基于氢氧稳定同位素的兰州市南北两山土壤蒸发时空变化及影响因素研究

基于2018年4—10月在兰州市南北两山采集的降水、河水及土壤样品,对不同水体中的氢氧稳定同位素进行测定,并应用Craig-Gordon模型分析了南北两山土壤蒸发的时空变化及其成因。结果表明：① 兰州市局地大气水线LMWL斜率相比全球大气水线GMWL较小,主要是相对湿度小,雨滴在下落过程中受到云下二次蒸发的影响。由表层0~10 cm至深层60~120 cm,土壤水δ²H和δ¹⁸O逐渐贫化,土壤水线SWL的斜率均呈现规律性增大,说明表层土壤受到的蒸发分馏最为强烈,随着土壤深度的增加,蒸发分馏逐渐减弱。② 时间变化上,局地蒸发线斜率S_LEL在4月较大,土壤蒸发较小,4—6月减小,土壤蒸发增大,6—8月趋于稳定,其中7月土壤蒸发最为强烈,自8月S_LEL增大,土壤蒸发开始减小,一直减小至10月。③ 空间变化上,北山相比南山蒸发损失量f更为强烈,主要原因是北山气温、相对湿度和土壤含水量均高于南山。④ 2018年4—10月,各采样点蒸发损失量f达到峰值和谷值的时间相比降水δ ¹⁸O均存在明显的滞后,主要原因是降水在土壤基质入渗过程中存在滞留。     

黄河流域降水稳定同位素的云下二次蒸发效应

雨滴从云底降落到地面过程的云下二次蒸发现象会影响雨滴中的同位素比率,明确降水过程中稳定同位素的变化对研究流域水循环具有重要意义。基于全球降水同位素网络（GNIP）、相关文献同位素数据以及气象数据,首先建立局地大气水线（LMWL）定性分析了黄河流域云下二次蒸发与各气象要素间的关系,其次运用改进的Stewart模型定量计算了蒸发剩余比（f）和云底降水与地面降水的D-excess之差（Δd）。结果表明：（1） 黄河流域LMWL方程为：δ²H=7.01δ¹⁸O+1.25（n=293,R²=0.92）,斜率和截距相比GMWL均较小,说明雨滴在下落过程中受到云下二次蒸发的影响。其中0～10 mm的降雨事件对云下二次蒸发影响显著;气温越高,或者水汽压、相对湿度越小,云下二次蒸发越强烈。（2） 季节变化上,从春季到冬季, f和Δd逐渐增大,云下二次蒸发逐渐减小。空间变化上,蒙甘区、蒙中区、晋陕甘区和渭河区的西安,年际间云下二次蒸发变化较大,而青南区、祁连-青海湖区、渭河区的平凉、长武、华山和鲁淮区年际差异较小。（3） 降水中Δd和f之间的线性关系在不同气象要素范围内有不同的数值,由于不同区域各气象条件存在差异,因此在应用经验公式时需考虑研究区的具体气象条件。     

基于氢氧稳定同位素和水化学的青藏高原高寒内陆流域水文过程示踪研究

氢氧稳定同位素和水化学已成为研究水文循环过程的良好示踪剂,两者的结合能很好地揭示流域或者区域(特别是缺少水文观测数据的高寒内陆地区)的水文循环过程.青藏高原地表环境较恶劣,缺乏流域尺度的水文观测资料,不利于对流域尺度水文循环过程的综合理解和认识,成为水资源高效综合利用的瓶颈.为此,本文以青海湖沙柳河流域为研究对象,通过...     

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...     

水体蒸发过程中稳定同位素的分形机制

The variations of stable isotopes in atm ospheric vapor and precipitation are caused by stableisotopic fractionation during phase changes in w ater cycle. The isotopic fractionation m ainlyhappens in the m ass transportation of stable isotopes from free w…     

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。     

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。     

华北北纬38°带极端强降水氢氧稳定同位素特征与水汽来源的关系

华北北纬38°带是华北地区的重要农业区,降水是区域地下水的主要补给源。近年来,极端强降水频率增加改变了地下水补给方式,明确极端强降水氢氧稳定同位素特征及其水汽来源对于深入认识区域水循环特征具有重要意义。本研究基于2016年1月至2021年12月华北北纬38°带的1个山区站点(太行山站)和2个平原区站点(栾城站和南皮站)降水样品采集,采用相关分析和HYSPLIT模型,揭示了研究区极端强降水δ²H和δ¹⁸O的时空分布特征与水汽来源的关系。结果表明：降水氢氧稳定同位素呈现丰水年贫化的年际特征,雨季富集、旱季贫化的季节性变化特征,极端强降水同位素最为贫化(-105.7‰～-39.1‰,-14.6‰～-5.7‰)。大气降水同位素关系表明位于山前平原的栾城站斜率和截距最小,蒸发作用最强。HYSPLIT模型结果表明,太行山站极端强降水水汽主要来自于东南季风和西南季风水汽,而栾城站和南皮站极端强降水水汽主要来自于西风水汽和东南季风水汽,西南季风水汽比例增加(16.67%～58.33%)是导致山区极端强降水同位素比平原区贫化的主要原因。水汽来源的差异导致研究区...     

