由于同位素效应的存在，H218O，HD16O和H216O成为土壤、植被、大气和海洋间不同形式水分运动的最佳示踪剂，成为涉及大气、水文、生态和古气候等多种学科的重要研究工具。由于δ18O和δD同位素比值和通量都受相似的生物和气象变量的影响，因此同时观测δ18O和δD将为生态系统水循环和生态过程研究，如水汽通量拆分，植物叶片水富集，光合作用同位素判别等提供更多有价值的信息。迄今为止，观测技术和手段的限制造成大气水汽δ18O和δD相关研究的数据量非常有限。与涡度相关等技术相结合，大气水汽δ18O和δD原位连续观测研究将有助于实现森林、草地和农田生态系统土壤蒸发/植物蒸腾组分的原位连续拆分以及其它更精细的土壤-植被-大气系统的水循环过程，这也是当前国际生态学领域的前沿科学命题。
在中国科学院“基于样带的草地生态系统碳水循环过程研究”和国家自然科学基金(30770409)等项目的支持下，CERN综合研究中心李胜功研究员和CERN水分研究中心孙晓敏研究员领导的稳定同位素研究组于2009年6-9月在中国科学院植物研究所多伦草地生态定位研究站开展了了土壤-植物-大气系统水汽δ18O和δD原位连续观测实验研究。2009年度野外观测实验在中国科学院植物研究所多伦草地生态定位研究站李凌浩站长、白文明副站长、宋世环工程师等的大力支持下圆满结束。
该实验利用研究组基于调制式半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）技术构建的大气水汽δ18O和δD的原位连续观测系统为基础，首次实现了内蒙古多伦草地生态系统大气水汽δ18O和δD同位素比值和通量的原位连续观测研究。该研究的野外实验仪器配置如下图所示。与涡度相关等技术相结合，配合土壤水、植物茎秆/叶片、降水以及地下水的连续采集，旨在揭示水分在土壤-植物-大气系统各个环节的分馏特征和机制。本研究与涡度相关(EC)和离轴积分腔输出光谱(DLT-100, Los Gatos Research, USA)/同位素质谱仪(Finnigan MAT253)技术相结合，获得降水、地下水、土壤水、植物茎秆水和叶片水数据，1）重点探讨大气水汽δ18O和δD不同时间尺度上(分、小时、日和季节尺度，包括昼夜循环、降水和天气循环等)的变异特征及其环境和生物控制机制；2）重点改进植物叶片水H218O和HDO富集的模拟和预测能力，探讨影响叶片水H218O和HDO富集的环境与生物控制机制；3）重点实现土壤蒸发和植物蒸腾组分对生态系统蒸散贡献的连续拆分。
