长春黑顶子河流域冻土融化期氢氧同位素特征及影响因素分析

基于2016年冻土融化期黑顶子河流域地表水、土壤水和地下水中稳定氢(δD)氧(δ~(18)O)同位素观测数据,分析了该区域融雪产流阶段δD和δ~(18)O的时空变化特征及主要影响因素。结果表明:融化期积雪δD和δ~(18)O平均值最小,分别为-9.33%和-1.28%,且变异性最大。冻土层隔绝了地下水与融雪水的联系,因而地下水、土壤水主要来自冻结期前降雨,其δD和δ~(18)O变异性最小且均匀的分布在大气降水线附近。冻融过程控制了融雪水与土壤水的蒸发速率和混合作用,进而影响了河水δD和δ~(18)O随时间的变化特征。土地利用类型不同导致下垫面之间土壤水和地下水δD和δ~(18)O差异较大。玉米田土壤水主要来自降雨,经历了先入渗再蒸发的过程,呈现表层大深层小的变化趋势。水稻田深层土壤水和地下水主要来自作物生长期灌溉水,经历了先蒸发后入渗的过程,δD和δ~(18)O较大;表层土壤水主要来自冻结期降雨或融雪入渗,δD和δ~(18)O较小。受水稻田地下水补给、河道融冰补给以及蒸发作用的影响,主河道稳定同位素显著大于支流,这种差异的大小与流域水循环活跃程度密切相关。     

不同水分条件下宁夏枸杞氢氧稳定同位素变化特征试验研究

以宁夏枸杞为研究对象,采取试验区降水、不同灌溉量下枸杞根区土壤水、根系及茎秆样品并测定其氢氧稳定性同位素比率δ¹⁸O和δD,分析不同降水量及灌溉量下枸杞稳定同位素的变化特征,利用IsoSource模型计算了枸杞对各潜在水源的可能利用比例.结果表明:试验区降水中δD和δ¹⁸O之间有很好的线性关系,并得出了当地大气降水线的回归方程;不同灌溉量,枸杞主根系层(20~60 cm)的土壤含水率和与其对应的δD呈负相关趋势变化,随着土层深度加深,δD减小;降水量不同时,各土层δD变化规律相似,5 mm以下20 cm处的δD最大(-64.39‰),枸杞主要利用表层(0~20 cm)及部分中层(20~40 cm)的土壤水,分别占35.2%及25.1%;降水量为13.9 mm时,20~60 cm处δD相对较丰,为-65.20‰以上,枸杞可利用0~60 cm土层土壤含水量:0~20,20~40,40~60 cm土层的土壤水利用量分别占比22.4%,25.3%及23.2%.结论可为干旱区枸杞科学灌溉提供有益借鉴.     

珠江泗河水流域降水事件中氢氧同位素特征分析

以珠江泗河水流域为研究对象,分析降水事件中降雨、河水和地下水氢氧同位素的变化特征和规律,研究降雨、河水和地下水的转化关系。研究结果表明:珠江泗河水流域雨季的降水线方程与全球大气降水线相比,斜率和截距偏小,反映其降水过程经历了一定的蒸发。场次降水事件中氘盈余平均值先减小后增加,反映了大气降水形成时水汽来源和运移过程中受环境变化影响导致的同位素分馏不平衡的差异。不同季节降水事件中降雨氢氧同位素组成差异显著,春末夏初降雨氢氧同位素组成较富集,随后同位素值逐渐贫化。单场降水事件中,降雨氢氧同位素值呈现先贫化后富集的现象。不同场次降水事件中,降雨的δD、δ~(18)O含量变化范围较大,河水次之,地下水变化最小。不同水体δ~(18)O～δD关系线斜率的大小为:地下水河水降雨,河水和地下水δ~(18)O～δD关系线均偏离大气降水线,反映出泗合水流域河水和地下水经历了蒸发分馏过程。     

