植被類型下土壤水的δ²H和δ¹⁸O值。

圖3.當(dāng)前平均條件下不同月份的水分循環(huán)率（fE和fT）和月降水量（a）；不同植被類型下蒸發(fā)（fE）和蒸騰（fT）對降水的平均貢獻(xiàn)（b）。

圖4.兩種植物類型下土壤水同位素（δ²H、δ¹⁸O）的月際動(dòng)態(tài)變化及其與相應(yīng)木質(zhì)部水的相關(guān)性。

圖5.淺根（左）和深根（右）植物木質(zhì)部水分來源的月度貢獻(xiàn)動(dòng)態(tài)。

圖6.研究期間淺根植物（a）、深根植物（b）下方土壤含水量的月度變化；高度超過3 m的兩種植被的土壤含水量（c）。

　　研究發(fā)現(xiàn)：深根植物提升水分再循環(huán)

　?。?）2023年雨季平均水分循環(huán)率為21%，蒸騰占67%的主導(dǎo)貢獻(xiàn)；

　?。?）草地或灌叢轉(zhuǎn)變?yōu)樯值貛?dǎo)致水分循環(huán)率顯著增加，貢獻(xiàn)了當(dāng)前平均水分循環(huán)率的50%；

　?。?）淺根植物主要使用淺層土壤水（0-0.8 m），而深根植物更多依賴深層土壤水（2-3 m及更深層）；

　?。?）深層土壤水分的強(qiáng)烈吸收導(dǎo)致的蒸騰作用增加，促進(jìn)了水分的局部循環(huán)和降水的增加；

　　黃土高原植被演替的水文反饋規(guī)律與生態(tài)恢復(fù)啟示

　　該研究基于穩(wěn)定同位素與混合模型方法，闡明了黃土高原植被從淺根向深根系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中，植物通過吸收深層土壤水促進(jìn)蒸騰、進(jìn)而增強(qiáng)局地水分再循環(huán)與降水反饋的關(guān)鍵機(jī)制。研究建議在生態(tài)恢復(fù)過程中優(yōu)先考慮深根植物，以提升水資源利用效率。未來應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)展研究范圍，結(jié)合更長時(shí)間尺度和不同區(qū)域，深入探討植被變化對水文循環(huán)的長遠(yuǎn)影響，為可持續(xù)水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。

　　發(fā)表期刊：Geoderma【影響因子：6.6】

　　研究單位：西北農(nóng)林科技大學(xué)、不列顛哥倫比亞大學(xué)

　　研究地點(diǎn)：陜西省神木侵蝕與環(huán)境試驗(yàn)站

　　使用設(shè)備：LI-2100全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)

　　DOI：https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2025.117654