长沙地区蒸发皿水体蒸发过程中稳定同位素的变化特征

蒸发过程中水体同位素分馏与蒸发时的气象要素密切相关。为此,于2013年6―9月份在长沙地区进行了4组室外蒸发皿蒸发实验,从而探讨蒸发剩余水体中稳定同位素与温度、相对湿度等气象要素之间的关系。实验结果表明：1）剩余水体中稳定同位素比率随着剩余水比例f的减少而富集,在高温无雨的伏旱天气下,蒸发剩余水体中稳定同位素分馏结果与瑞利分馏模式比较吻合;2）温度越高,分馏效应也将变大,蒸发过程中稳定同位素比率的改变量也将变大,随着水体质量的减小,稳定同位素比率的变化与相对湿度呈现负相关,尤其到蒸发后期,负相关关系更为明显,这可能是由于实验后期剩余水体绝对质量太小,易受空气中稳定同位素的影响;3）蒸发线δ2H＝3.89δ18O－24.55与δ2H＝3.38δ18O－24.96的斜率和截距明显小于同时期长沙降水线δ2H＝6.85δ18O－4.4的斜率和截距,与同时期湘江河水蒸发线δ2H＝3.9δ18O－13.2的斜率接近。以上结果说明本蒸发皿实验能一定程度上体现夏季自然水体蒸发分馏情况。     

海水蒸发时蒸气相硼的浓度及硼同位素分饱研究

本实验目的是研究在空气流的条件下海水－空气界面硼的行为。将２５℃和３５℃的干燥空气流以非冒泡或冒泡的方式通过海水表面或通入海水，采用冰冷凝器和ＫＯＨ溶液浸泡过的纤维素过滤器收集空气流中的硼，当无硼空气流在海水面上通过时，硼会被蒸发而进入空气流中，温度越高，硼含量也较高。空气流通过海水的冒泡试验中，空气流中的硼含量与空气流流量成正比，在此情况下，空气流中的硼主要来自雾化的小液点海水。非冒泡试验中收集的硼同位素分馏表明，较轻的硼同位素１０Ｂ富集在空气流中，表明海水蒸发时，硼同位素分馏主要由动力因素所引起。     

哈达贺休盐湖卤水氢氧同位素特征及成因分析

内蒙古哈达贺休盐湖蕴藏着较为丰富的地下卤水资源,但人们对其成因和演化机制尚缺乏充分的认识。本文采用稳定同位素方法,研究了哈达贺休盐湖地下卤水及其周边水体的氢氧同位素组成特征,并对卤水的成因进行了分析。结果表明：哈达贺休盐湖地下卤水的?D和?18O值平均值分别为-0.53 ‰和4.01 ‰,黑河河水的?D和?18O值平均值分别为-36.73 ‰和-5.51 ‰,居延海湖水的?D和?18O值平均值分别为1.26 ‰和2.73 ‰,当地大气降水的?D和?18O值平均值分别为-5.30 ‰和-1.20 ‰。研究区水体的蒸发趋势线方程为δD=5.32δ18O-20.08,该蒸发线偏离全球大气降水线。黑河河水的氘盈余值（d）最大,湖水和地下卤水的最小,而且湖水和卤水的d值与TDS呈负相关关系。偏正的?D和?18O值以及较小的d值,表明研究区卤水经历了强烈的蒸发,同时还存在与含氧类矿物的同位素交换反应。卤水和居延海湖水氢氧同位素值分布比较集中并且接近,二者都由黑河河水演化而来。     

巴丹吉林沙漠东南部湖泊和地下水的氢氧同位素特征

通过对巴丹吉林沙漠湖泊和地下水氢氧同位素分析,讨论了沙漠湖水和地下水的补给关系,并结合地下水可溶性固体总量的特征,进一步探讨了巴丹吉林沙漠的蒸发特性。根据氢氧同位素的分析结果,本研究区的蒸发趋势线方程为:δD=4.1δ18O-30.02‰（n=37,R2=0.94）较低的斜率显示了巴丹吉林沙漠强烈的蒸发环境特征。巴丹吉林沙漠东南部湖泊和地下水具有相似的蒸发趋势,推测两者之间存在补给关系。根据沙漠腹地地下水氧同位素值富集程度高于东南部地下水氧同位素值的特点,得出前者蒸发较后者强烈。进而对比其他干旱条件下盐湖的蒸发,结果显示巴丹吉林沙漠湖水存在过度蒸发效应。     

