青海湖沙柳河流域土壤水氢氧稳定同位素组成与土壤贮水量关系北大核心CSCD

氢氧稳定同位素技术和土壤贮水量是探究区域土壤水分特征的有效手段。基于青海湖沙柳河流域土壤水氢氧稳定同位素组成(δ2H和δ^(18)O)和土壤贮水量数据,分析其在流域的空间分布特征,探讨土壤水氢氧稳定同位素组成和土壤贮水量之间的相关性。结果表明:(1)沙柳河流域土壤水δ^(18)O值从西北向东南呈现富集—贫化—富集的趋势;土壤水d-excess值在流域南部最低,在流域东北部支流上游地区最高。(2)土壤贮水量在流域空间分布上表现为北高南低的趋势。(3)土壤水δ^(18)O值、d-excess值与土壤贮水量间存在分段线性关系。当0—30 cm各土层土壤贮水量≤30 mm时,各土层土壤贮水量与土壤水δ^(18)O值分别显著负相关、与d-excess值显著正相关。青海湖沙柳河流域自然地理环境和植被特征的空间差异导致其土壤水氢氧稳定同位素组成和土壤贮水量表现出明显的空间变异性。温度变化对土壤水氢氧稳定同位素组成与土壤贮水量之间的相关性影响是通过其对土壤蒸发作用的影响来实现的。     

新疆三工河流域土壤水δD和δ^(18)O特征及其补给来源北大核心CSCD

采用环境同位素示踪技术研究旱区不同土地利用类型下的土壤水来源与运移机理,通过以新疆三工河流域为研究区,对三工河流域四个土壤剖面分层采集了不同土地利用类型的土壤水,测定了其稳定同位素(δD、δ^(18)O)的含量,分析了非饱和带土壤水稳定同位素沿土壤剖面的垂向变化规律。结果表明:区内非饱和带中的土壤水在入渗的同时经历了明显的混合作用,荒地土壤水比耕地受蒸发作用影响更强烈,荒地蒸发影响深度为1.2~1.6 m,耕地蒸发影响深度为0.8~1.2m;荒地与耕地土壤水中氢氧同位素在垂向上呈现旋回变化,每个旋回经历了一次新水入渗补给的过程,即新水入渗与土壤老水混合-土壤水氢氧同位素逐渐变小直到贫化极值-地表入渗补给结束,土壤水向下运移并逐渐与土壤老水混合同时受蒸发作用-同位素逐渐富集直到土壤老水本底值;耕地土壤剖面补给水δD值为-112.93‰^-102.58‰,荒地土壤剖面补给水δD值为-111.07‰^-94.44‰,比地下水、地表水同位素值更贫化,可见土壤水中的补给水主要来源于大气降水;灌溉水入渗地表后,在强烈的蒸发作用下,很难向非饱和带深部运移对地下水补给,节水灌溉方式改变了绿洲内土壤水入渗补给机制。研究结论为进一步厘定绿洲内垂向补给量,准确评价三工河流域水资源量提供重要依据。     

新疆三工河流域土壤水δD和δ~(18)O特征及其补给来源

采用环境同位素示踪技术研究旱区不同土地利用类型下的土壤水来源与运移机理,通过以新疆三工河流域为研究区,对三工河流域四个土壤剖面分层采集了不同土地利用类型的土壤水,测定了其稳定同位素(δD、δ~(18)O)的含量,分析了非饱和带土壤水稳定同位素沿土壤剖面的垂向变化规律。结果表明:区内非饱和带中的土壤水在入渗的同时经历了明显的混合作用,荒地土壤水比耕地受蒸发作用影响更强烈,荒地蒸发影响深度为1.2~1.6 m,耕地蒸发影响深度为0.8~1.2m;荒地与耕地土壤水中氢氧同位素在垂向上呈现旋回变化,每个旋回经历了一次新水入渗补给的过程,即新水入渗与土壤老水混合-土壤水氢氧同位素逐渐变小直到贫化极值-地表入渗补给结束,土壤水向下运移并逐渐与土壤老水混合同时受蒸发作用-同位素逐渐富集直到土壤老水本底值;耕地土壤剖面补给水δD值为-112.93‰~-102.58‰,荒地土壤剖面补给水δD值为-111.07‰~-94.44‰,比地下水、地表水同位素值更贫化,可见土壤水中的补给水主要来源于大气降水;灌溉水入渗地表后,在强烈的蒸发作用下,很难向非饱和带深部运移对地下水补给,节水灌溉方式改变了绿洲内土壤水入渗补给机制。研究结论为进一步厘定绿洲内垂向补给量,准确评价三工河流域水资源量提供重要依据。     