覆膜沟灌下土壤水氢氧同位素分布特征及其水分运动规律研究

为深入探究沟灌覆膜条件下土壤水分运动规律及其转化机理,利用了稳定氢氧同位素技术分析了土壤水和膜下凝结水的同位素分布特征。表明,膜下凝结水富集~(18)O,富集程度明显高于由表层土壤蒸发而富集的重同位素;膜下表层土壤蒸发后凝结于膜下形成水珠的过程经历了重同位素贫化后再富集,之后凝结水发生二次蒸发,重同位素再次富集;覆膜沟灌下土壤水氧同位素随土壤深度呈梯度分布,垄上富集~(18)O比沟中显著;沟中蒸发前缘发生在0~10cm土层,土壤水直接以水汽分子形式扩散到大气中;垄上蒸发前缘主要发生在10~20cm土层,蒸发水汽分子通过土壤孔隙向上扩散,部分水汽分子被0~10cm的土壤水吸附并与其水分子发生交换进而扩散到土壤表面。     

湖南省地热水氢氧同位素特征分析

本文通过研究湖南省地热水的氢氧同位素特征,来分析地热水的补给来源以及18 O的漂移和地热水的水-岩相互作用的强弱程度.对各个构造单元的氢氧同位素箱线分布图、δD-δ18 O值的关系分布图和氘过量d值的特征进行分析,结果表明:地热水的补给来源、形成环境和水-岩相互作用的程度基本是相似的,δD和δ18 O值大部分分布在区域...     

“多维立体排水”技术在渍水农田治理中的应用

【目的】解决地势低洼地区田间排水不畅的问题。【方法】提出了对低洼农田土体进行重构,自下而上构建透水层、过滤层、客土层,替换原来土质黏重的土体,设置透水沟壁与客土区透水层相连的"多维立体排水"技术。基于渗透原理,对重构前土体、重构后土体及排水沟透水沟壁的渗透性能进行了分析计算。【结果】应用"多维立体排水"技术后土层渗流量由原来的5.50×10-8~1.60×10-7m3/s提高到1.10×10-5~3.20×10-5m3/s,农沟侧壁渗透量为8.89×10-3~3.56×10-2m3/s,大于透水层渗透量1.10×10-5~3.20×10-5m3/s。【结论】"多维立体排水"技术通过重构土体提高土体的通透性,田间地表水及地下水能够通过透水层及农沟侧壁透水通道快速排除。     

紫色土坡耕地水分运移及胶体颗粒的输出动态研究

土水势是直接反映土壤水能量和流向的指标,土壤水的流动对坡耕地产流有重要影响。胶体是农化物质(氮磷、农药)迁移的载体。【目的】研究紫色土坡耕地水分运移和胶体颗粒的输出特征。【方法】利用土壤含水率和土水势原位监测及径流收集系统,研究了紫色土坡耕地土壤剖面水分变化、产流及胶体颗粒迁移的动态。【结果】单次大暴雨或连续日降雨作用下,紫色土坡耕地易达到饱和,饱和土壤含水率0.45 m3/m3。大雨强降雨事件有助于坡耕地中活塞流的产生,而连续降雨事件下坡耕地上部来水的沿程入渗能有效补给坡耕地中下部的深层土壤水,导致深层土壤含水率和土水势的响应有所滞后。坡耕地裂隙潜流流量的日变化介于0.11~36.56 L/min之间,具有强烈的时间变异性(变异系数为1.72)。潜流中胶体质量浓度的日变化介于0.20~15.41 mg/L之间。胶体质量浓度与潜流流量极显著正相关(相关系数为0.73)。【结论】土水势对紫色土水分运动的响应更灵敏,其与土壤含水率的结合能够更全面地揭示土壤水分运移机制。降雨入渗的水力剪切与裹携是胶体释放与迁移的主要机理,干湿交替会促进胶体颗粒的生成。     

