Seasonal variations of water uptake by Achnatherum splendens in Lake Qinghai watershed, based on δD and δ18O

Abstract:

Water availability is a key ecological factor for plant growth and distribution in arid and semi-arid region. To reveal the characteristics of water uptake patterns by Achnatherum splendens and how it response to changes of water conditions in Lake Qinghai watershed, we analyzed isotopic concentrations (δD and δ18O) of plant stem water and soil water, groundwater and precipitation under the natural and drought treatment habitats. Water uptake by A.splendens was analyzed by direct comparison and multi-source mixing model calculating the plant-use proportions from diverse soil depths. The results showed that large fluctuations were found in the soil moisture and the isotopic contents of soil water in the surface soil layers, directly influenced by precipitation and evaporation. The slope and intercept of evaporative soil water line was evidently smaller than local meteoric water line indicating that the isotopic contents from soil water experienced stronger evaporation fractionation processes; The isotopic concentrations of stem were scattered along the evaporative soil water line exhibiting that the possible water sources extracted from soil water. Water uptake by A.splendens mainly absorbed surface soil water ( 45.1% from 0-10cm in June) at the early growth stage. Large precipitation events significantly impacted the whole soil water content and isotopic contents and resulted in the differences of plant-use proportions by A.splendens were minimal during August and September, which revealed that the roots of A.splendens extracted various depth of soil water when soil availability water was high. Under the drought treatment conditions, A.splendens largely used the surface soil water (0-30cm) in the early July. The absorbed depth transmitted to deep soil layers while the surface soil moisture decreased. However, the acquired depth by A.splendens again shifted from deep to surface soil layers when surface soil moisture sharply increased after the irrigation.