塑料覆盖下土壤水蒸发与冷凝过程的稳定同位素评估及其农业水文意义

本研究针对农业水分管理中土壤蒸发与冷凝过程的量化难题，通过δ18 O和δ2 H稳定同位素技术，对比分析黑色（BPM）、白色（WPM）塑料覆盖与无覆盖（NM）处理的土壤水动力学。结果表明，塑料覆盖显著降低净蒸发率（BPM:23.1%，WPM:23.7% vs NM:75.1%），提升土壤储水能力，并首次揭示冷凝水同位素富集现象，为精准灌溉和气候适应性农业提供理论依据。

　　

在全球水资源短缺与农业可持续性发展的双重挑战下，土壤水分的高效利用成为关键。传统农业中，裸露土壤因蒸发导致高达75%的水分损失，而塑料覆盖技术虽被广泛采用，其内部水分循环机制——尤其是蒸发与冷凝的定量关系——仍不明确。更棘手的是，现有研究多忽略冷凝水对土壤水同位素特征的影响，且缺乏对δ¹⁸
O和δ²
H双同位素的同步分析。日本京都大学的研究团队通过温室柱实验，首次系统揭示了塑料覆盖颜色（黑/白）对土壤水同位素分馏的调控机制，相关成果发表于《Soil and Tillage Research》。

研究采用三项核心技术：1）稳定同位素示踪技术（δ¹⁸
O和δ²
H）定量分析土壤水与冷凝水的分馏过程；2）温室控制实验（PVC柱，深度60 cm）模拟BPM、WPM与NM三种处理；3）水热耦合监测系统连续记录土壤温湿度及气象参数。

研究结果

1. 蒸发抑制效应：塑料覆盖使净蒸发率较裸土（NM:75.1%）降低2/3（BPM:23.1%，WPM:23.7%），且0-60 cm土层同位素比值显著偏低，证实覆盖层阻隔蒸发的水分保持作用。
2. 冷凝水同位素特征：覆盖下冷凝水的δ¹⁸
   O和δ²
   H较土壤水及灌溉水源显著富集，归因于蒸发过程中的动力学分馏（kinetic fractionation）。
3. 垂直分异规律：同位素垂向梯度显示，覆盖处理中蒸发锋面下移，而冷凝水补充导致表层同位素组成复杂化。

结论与意义
该研究通过同位素指纹解析了塑料覆盖下“蒸发-冷凝”双向水通量的博弈关系：覆盖不仅减少水分逃逸，还通过冷凝回流重塑土壤水同位素剖面。这一发现革新了对农业覆盖技术水文效应的认知，为半干旱区节水灌溉设计提供了同位素评估新范式。尤其值得注意的是，冷凝水同位素富集的量化模型可精准区分“无效蒸发”与“有效回流”，助力气候智慧型农业的水分精准调控。研究团队强调，未来需结合田间试验验证实验室结论，并拓展至不同气候带的多材质覆盖体系。