黄土高原大规模的植被恢复 在 控制水土流失、土地退化等方面 起到了重要作用 。 由于退耕还林（草）工程的实施，黄土高原生态恢复成效显著，植被覆盖度增加，固碳功能提升 ，是中国生态恢复最成功的地区 之一 。然而 ，不合理的 植被恢复方式和结构也导致了土壤干燥化 和 植被退化等问题 。干旱地区植物水分利用与环境的适应性特征是植被生态建设中的关键科学问题，是植被恢复、合理生态布局的重要依据。 虽然黄土高原地区的植被恢复取得巨大的成就，但是对于 生态恢复背景下 的 典型植物水分利用 来源 的时空变化规律 以及生态适应性策略，并不清楚。
      本研究以稳定同位素技术（δ 2 H 、 δ 18 O 、 δ 13 C ）为主要手段 在样地和区域两个尺度开展工作。 在样地尺度上，在 黄土丘陵区小流域 羊圈沟设置典型样地，从单一植物恢复方式和 恢复年限 以及多种植物共存等角度进行了植物水分 利用来源对比研究。不同恢复方式包括三种 不同生长型植物：长芒草 Stipa bungeana草本） 、 铁杆蒿 Artemisia gmelinii 半灌木） 、荆条 Vitex negundo 灌木 典型引入植物沙棘 Hippophae rhamnoides 和本地植物 绣线菊 Spiraea pubescens18 年和 30 年 的 刺槐（ Robinia pseudoacacia 典型共存植物 刺槐、山杏Armeniaca sibirica 和臭椿 Ailanthus altissima 在区域尺度上，沿着 黄土高原降雨梯度设置样带， 调查了典型植物（刺槐 、山杏 、沙棘）的水分利用 来源 随降雨梯度的变化规律。此外，结合 多种植物的茎秆水和 土壤水 δ 2 H 和 δ 18 O 同位素 数据， 对比了 当前四个主要的植物水分溯源模型： 线性混合模型（ IsoSource 和三个贝叶斯模型（ SIAR MixSIR 和 MixSIAR ）。 主要 的结果和 结论如下：
      （1) 在植物水分溯源模型方面。 当使用 IsoSource 模型时， 仅使用 δ 2 H 和仅使用 δ 18 O 进行 预测的各水源的贡献比例没有显著差异。 SIAR 和 MixSIAR 模型的预测结果表明植物对各个水源的吸收比例 在 生长季 没有明显 的 变化，而MixSIR 模型预测 结果在生长季 呈现 显著的 变化 p < 0.001 。 IsoSource 模型的预测误差较大，而贝叶斯混合模型 SIAR 和 MixSIAR 模型比 MixSIR 表现出更好的植物水分溯源能力，这种差异可能由于后验分布仿真算法不同造成的。根据不同 模型之间结合野外实测数据的相互比较结果和模型本身的特 点， 使用 MixSIAR模型进行植物水分 溯源 最优 。
      （2 ）不同生长型植物的水分利用 来源 不同，在整个生长季中，长芒草和铁杆蒿主要依赖浅层 0−40 cm 土壤水分， 0−120 cm 的土壤贡献了 75 80% 的水分。但是荆条呈现出不同的水分利用格局，随着生长季的进行对深层（ 120−300 cm土壤水分的利用比例逐渐增加，在水资源利用方面具有较强的生态可塑性，这种生态可塑性主要是由于荆条具有功能二态型根系系统。
      （3) 典型引入植物沙棘和本地植物绣线菊具有不同的水分利用特征。 沙棘和绣线菊从 0−120 cm 土壤 层 获 得 约 80% 的水分 。 随着季生长季的进行 ，沙棘 对深层土壤水分的利用 比例 逐渐增加，能够在浅层（ 0−40 cm ）和深层 120−300 cm土壤之间灵活地转换水源，这主要是因为沙棘具有功能二态型根系 系统。此外，沙棘比绣线菊具有更高的叶尺度水分利用效率（ leaf level WUE i 。 但是 沙棘从深层土壤中吸收更多的水分， 长期种植可能会造成土壤干化等负面影响 。
      （4) 18 年和 30 年刺槐水分来源在 2016 年和 2017 年均没有呈现显著的生长季 变化，并且二者的水分来源比例没有显著差异。 18 年刺槐的水分利用格局对降雨响应较为敏感，而 30 年刺槐对 0 80 cm 80 200 cm 200 500 cm 的水分利用比例在 2016 年和 2017 年基本保持不变，尽管 2017 的降雨量比 2016 年多44.14% 。不同恢复年限 的刺槐叶片尺度 WUE i 在 2016 年和 2017 年均存在显著差异 （p < 0.0010.001）。
      （5 ）三种共存植物（刺槐、山杏和臭椿）的水源存在重叠现象，其水分主要来自 0 80 cm 土壤层 。不同造林模式下，刺槐的水分来源比例无显著差异， 而 浅层土壤水对山杏的水源贡献有显著差异（ p < 0.05 ），但在中层 80−210 cm 和深层 210−400 cm 土壤中没有发现显著差异。混合造林显著提高了共存植物叶片尺度 WUE i 。共存植物对浅层土壤水分的利用比例高于纯林，相应降低了深层土壤水分的消耗。
      （6 ）在区域尺度上，刺槐 、山杏和沙棘对不同土层土壤水的吸收比例在不同降雨梯度下均没有显著差异。 随着年平均降雨量（ MAP ）降低，刺槐和山杏对 0100 cm和 10 0 300 cm 土壤水分的吸收比例逐渐增加。 刺槐、山杏和沙棘叶片 δ 13 C值在不同降雨梯度下具有显著差异 p < 0.01 ）），表明三种植物叶片尺度 WUE i 呈现显著变化。植物叶片 δ 13 C 值与 MAP 呈负相关关系，即在 MAP 大的地方 植物 WUE i 小，反之亦然。从植被生长的可持续视角，当 MAP 低于 465 mm 时，刺槐、山杏和沙棘可能不适合用于 该区的植被恢复 应该 选择更适应的植物物种 。