基于氢氧稳定同位素的澜沧江流域水体来源差异分析

研究不同时期澜沧江流域不同河段水体补给来源差异,从而为该流域的水文循环研究提供数据支撑。通过对枯水期(2017年2月)和丰水期(2017年6月)澜沧江云南段地表水体δD和δ~(18)O值的测定,得出δD与δ~(18)O值在枯水期变化范围分别为-16.90%～-12.50%与-2.012%～-1.694%,而在丰水期分别为-10.55%～-7.65%与-1.438%～-1.102%,初步揭示了该流域水体氢氧同位素的空间分布特征。结果表明:枯水期与丰水期澜沧江云南段地表水体δD、δ~(18)O值的沿程变化趋势基本一致,且枯水期的δD、δ~(18)O值均明显低于丰水期。在枯水期,研究区上游自然河段地表水体主要受冰雪融水与蒸发作用影响,中游水库段受一定蒸发作用与支流汇入影响,下游自然河段主要受大气降水补给。在丰水期,整个澜沧江云南段地表水主要受大气降水影响,同时中游水库段受一定支流汇入影响,下游自然河段受一定人类活动影响。     

基于同位素技术的且末车尔臣河流域地下水补给来源分析

为了更加合理地利用及开发塔里木盆地南部且末县车尔臣河流域地下水资源,利用和田及乌鲁木齐2个监测站点多年大气降水同位素数据,拟合出当地大气降水线LMWL:δD=7.5δ~(18)O+5.9 (n=178,R~2=0.952 6)。通过不同地貌单元地表水与地下水同位素(δD、δ~(18)O、T)变化特征及Cl-δ~(18)O相对变化规律,结合当地水文地质条件,探究了且末县车尔臣河流域地下水补给来源。研究表明:沿河流方向,研究区不同地貌单元地下水均受到冰川雪融水及高山降雨补给,补给源区为南部高山区。此外,灌区人为修建水渠、机民井等节水设施,地表水与浅层地下水发生混合,地下水还受到了河水、农田灌溉水渗漏补给;绿洲带承压水δD、δ~(18)O、T值均偏低,反映地下水受到高海拔水源的早期补给且更新较慢;在沙漠一带地下水T值偏低,δD、δ~(18)O值接近当地大气降水线,推测此段地下水还受到了局部大气降水补给。     

岩溶流域典型农业区水体氢氧同位素的空间异质性及形成机制

分别于平水期和枯水期采集了花溪河流域典型农业区地表水和地下水样品。利用氢氧同位素示踪技术,结合土地利用类型对研究区不同水体的补给来源、季节变化及主要影响过程进行了分析,并对不同水体氢氧同位素值进行了空间插值分析,同时对其形成机制进行了分析,阐明了不同土地利用类型影响下的主要水文过程。结果表明:(1)研究区不同水体的主要补给来源为当地大气降水,月亮湖水库受蒸发作用影响明显,地表水和地下水的δD和δ~(18)O整体上呈现平水期高于枯水期的特征。(2)地下水的δD和δ~(18)O在枯水期与平水期均呈现明显的空间分异性特征,西部水田/水库集中区富集,东部旱地集中区贫化,土地利用对研究区环境水文过程影响明显。该研究结果有助于了解不同土地利用方式下地表水对地下水的影响,为流域管理提供科学依据。     

基于稳定同位素的干旱半干旱地区杨树水分来源研究

作物水源是土壤-植物-大气连续体和农业节水的重要研究对象。为深入研究干旱半干旱地区杨树水分来源情况,利用稳定氢氧同位素技术对不同水源氢氧同位素组成的变化规律进行分析,并应用多元混合模型定量分析杨树的水分来源。结果表明:土壤水线与当地的大气降水线斜率与截距都小于全球大气降水线,表明研究区土壤水、降水受到强烈的蒸发影响发生不平衡的分馏;随着季节变化,生长初期杨树主要利用0～80 cm的浅层土壤水,快速生长期杨树主要利用80～120 cm的中层土壤水同时开始利用地下水,生长末期杨树主要利用160～220 cm的深层土壤水同时利用地下水,表明杨树能够根据水分条件逐渐的调整对各潜在水源的利用率。     