柴达木盆地荒漠植物水分来源定量研究——以格尔木样区为例

选择柴达木盆地的格尔木作为研究区域,选取沙拐枣、合头草、驼绒藜和麻黄4种典型的地带性荒漠灌木,应用稳定氢氧同位素技术定量分析典型荒漠植物的水分来源。结果表明:1柴达木盆地典型荒漠植物能灵活利用各种水源(河水、地下水、降水和土壤水等),最主要的水源是土壤水。2不同种类植物水分利用方式存在差异:驼绒藜、麻黄和沙拐枣主要利用深层土壤水和地下水,合头草以土壤水为优势水源。3植物水分来源的时间变化为:生长季初期,植物主要利用河水和地下水;生长季中后期,合头草主要利用浅层土壤水,其他3种植物主要利用较深层土壤水和地下水。     

广西不同石漠化程度下典型植物水分来源分析

以广西岩溶地区不同石漠化程度下的典型优势灌木为研究对象,利用氢氧和碳稳定同位素技术,结合叶片水势和土壤水势等,分析广西石漠化地区典型植物的水分利用来源。实验结果表明：随着石漠化的加剧,植物叶片水势和d¹³C值呈降低的趋势,但并没有呈直线下降,且不同石漠化程度下植物的水势和碳同位素差异性均不显著。在轻度和中度石漠化环境下,灌木主要以吸收土壤水（＞70%）为主;重度石漠化环境下,黄荆以夏季早期降雨储存在裂隙孔隙中的水（71.1%）为主要水源,而红背山麻杆则主要吸收土壤水（57.6%）和夏季早期降雨储存在裂隙孔隙中的水（42.4%）。土壤水是石漠化地区植物水分利用的重要来源,在重度石漠化环境下,植物对岩溶裂隙水的利用比例增大。为适应石漠化地区水分不足的现象,植物具有相似的水分利用策略：保持比较低的水势,较高的水分利用效率。植物对不同水源的利用存在转移以适应石漠化环境的加剧。     

氢氧稳定同位素在SPAC水分循环中的应用研究进展

氢氧稳定同位素是广泛存在于自然界水体中的环境同位素,其在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程及植物用水机制等,从而成为广泛应用于水分循环研究中的重要手段。本文介绍了稳定同位素技术在土壤-植物-大气连续体（SPAC）水分循环中的应用原理及研究进展,并阐述了其在SPAC水分循环应用中存在的问题及发展前景,以期为氢氧稳定同位素技术在SPAC水分循环研究中的深入应用提供参考,为研究水资源、水环境问题,特别是干旱\,半干旱地区的水分利用效率、水分分配机制等关键性问题提供理论依据和技术支持。     

泥石流多发区蒋家沟流域的下渗与产流特点

在云南东川蒋家沟泥石流源区多个典型点,进行野外下渗试验得出蒋家沟流域宽级配土的下渗特征。试验发现:1.下渗曲线皆较好满足霍顿下渗公式;2.下渗率比较大,主要土壤红黄壤的各种土地利用类型的稳定下渗率都在0.08 mm/s以上;3.不同土壤类型的稳定下渗率按大小排序依次为:砾石土>红黄壤>燥红土,红黄壤的各种土地利用类型的稳定下渗率按大小排序依次为:耕地>林地>灌木丛>裸地(滑坡后壁)>草地。蒋家沟流域宽级配土决定了降雨时壤中流产流占有很大比例,在径流场进行人工降雨,采集前期土壤水、壤中流和降雨样品,通过测试其中的稳定同位素浓度,利用同位素分割径流的原理,发现前期土壤水在壤中流产流中起着不可忽略的作用。降雨时,大量雨水下渗入土体,使孔隙水压力增加,前期土壤水位于湿润峰的前端,因此壤中流产流初期,前期土壤水占有很大的比例,达到86.46%,随着降雨时间的持续,雨水逐渐取代前期土壤水的作用,导致产流中本次降雨的比例逐渐升高,试验结束时达到85.63%。可以推断,短历时暴雨时,降雨强度大于下渗率,该流域以超渗产流为主,易发生坡面泥石流;长时间小强度降雨时,该流域以蓄满产流为主,壤中流占有很大比例,本次降雨是泥石流暴发的诱发因素,但不一定是水量的主要供给源。     

