水是干旱和半干旱地区生态系统过程和功能最重要的限制因子,它对植物生长发育、生存和分布起到关键作用。中国内蒙古西鄂尔多斯荒漠分布着四合木(Tetraena mongolica)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)、绵刺(Potaninia mongolica)、半日花(Helianthemum songaricum)等古地中海孑遗植物。这4种珍稀濒危植物的水分利用策略是植物长期适应进化形成的,而植物对气候变化(特别是降水格局变化)的响应受到其自身水分利用策略的影响。因此,研究这4种珍稀濒危植物的水分利用策略对于保护西鄂尔多斯古地中海孑遗植物、维护该地区物种多样性、维持区域生态系统平衡等具有重要的理论和实践意义。本研究以西鄂尔多斯荒漠珍稀濒危植物四合木、沙冬青、绵刺、半日花及其非濒危植物霸王(Sarcozygium xanthoxylum)为研究对象,利用氢、氧、碳稳定同位素技术,结合植物群落结构、土壤结构和植物生理生态学特征和环境因子(降水量、温度等)及多元线性混合模型等手段,分析判定了这5种植物的水分来源,定量阐明了这5种植物在不同降水条件下的植物水分利用率和水分利用效率,阐明其水分利用策略。得出主要结论如下:西鄂尔多斯地区夏季大气降水线方程(LMWL)为δD=7.287δ18O+1.170(R2=0.937,n=38);降水量效应显著,温度效应不显著;夏季降水受西风气团、局地蒸发气团以及东南和西南季风气团的影响。西鄂尔多斯荒漠土壤水主要来源于大气降水与地下水。小雨(0 mm<降水量≤10mm)影响0~10 cm土壤含水量和土壤水δD值,对表层土壤(0~10 cm)的贡献率在30%以上;中雨(10 mm<降水量≤20 mm)影响0~40 cm的土壤含水量和土壤水δD值;大雨(20 mm<降水量≤30 mm)和特大暴雨(>30 mm)影响0~100 cm的土壤含水量和土壤水δD值,降水对100~150 cm深层土壤水影响不显著。在土壤剖面中,0~10 cm表层土壤水受降水的直接影响明显,随着土壤深度增加,影响逐渐减小,贡献率逐渐降低;40 cm以下深层土壤水δD变化较小,趋于稳定。在西鄂尔多斯荒漠,小雨时,降水入渗具有自上而下活塞式下渗的特征;随着降水量的增大,降水以优先流的形式入渗,补给更深层土壤水分或浅层地下水。四合木、沙冬青、霸王植物水分主要来源于降水与80~150 cm深层土壤水,而绵刺、半日花主要依赖于降水。小雨(0 mm<降水量≤10 mm)时,四合木、霸王和沙冬青主要利用深层土壤水;降雨量越大,这3种植物倾向于利用由降水补给的上层土壤水(0~40 cm)。植物对不同强度降水的利用率的大小顺序依次为:绵刺>半日花>沙冬青>四合木、霸王。降水强度越大,植物对降水的利用率越高,越有利于四合木、沙冬青、霸王、绵刺和半日花植物的生长。小雨时,四合木、沙冬青和霸王有竞争土壤水分的现象。沙冬青、四合木、霸王、绵刺和半日花植物叶片δ13C平均值的大小顺序依次为沙冬青(-23.3‰)>四合木(-25.2‰)>霸王(-25.8‰)>绵刺(-26.6‰)>半日花(-26.8‰)。这五种植物的水分利用效率平均值的高低顺序依次为沙冬青(5.4 mmol CO2·mol-1 H2O)>四合木(4.8 mmol CO2·mol-1 H2O)>霸王(4.6 mmol CO2·mol-1 H2O)>绵刺(4.3 mmol CO2·mol-1 H2O)>半日花(4.2 mmol CO2·mol-1 H2O)。光合速率的高低顺序依次为绵刺>半日花>霸王>四合木>沙冬青。四合木、沙冬青、霸王、绵刺叶片光合速率日变化具有单峰、双峰两种类型;半日花叶片光合速率同时存在单峰、双峰和三峰曲线类型。蒸腾速率的高低顺序依次为绵刺>半日花>霸王,四合木>沙冬青。沙冬青、四合木、绵刺和霸王的蒸腾速率日变化具有单峰和双峰两种类型;半日花叶片蒸腾速率日变化呈单峰型。深根植物沙冬青、霸王和四合木具有低光合、低蒸腾、高水分利用效率特点,为耐旱型水分利用策略;而浅根绵刺和半日花具有高光合、高蒸腾、低水分利用效率的特点,为避旱型水分利用策略。濒危植物四合木比同科非濒危植物霸王的水分利用效率稍高,但光合速率较低、蒸腾速率相似,可见,四合木仍具有较强的生存适应能力。濒危植物四合木和同科非濒危植物霸王的水分利用策略相似,二者共存有竞争土壤水分现象。建议在日后进行西鄂尔多斯荒漠地区植被恢复时,应尽量避免同时种植四合木和霸王。土壤蒸发水、土壤水和植物水受到强烈的蒸发作用而在当地大气降水线之下。植物水除了来源于大气降水外,主要还来自土壤水中的混合水。地下水氢氧稳定同位素值变化幅度小,较稳定,主要来自于当地降水的补充,几乎没有受到蒸发分馏作用的影响,其补给机制主要有两种:一是降水通过土壤缓慢渗入地下水,二是降水以“优先流”形式入渗到地下水。