在干旱区，湿地作为沙漠绿洲的重要组成部分，扮演着水源保护、生态修复、气候调节和生物多样性维持的关键角色。然而，随着人类活动和气候变化的影响，干旱区湿地的环境恶化对生态平衡造成了威胁。尤其是人工湿地，虽然在水资源管理和生态恢复中起到了重要作用，但其水消耗模式仍未被充分了解。
近期，西北师范大学的研究团队在《Agricultural Water Management》期刊上发表了一项引人关注的研究。他们在张掖国家湿地公园开展了一项水源追踪实验，借助稳定同位素技术揭示了干旱区人工湿地树木的水分利用机制。研究发现，作为优势树种的柳树，其在生长期的耗水量达到当地雨季降水量的3倍，并且高度依赖人工补给的水资源。那么，究竟是怎样的水分利用模式导致了这一现象？下面，我们就通过这项研究来解读其背后的水源利用特征。
图1.研究区域和采样点位置。
用“同位素指纹”追踪水分来源
研究团队在中国西北部的张掖国家湿地公园进行实验，选取该地区的优势树种——柳树，作为研究对象，在生长季（5-10月）系统采集了所有可能的水源样本，包括：
l 树木本身：采集柳树的木质部水分；
l 所有潜在水源：同步收集当地的降水、地下水、地表水以及不同深度的土壤水；
l 环境数据：监测气象数据（如温度、湿度）并测定土壤含水量；
在该研究中，研究人员采用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），对土壤水进行高效、精准提取。能够在确保同位素不发生分馏的前提下，实现高回收率的水分提取，有效确保了水分来源分析的精确性和可靠性。最后，研究通过比对柳树与各水源的同位素特征，并应用IsoSource模型，精确量化了降水、地下水、地表水及土壤水对柳树的贡献比例。
图2.不同水源在生长季（2022年5月至10月）的同位素组成（δD和δ18O）。
图3.2022年5月至10月生长季（0-10、10-20、20-30、30-40、40-50、50-60 cm）土壤水文和同位素特征的垂直分布和时间变化。
图4.张掖人工湿地不同水源地δD与δ18O的双同位素关系图。
图5.确定柳树水源的两步法。(a) 5月至10月期间，降水、地下水和地表水对土壤水分补充的月度贡献。(b) 同一时期内，不同深度土层（0–10、10–20、20–30、30–40、40–50和50–60 cm）的土壤水分对柳树吸水量的月度贡献。垂直虚线分隔不同月份。
图6. 灌溉人工湿地生态系统水文过程及植物-水分关系的概念模型。
四个关键发现
（1）柳树的主要构成 —— 土壤水 + 地下水占 60% 以上；
（2）人工水是维持系统水分平衡的重要支撑，通过补给土壤与地下水间接滋养植被；
（3）单棵柳树耗水约432.5 mm，相当于3倍雨季降水；
（4）柳树会依据季节动态调整其吸收水分的层位；
干旱区人工湿地，该怎么“省水又稳生态”？
> 树种搭配应注重优势互补；
> 水资源管理需实现精准调控；
> 建立动态监测体系；
结语
在水资源稀缺的干旱区，人工湿地建设不应追求盲目扩张，而应注重科学规划与精准布局。这项研究通过科学数据表明：生态保护不能依赖主观经验，只有准确掌握植物的水分利用机制，做到按需配水、科学选种，才能让人工湿地既有效发挥生态功能，又避免对本地水资源造成过度压力。未来，研究可进一步聚焦不同树种的水分利用策略，探索高效、可持续的湿地恢复模式，为全球湿地保护提供科学借鉴。
发表期刊：Agricultural Water Management【影响因子：6.5】
研究单位：西北师范大学
研究地点：中国张掖国家湿地公园
使用设备：LI-2100全自动真空冷凝抽提系统
DOI：https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.110067