青铜峡灌区排水沟—地下水水化学特征及转换关系分析

【目的】分析青铜峡灌区浅层地下水与排水沟的水化学和同位素特征,揭示地表水与地下水之间的转换。【方法】综合运用数理统计、Gibbs模型、Piper图、Schoeller图、阳离子交替吸附作用图等方法,系统分析排水沟水及周围浅层地下水的水化学特征,探讨排水沟与周围浅层地下水的转化关系。【结果】排水沟水总体呈弱碱性或碱性,TDS在休灌期大于灌期;浅层地下水TDS在休灌期和灌期差别不大,但都明显大于排水沟。排水沟和浅层地下水阳离子：Na⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>K⁺,阴离子：Cl^->SO₄^2->HCO₃^-。排水沟附近的浅层地下水离子浓度垂向上的差异大于水平方向上的差异。排水沟和浅层地下水的δ¹⁸O和δD在灌期和休灌期差异都不明显,30 m深度浅层地下水同位素贫化明显。【结论】排水沟与浅层地下水的水化学组分受蒸发浓缩和岩石风化作用的控制,同时受混合作用...     

2015年度浑善达克沙地杨树的季节性用水模式

杨树是在中国北部浑善达克沙地上生长的典型乔木,利用稳定氢氧同位素技术,结合直接判别法和多元线性混合模型的方法,作图定性分析并通过 Isosource软件定量计算各水源的贡献率值来对2015年度杨树的用水模式进行研究：在植物的生长初期(5月、6月)杨树大多利用浅层土壤水(0~20 cm),其中利用率分别为75.68%和90.4%；在雨季,即为植物的生长茂盛季(7月14日-7月22日),雨后第1 d,杨树对雨水的利用率达到最大77.7%,雨后的第3,5 d转而利用中层土壤水40~60 cm(29.49%,27.75%)；在植物的生长后期(9月,10月),杨树根系首先利用深层土壤水(80~100 cm)51.4%,其次利用地下水(25.5%)。本研究结果说明杨树的根系吸水具有很强的季节性差异以及对夏季降雨依赖性较高。     

基于~(18)O同位素的玛纳斯河流域典型荒漠植被水分利用来源研究

梭梭和柽柳是玛纳斯河流域下游典型荒漠植被,对干旱荒漠区具有水土保持和固沙造林的作用,分析其水分利用来源对保证植被正常生长、维持荒漠生态系统稳定具有重要意义。采用~(18)O稳定同位素技术,以玛纳斯河流域下游两年生梭梭、柽柳为研究对象,通过分析植被水、地下水和不同土层土壤水中的~(18)O值,得到两年生梭梭、柽柳旱季生长期的水分利用来源,研究结果表明:(1)年生长期内,地下水潜水埋深呈小幅增大,~(18)O值在5月到7月间逐渐增大,8月又逐渐减小;土壤含水率随着土层深度的增加而增大,土壤含水率月变化趋势为5月6月7月,土壤水中~(18)O值随着土层变浅而增大,100 cm以下逐渐稳定并趋于地下水;浅层土壤的~(18)O值随着月份的增加逐渐增大,较深土层土壤水的~(18)O值相对稳定。(2)两年生梭梭生长季节的主要水分利用来源为地下水和80~150 cm土层的土壤水,贡献率分别为56.8%±6.8%和26.3%±7.2%;两年生柽柳生长季节的主要水分利用来源为60~150 cm土层的土壤水和地下水,贡献率分别为54.6%±9.2%和36.8%±8.5%。     