青海湖沙柳河流域浅层地下水氢氧稳定同位素分布特征

地下水氢氧稳定同位素的组成与空间分布规律可为研究地下水补给及深入认识水循环过程提供重要理论依据。基于青海湖沙柳河流域浅层地下水样品的氢氧稳定同位素数据,通过空间插值法和δD-δ¹⁸O线性关系法,分析了氢氧稳定同位素组成、空间分布特征及地下水补给关系。结果表明：沙柳河流域中下游地区浅层地下水δ¹⁸O与δD值分别为-8.54‰~-6.02‰和-58.6‰~-34.6‰,平均值分别为-6.79‰和-41.8‰;δ¹⁸O值在流域空间上表现为西北、中部高,南北低的特征;流域西北和中部地区地下水主要受降水补给,补给来源单一、蒸发作用强是该区域地下水同位素值较高的原因,降水→地下水→泉水是其主要补给、排泄关系;流域北部、南部地区地下水与降水、河水、泉水等水体水力联系密切,不同补给来源的平滑作用是该区域地下水同位素值较低的原因,其补给、排泄关系主要为降雨→河水→地下水→泉水（或降雨→地下水→泉水→河水）。     

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。     

基于LMDZ模型的蒙古高原降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源分析

基于LMDZ（Laboratoire de Météorologie Dynamique-Zoom）模型的模拟数据、NCEP/ NCAR格点气象数据和北极涛动指数（Arctic Oscillation Index,AOI),验证了LMDZ模型在蒙古高原的适用性,分析了局地大气水线（Local Meteoric Water Line,LMWL）、降水中δ¹⁸O与环境因子的关系,探索了降水中δ¹⁸O、氘盈余（d-excess）的时空变化,并结合HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)模型对蒙古高原气团运输轨迹进行了模拟。结果表明：在LMDZ模型的2种结果中,LMDZ-nudged模拟蒙古高原降水稳定同位素效果较好;计算得到的蒙古高原LMWL为δD=7.78δ¹⁸O+3.31(R²=0.995),其斜率和截距均小于全球大气水线( Global Meteoric Water Line,GMWL)斜率和截距,表明该区域雨滴下落中受云下二次蒸发影响较大;降水中δ¹⁸O夏高冬低,与温度、北极涛动指数呈正相关,而与相对湿度呈负相关。降水中d-excess呈现夏低冬高的特点;对蒙古高原后向轨迹追踪并对其进行聚类分析发现,研究区主要有3条水汽路径：西风带水汽（约88.39%）、东亚季风水汽（约5.73%）与极地水汽（约5.88%）,其中西风带水汽为主控水汽。     

Water sources for typical desert vegetation in the Ebinur Lake basin

In arid and semi-arid environments, desert vegetation plays an important role in preventing soil erosion by wind and helps maintain the stability of desert and oasis ecosystems. Four types of typical desert vegetation, namely Populus euphratica, Haloxylon ammodendron, Nitraria sibirica, and Halostachs caspica, corresponding to different habitats (i.e., river bank, sand dune, desert, and salt marsh) were chosen as the model vegetation in this research. The δ²H and δ¹⁸O for rainwater, soil water, and plant water were applied to identify the water sources and quantify the proportions of different water sources used over the entire plant growth period (from March to October). The results showed that the precipitation δ²H and δ¹⁸O in the Ebinur Lake basin varied from -142.5‰ to -0.6‰ and from -20.16‰ to 1.20‰, respectively. The largest δ²H and δ¹⁸O values occurred in summer and the smallest in winter. The soil water δ²H and δ¹⁸O of the four habitats decreased gradually with increasing depth. The δ²H and δ¹⁸O values of water extracted from the stems of the four plants had similar variation trends, that is, the maximum was observed in spring and the minimum in summer. Among the four plants, H. caspica had the highest stable isotopic values in the stem water, followed by N. sibirica, H. ammodendron, and P. euphratica. The water sources and utilization ratios of desert vegetation varied across different growth stages. Throughout the growing period, H. ammodendron mainly used groundwater, whereas the water source proportions used by N. sibirica varied greatly throughout the growing season. In spring, plants mainly relied on surface soil water, with a contribution rate of 80%-94%. However, in summer, the proportion of deep soil water used was 31%-36%; and in autumn, the proportion of middle soil water used was 33%-36%. H. caspica mainly relied on topsoil water in spring and autumn, and the proportion of soil water in the middle layer slightly increased to 20%-36% in summer. P. euphratica mainly used intermediate soil water in spring with a utilization rate of 53%-54%. In summer, groundwater was the main source, with a utilization rate of 72%-88%, and only 2%-5% came from river water, whereas in autumn, the river water utilization rate rose to 11%-21%. The results indicated that there were significant differences in water use sources during the growing period for desert vegetation in arid areas. This research provides a theoretical basis for understanding water use mechanisms, water adaptation strategies, and vegetation restoration and management in arid areas.     

柴达木盆地南翼山油田卤水水化学及氢氧同位素地球化学特征

南翼山油田卤水是钾钙硼等元素的富集区,具有较高的开采利用价值。开发利用油田卤水,需要对其演化过程有较深入的研究。采用地层岩性与水化学特征及氢氧同位素地球化学特征相结合的方法,对南翼山油田卤水的形成与演化过程进行探讨,得到初步结论:南翼山油田卤水水化学类型主要为氯化钙型,具有高矿化度、高钙、低镁和低硫酸根的特点。油田卤水起源于大气降水,下渗过程中溶滤第三系岩盐沉积物,经过一系列水岩相互作用,并与深部地热水、岩浆水混合,最终形成现在的水体。