黄土丘陵沟壑区小流域不同水体氢氧同位素特征

研究黄土丘陵沟壑区不同水体间同位素特征及水体转化关系,可以更好了解黄土丘陵沟壑区水循环特征,为评价区域环境、气候、生态建设和水资源形成机制提供依据.通过野外采集2017年整年生态建设治理条件良好的韭园沟研究区降水、河水及浅层地下水中δD和δ18O日及月平均数据及相关气象资料,运用稳定同位素技术,分析了不同水体中稳定氢氧同位素的组成关系、影响因子及时空变化,结合二端元混合模型揭示了研究区不同水体中稳定同位素间转化特征.结果显示:河水氘盈余参数在观测期间内呈现出随海拔升高而增大的趋势,河水δ18O值随着距河源距离的增大而富集,随着高度的递增而降低;气温、风速、相对湿度和降水量对大气降水氢氧同位素值均影响显著;河水在非汛期表现为降水和浅层地下水补给河水,比例分别为46%和54%,在汛期为河水和降水补给浅层地下水,比例分别为60%和40%.表明研究区"降水-河水-浅层地下水"间具有良好转化关系,生态建设措施的实施对小流域不同水体转化产生了一定影响.通过以上结果可为流域水资源开发保护及流域生态水文过程研究提供帮助,为建立黄土丘陵沟壑区流域水循环模型提供依据.     

浑善达克沙地南缘黄柳林地不同水体氢氧同位素特征

本文选取浑善达克沙地南缘正蓝旗的黄柳林地为研究对象,通过2020年5月至10月野外采集降水、土壤、地下水、植物茎干分析各水体的稳定氢氧同位素特征,比较各水体之间同位素关系。研究发现：(1)土壤水线和植物茎干水线的斜率均小于当地大气降水线,各水体同位素富集程度为地下水<降水<土壤水<植物茎干水,降水的稳定性最差,变异性较大;(2)由于蒸发和降水入渗,浅层土壤δ¹⁸O值和土壤含水量变化显著,而中深层水分受影响较小。降水中的δ¹⁸O值相对于浅层土壤水偏正,并且土壤水的δ¹⁸O值从浅层到深层逐渐呈偏负趋势,雨后各层土壤水波动的峰值出现有一定的时间推迟。(3)黄柳在生长季节主要利用浅层土壤水,各月对其利用率分别为96.20%、90.60%、84.90%、95.50%、86.70%和86.50%,随降水的减少也利用了中深层水;论文通过对黄柳林地内各水体的同位素变化特征的研究,摸清了土壤-植物-大气连续体中不同水体的同位素组成及其相互关系,对于揭示区域水循环的过程和机制至关重要,为浑善达克沙地防护林生态系统的生态水文...     

元阳梯田水源区土壤水氢氧同位素特征

稳定同位素技术为土壤水的运移研究提供了一种全新的研究手段.通过对元阳梯田水源区降水及其4种典型植被类型(乔木林、灌木林、荒草地和无林地)下0~100 cm剖面土壤水进行采样和氢氧稳定同位素的分析测定,研究了该区不同深度层次上土壤水的稳定同位素特征.结果表明,元阳梯田水源区的大气降水线方程为δD=6.838 4δ18O-5.692 1(R2=0.878 7,n=20),其斜率和截距均小于全球大气降水线.4种典型植被类型下的土壤水氢氧稳定同位素值均落于当地大气降水线下侧,且其表层土壤剖面上的同位素值波动变化幅度较大.随着土层深度的增加,δ18O值的波动变化越来越小,尤其以80~100 cm土层体现的最为明显.乔木林和荒草地两种林分类型整体上深层土壤水中的δ18O值要偏高于表层土壤,而灌木林和无林地则恰恰相反.     

厚层包气带土壤水氢氧同位素特征及其补给来源判别

采用环境同位素示踪技术研究了临潼斜口镇土壤水来源与运移机理。在研究区内选取四个土壤剖面分层采集不同土地利用类型的土壤水,测定其稳定同位素δD、δ¹⁸O的值,分析了包气带土壤水稳定同位素沿剖面的变化规律。结果表明：厚层包气带中土壤水在入渗的同时经历了明显的混合作用,在垂向上从上至下可以划分为三个层段;剖面内δD的补给水值处于-75‰~-60‰范围内,介于大气降水和地下水之间,反映了厚层包气带下部土壤水主要来源于地下水的补给,上部主要来源于大气降水与灌溉水的混合补给。     

白洋淀不同水体氢氧同位素特征及其指示意义

为深入认识白洋淀湿地水文循环过程,于2020年开展大气降雨、河水、湖水和地下水样品采集和测试,揭示了不同水体氢氧稳定同位素特征及其对蒸发、水动力条件、地表水和地下水交互作用的指示意义.结果表明,白洋淀不同水体氢氧同位素特征差异较大,δD和δ18O均值存在如下关系:6月湖水＞10月湖水＞上层地下水＞河水＞中层地下水＞下层...     