滨海盐碱农田排水沟土壤水盐分布特征研究

明确盐碱地排水沟内土壤水盐分布特征,对盐碱地生态环境建设及其开发、利用具有重要参考价值。以河北省国营海兴农场轻度和重度盐碱地周边布设的排水沟为研究对象,对排水沟顶部、半坡和底部进行土壤水分和盐分分层取样和调查,分析了0~200 cm土层排水沟土壤剖面土壤水盐分布特征。结果表明,轻度和重度盐碱地排水沟土壤剖面含水率分布特征基本一致,均是自地表向土壤深层逐渐增加,重度盐碱地土壤含水率略高于轻度盐碱地;轻度盐碱地排水沟盐分在土壤剖面内呈均匀分布,盐分空间分布变异系数为7.70%,属于弱变异性;重度盐碱地排水沟盐分主要积聚在地表以下40 cm土层内,变异系数为44.63%,属于中等变异。     

稻田水体碳氮稳定同位素组成与时空变化研究

利用稳定同位素技术研究了稻田沟渠、池塘、湿地等水体的碳、氮稳定同位素组成特征与时空变化。结果表明,水中颗粒性有机物(Particulate organic matter,POM)δ13C值(稳定性碳同位素比值)在-31.5‰~-24.3‰之间变化,平均值为-27.7‰,可能主要来自于浮游植物和浮游动物的贡献。POM稳定性碳同位素比值存在明显的季节变化,呈现出春、夏季高于秋、冬季的趋势。浮游动物与POM稳定性碳同位素比值之间的时空变化存在一定的相关性,说明研究区内浮游动物对内源有机碳的利用可能主要来自POM。颗粒性有机物δ15N存在秋、冬季高于春、夏季的趋势,但空间差异不显著,其中湿地的变化幅度相对较大(3.2‰~6.3‰),δ15NPOM平均值为4.1‰,说明研究区固氮作用较小,外源物的污染程度较低。     

河西走廊辣椒滴灌水盐调控施肥灌溉制度研究

【目的】研究河西走廊地区辣椒滴灌农业生产水盐调控与施肥灌溉制度。【方法】在甘肃省金昌市八一农场,通过控制滴头正下方20 cm深度处的土壤水基质势下限不低于-20 kPa进行滴灌水盐调控灌溉,设计了5个施肥比例的施肥灌溉处理,分别为农场滴灌条件下基于测土配方施肥的辣椒施肥量的20%、40%、60%、80%与100%,研究了滴灌水盐调控施肥灌溉对辣椒生长、产量和土壤盐分养分垂直剖面分布特征的影响。【结果】经过2 a试验研究得到:(1)0～100 cm整个土体的盐分基本维持平衡,土壤盐分不增加。(2)在辣椒生育期内硝态氮主要分布在0～40 cm深的根系分布层,70 cm深度以下硝态氮浓度低且稳定,基本不存在硝态氮的深层渗漏淋失。(3)辣椒的株高、地上部分鲜质量均随着施肥比例的增加而增加,当施肥比例为100%时辣椒的产量达到最大值,2 a辣椒的平均产量达到26 595.8 kg/hm2。(4)滴灌高频施肥灌溉有利于提高辣椒的灌溉水利用效率和肥料偏生产力,2 a平均灌溉水利用效率为5.1 kg/m3,肥料偏生产力为30.1 kg/kg,均高于农场管理方法下滴灌辣椒的值。【结论】在河西走廊辣椒滴灌生产中,推荐滴头正下方20 cm深度土壤水基质势阈值控制在-20 kPa以上指导水盐调控灌溉,总施肥量设定为100%测土配方施肥(全生育期N 360 kg/hm2,P2O5195 kg/hm2,K2O 375 kg/hm2)进行施肥灌溉水肥一体化管理。     