哈尼梯田区降水稳定氢氧同位素的旱雨季变化特征及其影响因素

水的稳定同位素(D和O)是水文过程的重要示踪剂。本文以哈尼梯田文化景观遗产核心区全福庄河扇形小流域为研究对象,通过采集流域内雨季和旱季的大气降水样品,并测定和分析氢氧同位素值(D和δ18O),得出以下结论:(1)研究区全年大气降水线方程为:δD=8.35δ~(18)O+22.41(R2=0.98,n=48),但年内旱季和雨季降水线方程的斜率和截距差异明显。(2)研究区大气降水中氢氧稳定同位素组成具有明显季节差异,雨季降水中氢氧同位素贫化,d值偏低;旱季降水氢氧同位素值相对偏正,d值偏高,这与我国季风区旱雨季水汽来源差异有关。(3)根据相关分析可知,温度、降水和相对湿度3个要素的变化是研究区降水同位素值变化的主要影响因素,但在不同的时间尺度下影响降水同位素变化的环境因素存在差异。(4)在年尺度下降水和相对湿度是主要的影响因素;在旱雨季尺度下,温度是雨季降水同位素值变化的主要因素,而温度、降水量和相对湿度对旱季降水同位素值变化的影响则不显著,旱季降水同位素δ18O值变化为三因素共同作用的结果。     

氢氧稳定同位素技术在生态系统水分耗散中的应用研究进展

氢氧稳定同位素作为水的"DNA",对于研究水分的传输和转化具有重要的意义,而水分耗散是水循环的重要组成部分。简单介绍氢氧稳定同位素在水分耗散研究中应用的主要原理和比较新的一些技术方法,主要对其在森林、草原生态系统和农田生态系统中蒸散发分离,植物水分来源区分、叶片水同位素富集和水分利用效率等方面做较为详细的归纳总结和探讨,最后指出国内此类研究仍然存在的问题和可能的发展方向,以期对未来氢氧稳定同位素技术在水分循环和水分耗散方面的应用研究有借鉴作用。     

用D、18O同位素确定黑河中游戈壁地区植物水分来源

 于2008年7月在黑河中游临泽县平川镇戈壁地区采集降雨、地下水、土壤和植物茎干样品并进行水分的D、18O同位素测试,分析戈壁地区不同深度土壤水分的来源,确定泡泡刺（Nitraria sphaerocarpa）、红砂（Reaumuria soongorica）等荒漠植物的吸水层位及其对降雨和地下水的依赖程度。研究发现：①土壤剖面0~130 cm深度范围内的土壤水主要接受降雨的补给;130 cm以下,可能接受潜水蒸发补给,或者是前期较大降雨入渗与潜水蒸发补给的叠加;②土壤水的δD、δ18O值与深度呈指数关系;降雨入渗补给会打乱剖面的稳态,土壤水的δD、δ18O同位素组成是现存土壤水和降雨的混合;③泡泡刺和红砂都是利用深度大于185 cm的土壤水,泡泡刺吸水层位比红砂更深,表明荒漠植物的生长主要依赖更为稳定的潜水水源。     

宁夏河东沙地不同坡度柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)水分利用策略差异

为探讨全球气候变化背景下多元线性混合模型（IsoSource）和贝叶斯混合模型（MixSIAR）解析宁夏河东沙地柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）水分利用策略差异及适用性,利用氢氧稳定同位素技术,结合直接对比法、IsoSource模型和MixSIAR模型对比分析不同坡度（6°、10°、16°和24°）样地柠条锦鸡儿在生长季不同时期对各潜在水源的利用率,并评估两种模型的植物水分溯源效果。结果表明：柠条锦鸡儿对不同土层深度土壤水的利用存在明显的季节性差异,生长季初期,随着坡度的增大,柠条锦鸡儿对中层土壤水的利用率呈现出先增大后减小的趋势;生长季中期,随坡度增大,柠条锦鸡儿主要水分来源由深层土壤转移至浅层土壤;生长季后期,柠条锦鸡儿主要水分来源随着坡度的增大由浅层土壤转移至深层土壤。基于直接对比法的定性判断结果,IsoSource模型和MixSIAR模型计算坡度6°、10°和16°样地柠条锦鸡儿主要水分来源利用率的适用性均较高;而Mix-SIAR模型计算坡度24°样地柠条锦鸡儿主要的水分来源以及其贡献率具有更高的可靠性。Iso-Source模型更适合解析较小坡度（6°和1...     