湘江流域岳麓山周边地区不同水体中氢氧稳定同位素特征及相互关系

不同水体中稳定同位素的差异性组成对认识区域水文过程,如水体的补给机制、不同水体间的相互作用具有重要意义。论文基于2010—2013年湘江流域岳麓山周边地区降水、地表水、浅层土壤水和地下水中δD和δ¹⁸O的逐日数据及相关气象资料,分析了不同水体中稳定同位素的组成,揭示了不同水稳定同位素间的相互作用关系。结果表明：地表水、浅层土壤水和地下水中δD和δ¹⁸O对日降水中δD和δ¹⁸O的响应存在时滞,地表水和浅层土壤水的滞后时间较短,地下水的滞后时间较长;在天气尺度下,降水中δD和δ¹⁸O存在很好的线性关系,二者的相关系数达0.98;地表水、浅层土壤水和地下水中δD和δ¹⁸O的线性相关系数分别为0.95、0.90和0.90,均超过0.001的信度;在δD-δ¹⁸O关系中,地表水水线（SWL）、浅层土壤水水线（SSWL）和地下水水线（GWL）的斜率及截距都小于长沙大气水线（LMWL）,表明降水是区域地表水、浅层土壤水和地下水的主要补给水源,且在补给过程中,存在一定程度的蒸发,同时与其他水体存在混合交换作用;在季节尺度下,同一水体的水线斜率与截距具有正比关系,即斜率越大,截距越大;但LMWL斜率和截距的关系存在季节和年际的差异;对比同一类水线旱雨季的斜率,仅有LMWL的斜率旱季小于雨季,反映出旱季干燥的大气条件下,降落雨滴云下二次蒸发强烈的特点。     

闪电河流域“三水”氢氧同位素特征及水体转换分析

通过采集闪电河流域2020年2月至2022年2月的降水与2021年的丰(8月)和枯(10月)水期的地表水和地下水,运用稳定同位素技术,对流域“三水”的氢氧稳定同位素进行时空变化分析,探讨水体同位素与环境因子的关系,结合HYSPLIT模型追踪大气水汽来源,利用端元混合模型揭示水体转换关系.结果发现,当地降水线的斜率和截距均小于当地大气降水线,水汽主要来自西风水汽、极地气团和东亚季风环流,降水同位素有显著的温度效应;时间上,地表水与地下水同位素在季节变化上均表现出枯水期较丰水期更富集,地表水与地下水d-excess值均低于全球平均值,显现出当地强烈的蒸发作用;空间上,地表水δ¹⁸O值丰枯季节在空间上具有相同的变化特征,呈现上游至下游逐渐富集,地下水δ¹⁸O高值区空间分布不均,地下水δ¹⁸O值随埋深的增加更加贫化;地下水水线斜率最高在丰水期为7.87,与当地大气降水线和地表水水线斜率十分接近,表明丰水期“三水”存在复杂的水力联系.研究区在丰水期地表水主要接受降水的补给,其次是接受地下水的径流补给.研究结果有助于明确闪电河流域同...     

厦门地区大气降水氢氧同位素组成特征及水汽来源探讨

采集厦门地区6个站位春、夏和冬季的大气降水样品,并用稳定同位素质谱仪分析降水样品中的氢氧同位素值(δD和δ18O).结果表明:厦门地区大气降水中δD和δ18O值春季最高(-7.86‰±8.07‰和-2.18‰±0.80‰),夏季最低(-61.17‰±4.85‰和-8.42‰±0.62‰).本文同时利用HYSPLIT模型对不同季节厦门地区水汽来源及输送路径进行追踪,发现厦门地区夏季降水主要受到来自南海及西太平洋气团的影响,期间降水量大,δD和δ18O值较低.厦门地区大气降水线方程为δD=8.35δ18O+12.52(R2=0.906),与全球降水线方程(δD=8.17δ18O+10.56)相比,截距及斜率略有偏高.厦门地区氘剩余值(d值)波动范围较大(-5.13‰~32.25‰),说明厦门地区降水的水汽来源较为多样,降雨条件较为复杂.厦门地区降水中d值表现为冬季高,春季次之,夏季低的季节性变化特征.年尺度下,厦门地区氢氧同位素与降水量在呈显著的负相关关系(r分别为-0.477和-0.369,p0.01).     