季节性冻土的水热作用机制研究——以古尔班通古特沙漠南缘为例

【目的】阐明新疆干旱区冻融土壤的水热耦合关系,建立在冻结融化过程中土壤水热耦合模型。【方法】以土壤水动力学、冻土物理学和统计学为理论基础,利用土壤水分与温度测量系统对不同土层深度土壤的温度和湿度进行测量,比较土壤含水率和温度随时间与深度的变化情况,研究了新疆典型干旱区细土平原区与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同土层深度土壤在冻结期、融化期的水热变化特征。【结果】土壤冻结融化过程中,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本一致,但随着土层深度增加,土壤温度和含水率的变化趋势均在逐渐减弱;深层土壤的液态含水率在冻结融化过程中基本不随环境温度升降发生变化,浅层5、20 cm土层的温度和含水率之间具有耦合效应。【结论】季节性冻土的水分和温度之间具有耦合效应。     

应用Le Bissonnais法研究三峡库区消落带土壤水稳性团聚体稳定性

土壤团聚体的稳定性常被作为土壤侵蚀的敏感指标。【目的】揭示三峡库区消落带土壤团聚体受破坏的主要机制,为提高土壤抗侵蚀能力、改善三峡库区消落带的生态环境提供理论依据。【方法】选取三峡库区童庄河消落带不同海拔梯度的土壤,以从未淹没的样地作为对照,采用Le Bissommais的快速湿润法(fast wetting,FW)和慢速湿润法(slow wetting,SW)模拟研究了消落带水位消涨对土壤团聚体稳定性和土壤抗侵蚀能力的影响。【结果】2种处理下的土壤水稳性团聚体平均质量直径(MWD)均是中等淹没区域(155~165 m)最大,淹没持续时间较长区域(145~155 m)最小,从未淹没的对照样地(175 m以上)和淹没时间较短区域(165~175 m)之间处于中间状态,而K值却是淹没持续时间较长区域(145~155 m)最大,中等淹没区域(155~165 m)最小。FW处理后,不同颗粒级的团聚体较为分散,处理后土壤水稳性团聚体粒径以1 mm为主;SW处理后土壤水稳性团聚体粒径主要以2 mm为主。【结论】综上所述,消落带淹没持续时间较长区域受淹水扰动相对最强烈,土壤水稳性结构最差,土壤可蚀性最强。三峡库区消落带水位快速升降可能对土壤团聚体的结构破坏较大,其破坏的主要机制是土壤孔隙中的气泡爆破产生的消散作用。     

石漠化治理区不同植被类型浅层土壤水分对降雨的响应

【目的】揭示石漠化治理区不同植被类型浅层土壤水分入渗过程的差异性,分析降雨对土壤水分的补给特征,因地制宜地开展灌溉工作。【方法】以花椒地、金银花地、火龙果地、荒地为研究对象,监测了地区降雨量和植被0~10、10~25 cm土层土壤含水率,并计算了土壤储水量、滞后时间、补给速率、补给效率等指标。【结果】①4种植被浅层土壤含水率变化趋势与降雨一致,6、8、9月为二者的峰值期;浅层土壤含水率为火龙果地最高,而后依次为荒地、金银花地、花椒地;火龙果地土壤含水率变异系数最小,荒地最大。②植被土壤含水率对小雨量降雨事件的响应较小,仅火龙果地增长11.97%;随降雨量级增大,土壤含水率增长率为火龙果地(7.89%~17.94%),其次为金银花地(0~45.09%)、荒地(0~59.86%)、花椒地(0~126.95%);火龙果地浅层土壤含水率增长率在大雨事件中最小,其他3种样地均为小雨量时增长率小,大雨量时增长率大。③不同植被浅层土壤水分对降雨响应时间有显著差异,大雨量条件下响应快于小、中雨量,0~10 cm土层优于10~25 cm土层;平均滞后时间为荒地0.3 h、火龙果地0.5 h、花椒地0.9 h、金银花地3.0 h;补给效率为火龙果地(64.87%)>荒地(38.16%)>花椒地(31.94%)>金银花地(29.23%)。【结论】丰水期,对火龙果地适当减少人为灌溉,增加地表覆盖以减轻水土流失;对金银花地、花椒地可采取相应保墒措施提高土壤对降雨的利用效率且在雨量较小时增加灌溉,提高入渗量。