银川平原降水氢氧稳定同位素时间尺度效应及水汽来源

为揭示银川平原降水稳定同位素的时间尺度效应及水汽来源,采用后向轨迹模型聚类分析法、潜在源贡献分析法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT)解析水汽来源及潜在蒸发源区.结果表明:(1)银川平原降水氢氧稳定同位素组成存在明显的季节性变化,冬半年降水氢氧稳定同位素组成(-38.6‰±51.6‰和-4.5‰±5.2‰)明显偏...     

不同地下水位处梭梭(Haloxylon ammodendron)水分来源特征

梭梭(Haloxylon ammodendron)是中亚荒漠区分布最广泛的植物,长期被作为防风固沙的优良树种.在降水严重匮乏的荒漠区,地下水埋深对梭梭的正常生长具有关键作用.选择黑河中游临泽绿洲边缘人工梭梭林为研究区域,选择生长沙丘和丘间低地相同林龄的梭梭,对植物茎水及其他潜在水源(降水、土壤水、地下水)的氢氧同位素值...     

大气水汽氢氧同位素观测研究进展——理论基础、观测方法和模拟

大气水汽氢氧稳定同位素是认识大气环流和水循环的重要信息指标,本文从影响水汽稳定同位素含量的物理过程入手,即源区蒸发、传输及凝结等方面,系统介绍了影响水汽氢氧稳定同位素的平衡分馏和动力分馏的理论基础;回顾了传统观测方法、近期发展的激光光谱仪及卫星遥感红外光谱仪等大气水汽同位素观测新手段,重点分析了光谱仪及遥感观测方法的优势及应用,表明实时观测和遥感监测成为目前水汽同位素研究的主要手段;总结了目前大气水汽同位素观测研究在同位素基础理论、地表过程等方面的主要进展,汇总分析了大气水汽同位素环流模型的发展和应用,表明同位素环流模型在全球及区域气候过程、古气候恢复以及环境信息重建方面具有独特的优势,将会成为今后气候系统研究的新方法;最后提出水汽同位素研究的新焦点即高时空分辨率的实时观测、氢氧同位素的新指标如过量17O以及同位素气候模型的发展完善及应用。     

黄河三角洲贝壳堤土壤水潜在水源研究

通过分析黄河三角洲贝壳堤4处采样地0~80 cm深度土壤p H、含盐量、含水量和氢、氧稳定同位素垂直分布特征,研究黄河三角洲贝壳堤土壤水的潜在水源,为该区植物恢复提供理论依据。研究结果表明,各采样地的土壤p H都偏碱性,滩脊采样地的土壤p H高于其它采样地;向陆侧采样地的土壤含盐量最高,滩涂采样地的次之,向海侧和滩脊采样地的较低;随着土壤深度的增加,各采样地的土壤含水量都波动增大,滩涂和向陆侧采样地土壤含水量高于向海侧和滩脊处采样地。随着土壤深度的增加,滩涂、滩脊和向海侧采样地土壤水的δD值和δ18O值波动减小。在向陆侧采样地,积水通过入渗补给了0~40 cm深度的土壤水,而60~80 cm的深层土壤水则受到海水补给;海水对滩涂、向海侧和滩脊采样地的60~80 cm深度土壤水有一定的补给作用。     

荒漠灌木树干茎流及其生态水文效应研究进展

树干茎流作为林冠层降雨截留再分配过程中的重要组成部分,影响着土壤-植物-大气连续体（SPAC）中不同尺度和圈层间的水分和养分循环的速度与方向,对荒漠地区灌木的生存和生长具有深远影响,对于土壤养分的溶解、利用,土壤水、地下水的循环与补给,土壤侵蚀过程等方面都有重要意义。本文系统总结了近年来荒漠地区灌木树干茎流研究的主要手段与方法,对影响树干茎流形成的主要因素、形成过程、变化趋势进行了具体论述,对主要的荒漠灌木树种树干茎流经验模型进行了归纳,并具体分析了树干茎流在生态水文学方面研究意义及主要进展。针对荒漠树干茎流尚有以下方面的问题需要进一步深入研究:(1）不同灌木树干茎流的形成过程、主要影响因素及其相互作用机制;(2）树干茎流集水系统的空间结构配置特征和降雨径流作用机制;(3)树干茎流补给在荒漠地区群落格局形成以及演替中的作用机理、荒漠植被特征与动态对截留、树干茎流、蒸散发以及入渗过程的反馈机制等。     