长江流域降水中氢氧同位素特征及水汽来源

利用全球降水同位素观测网(GNIP)所提供的数据,研究了位于长江流域的南京、武汉、成都、昆明4个站点大气降水δ~(18)O及其相关要素的时空分布特征。对长江流域4站点大气降水中的δ~(18)O与气温、降水量、在不同时间尺度下的相关关系进行了分析与研究,提出长江流域的大气降水线方程并与全球及我国大气降水线相比较。结果表明,4站点δ~(18)O与δD年平均值波动较小,而多年月平均值波动较大,其中昆明波动最大。季节尺度下,长江流域大气降水中δ~(18)O在干季具有显著的温度效应,在湿季具有降水量效应;年尺度下,长江流域具有降水量效应。与全球大气降水线相比,长江流域大气降水线的斜率与截距都要偏小,尤其是截距偏低很多。利用HYSPLIT模型对南京与昆明站点1991年夏季水汽路径进行聚类分析,其分析结果与大气降水线及氘盈余分析结果一致,即站点存在不同水汽来源。     

上海地区大气水汽氢氧同位素特征及其环境意义

大气水汽作为降水的前体物质,对降水同位素有直接的影响,且水汽同位素研究相对于降水有其独特的优势,因此研究大气水汽的同位素组成对分析本地水汽来源及本地蒸发贡献具有重要的意义.本研究使用低温冷阱法,采集了上海地区2019年冬、春、夏三季的大气水汽,并对水汽氢氧同位素进行测试,分析了D、18O和17O的分布特征,并探讨了环境因素与同位素值的关系.结果表明:上海地区大气水汽氢氧同位素值的季节变化小于降水氢氧同位素;水汽同位素值在冬、春季节与绝对湿度的相关性较好,而在夏季不明显;水汽同位素中δ18O和δD拟合曲线斜率与截距,依次为冬季<春季<夏季,水汽氘盈余(d)值明显高于降水d值,且与相对湿度负相关,相关性冬高夏低;δ18O和δ17O基本符合质量分馏效应,但在冬季略有异常;δD实测值与平衡分馏理论值的差异不大,δ18O的实测值小于理论值,d值实测值明显大于理论值且二者差值与相对湿度有一定的负相关关系.上海地区冬季水汽来源以本地蒸发为主,而夏季受东南及西南季风影响,水汽主要来自海洋输送.     

黄土丘陵区枣农复合系统土壤水分利用与竞争

探明黄土丘陵区农林复合系统植物土壤水分利用策略对评价其配置合理性与可持续性具有重要意义。论文以黄土丘陵区枣农（枣树+农作物）复合系统为对象,测定不同生育期植物木质部水和土壤水氧稳定同位素比率（δ¹⁸O）,利用IsoSource模型分析了复合系统中枣树与间作农作物（黄花菜和饲料油菜）土壤水分利用策略,判断两种复合系统作物间是否发生水分竞争。结果表明：枣树各时期对表层（0~20 cm）土壤水利用较少,在旱季主要使用中层（20~60 cm）和深层（60~200 cm）土壤水,雨季有显著降雨后主要利用中层土壤水。黄花菜、饲料油菜在旱季对低雨量有效降雨反应灵敏,但其仍主要利用中层土壤水,雨季显著降雨后两者对表层土壤水利用比例显著增加。总之枣树与黄花菜和饲料油菜土壤水分利用策略存在明显区别,但在较为干旱的5月和7月对中层和深层土壤水存在明显竞争。因此可在枣树株间修建深度为40 cm肥水坑,增加中层和深层土壤含水量,促进枣树根系向下生长,缓解水分竞争对枣树生长和产量造成的不利影响。     

黑岱沟露天矿区排土场2种典型植物的水分来源及利用策略

论文利用稳定性同位素示踪技术,分析排土场2种典型植物水分来源的差异及水分利用策略.结果表明,黑岱沟矿区大气降水的氢,氧同位素含量均落在中国大气降水的变化范围之内,不同月份大气降水的δD(δ¹⁸Ο)值表现出明显的降水量和季节效应.旱季小叶杨主要利用10 cm土层以下的水分,对100~150 cm土层水分利用率最高,达25.6%;沙棘对各层次土壤水分的利用比例接近,差异不明显,对表层土壤水分的利用最高,达26.5%;为了避免种间竞争,小叶杨很少利用表层(0~10 cm)土壤水分.雨季小叶杨主要利用表层和浅层土壤水分,利用比例高达70.9%,沙棘主要利用30~60 cm土层的水分,达73.5%,其次是10~30 cm土层,达17.4%.两种不同生活型植物通过不同策略合理利用旱季有限的水分,而在雨季水分供给充分时,均优先利用浅层水源,使其组成的生态系统更好地适应矿区排土场脆弱的生态环境.     

基于同位素证据的夏季风水汽影响区域分界

以影响我国大陆干湿状况的孟加拉湾和南海两股水汽的疑似交界影响区域之一的云南省、广西壮族自治区为研究区,借助稳定性同位素质谱仪MAT253测定2014年16个点、239个有效样本的雨季大气降水的氢氧稳定同位素组成,完成了基于GIS平台的δD、δ18O空间格局分析,实现了中国夏季风西南水汽和东南水汽的交互区域界定。主要研究结果有三点:(1)2014年雨季及6月中下旬一次降水过程δD和δ18O空间变化格局基本一致,因为夏季风大气降水δD和δ18O均沿水汽输送路径不断衰减;(2)大气降水氢氧稳定同位素空间分布主要受降雨量效应和大陆效应的影响,哀牢山高大地形阻隔及云南高原正地形水汽截留作用可能是其数值发生突变的主要原因;(3)2014年夏季的西南水汽在越过哀牢山后与东南水汽在红河、个旧、蒙自附近交互影响使δD和δ18O发生显著变化,6月中下旬一次降水过程中的氢氧同位素数值在红河、个旧附近达到最低,两者互为验证红河、个旧应该是西南水汽和东南水汽影响区域分界。     

藏南干旱区湖泊及地热水体氢氧同位素研究

青藏高原水循环过程情况复杂,水体氢氧同位素包含了其重要信息.选取西藏南部干旱区淡水湖、咸水湖及地热水水体为研究对象,分析研究区内不同水体氢氧同位素组成、变化特征、影响因素及水循环过程.结果表明,3种水体均表现出了高海拔地区氢氧同位素组成偏负的特点,淡水湖打加芒错δ18O平均值为-17.0‰,δD平均值为-138.6‰,咸水湖朗错δ18O平均值为-6.4‰,δD平均值为-87.4‰,搭格架地热区热水δ18O平均值为-19.2‰,δD平均值为-158.2‰;受内陆干旱区强烈的蒸发作用影响,湖泊及地热水蒸发线斜率均小于8,氘过量d值均为负值;搭格架地热区热储温度较高,氢氧同位素关系存在氧漂移现象.     

石家庄市区土壤水分运移的稳定同位素特征分析

根据2013年4月到2014年5月测得的石家庄市区降水和2013年石家庄市雨季土壤水、灌溉水的稳定氢氧同位素,通过稳定同位素示踪的方法从时间和空间的角度分析了不同土壤层位中的稳定同位素的变化规律,进而得出土壤的水分迁移过程.结果表明,过量氘均值为-6.188 5‰,反映了石家庄2013~2014年的年降水主要来自季风带来的海洋水汽,同时有一定的局地蒸发.石家庄土壤水的来源主要是降水,灌溉水在雨季前期有辅助作用,且雨季的降水量足以对土壤进行适当补给.10~100 cm土壤水的δ18O值随深度增大而减小,雨季最大蒸发深度在40 cm左右,取样期间基本上形成了一个土壤水δ18O峰值沿剖面徘徊中不断向下推进的情况,反映了降水的入渗、蒸发和新旧水的混合的相互作用.     

高放废物处置库北山预选区及其邻区深部地下水氢、氧同位素特征

为了解高放废物处置库北山预选区深部地下水是否会通过断裂流入河西走廊地区,危害当地的生态环境和人民安全,本文以北山预选区及其邻区为研究对象,利用同位素地球化学方法,建立了研究区当地大气降水线方程和同位素高程效应方程,通过对比两个系统地下水δD、δ~(18)O值和氘盈余特征的差异,确定北山地区与走廊地区的深部地下水具有不同的起源,即北山预选区深部地下水起源于地质历史时期受到过强烈蒸发的大气降水,祁连山北麓-河西走廊地区地下水呈现出典型的现代大气降水补给特征,没有表现出明显的蒸发特征,氢、氧稳定同位素特征表明北山预选区深部地下水并未进入走廊地区,为高放废物处置库的选址工作提供一定的理论依据。