黄河三角洲贝壳堤岛柽柳水分利用策略初步研究

在干旱、半干旱区甚至海岸带区,水分是影响植物群落结构和功能的主要生态因子。开展海岸带植物水分利用策略研究,对阐明海岸带生态水过程和预测全球变化背景下的植物群落演替趋势是非常重要的。以黄河三角洲贝壳堤岛优势灌木——柽柳(Tamarix chinensis)为研究对象,以稳定同位素技术为主要研究手段,分析土壤水分、土壤盐分及潜在水源和柽柳木质部d18O值的变化;利用Iso Source软件,计算潜在水源对柽柳木质部水分的贡献率,探讨柽柳在不同水分条件下的水分利用策略。研究结果表明,在降水量充足的2013年7月20~22日,在柽柳吸收利用的水分中,有78.2%来自土壤水,包括30.3%的浅层(0~60 cm深度)土壤水和47.9%的深层(60~100 cm深度)土壤水,有21.8%来自浅层地下水;而在降水量偏少的2014年6月21~23日,土壤含水量显著降低,柽柳的主要水源由土壤水转变为浅层地下水,其对浅层地下水和土壤水的利用比例分别为79.1%和20.9%。生长在黄河三角洲贝壳堤岛海岸带的柽柳可以通过转换水分的主要来源,以适应水分胁迫,这种水分利用策略有利于增强柽柳在植物群落中的种间竞争力,提高植物群落水资源的利用效率,为更好的阐述植物群落内的水分调节和分配机制提供理论基础。     

黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度关系研究

根据黑河流域中上游地区所取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中氢氧同位素随温度的变化特征,研究了内陆河黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度的关系,揭示了降水中氢氧同位素随温度的变化规律。降水中氢氧同位素与温度有很好的正相关关系,且与降雨前后平均气温之间的相关性优于与降雨前和降雨后气温之间的,温度与δ~(18)O之间的相关性优于与δD的。在黑河流域,局地性降水的增加影响降水中氢氧同位素与温度之间的关系,在山前或山前盆地,因局地性降水增加,所以降水中氢氧同位素与温度的关系与山区相比较差。     

河西走廊典型荒漠区土壤水分对降水脉动响应的稳定同位素分析

基于稳定同位素技术研究了河西走廊中部典型荒漠区土壤水分对降水脉动的响应。结果表明：降水分布及其δ¹⁸O值都存在显著的季节变化特征,降水事件多发生在夏季,且有较高的δ¹⁸O值,而冬季降水稀少,且δ¹⁸O值偏低。降水以脉动方式输入土壤中,不同量级的降水事件会导致土壤含水量和δ¹⁸O值不同程度的响应。降水入渗后不同深度的土壤含水量和δ¹⁸O值的响应程度和响应时间不同,土壤深度越大,响应程度越小且响应时间越滞后。对比降水δ¹⁸O值和降水后不同深度的土壤水δ¹⁸O值的变化发现,表层土壤能够迅速的对降水做出响应,下层土壤的响应具有滞后性。即这种自上而下的活塞式下渗是该区主要的降水入渗方式。荒漠区土壤水分受降水的调节和控制,但是深层土壤水受小降水事件的影响较小,大降水事件虽然发生频率较小,但是能够对深层土壤水形成有效的补给,对整个荒漠生态系统的可持续发展都具有十分重要的意义。     

伊犁喀什河流域丰水期氢氧稳定同位素及水化学特征

气温升高加速高山冰雪消融,造成伊犁喀什河的水文循环及水量平衡发生变化。关于该流域水汽来源、水体补给等问题的研究大都基于年际变化分析、氢氧稳定同位素的季节性对比,缺少针对丰水期、枯水期的特征分析,不利于系统探究丰水期及枯水期水体水化学控制因素或水体补给情况的个别差异。本文利用2018—2021年丰水期在新疆伊犁喀什河流域采集的不同水体水样,运用不同水体氢氧稳定同位素方程线比对及离子比值法,综合Piper三线图、Gibbs图等分析区域水体水化学、氢氧稳定同位素特征,探讨水体补给问题。结果表明：(1)研究区水体均呈弱碱性。地表水水化学类型为HCO₃-Ca型,地下水受石膏溶解影响,SO₄^2-含量增加,水化学类型为HCO₃-SO₄-Na-Ca型;(2)岩石风化作用是研究区地表水与地下水水化学性质的主要控制因素。地表水受到降水的轻微影响但不显著、井水受蒸发-浓缩作用影响;地表水离子主要来源是硅酸盐矿物或石膏,地下水离子主要来源为碳酸盐、石膏或硅酸盐矿物;(3)综合地表水与地下水水化学及不同...