黑河中游临泽地区沙丘植物水分来源的D、18O同位素示踪

基于2008年7月份降雨、地下水、土壤水和植物茎干水的D、18O同位素观测结果,分析了黑河中游临泽地区沙丘顶、底部不同深度土壤水分的来源,确定了红柳、花棒、梭梭等沙丘植物的吸水层位及其对降雨和地下水的依赖程度,发现:①土壤水δ(D)、δ(18O)剖面总体呈指数形式,局部受降雨事件入渗过程影响,土壤剖面的上界面受连续蒸发...     

黑河下游典型生态系统水分补给源及优势植物水分来源研究

通过对黑河源区降水、 黑河下游河岸林生态系统、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统土壤水和浅层地下水稳定氢氧同位素组成(δD、 δ¹⁸O)的测定, 对黑河下游典型生态系统土壤水和浅层地下水的补给源进行了研究. 同时通过对比分析河岸林生态系统胡杨和柽柳、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统红砂等优势植物根系水及其对应的土壤水及浅层地下水的δ¹⁸O, 对黑河下游典型荒漠植物水分来源进行了研究, 并对不同潜在水源对植物水分来源的贡献率进行了计算. 结果表明: 河岸林生态系统和人工梭梭林生态系统的土壤水和浅层地下水来自黑河源区的降水, 源区降水通过黑河河道输水补给河岸林进而形成土壤水和浅层地下水, 但人工梭梭林的土壤水蒸发作用强烈. 戈壁红砂生态系统由于远离黑河, 土壤水不受黑河源区中上游输水的补给. 就植物水分来源而言, 在河岸林生态系统中, 乔木胡杨主要利用40~60 cm的土壤水和地下水, 灌木柽柳主要利用40~80 cm的土壤水; 人工梭梭主要利用200 cm至饱和层土壤水和地下水; 戈壁红砂主要利用175~200 cm的土壤水. 因此, 在黑河下游极端干旱区, 土壤水和地下水是维持荒漠植物生存、 生长及发育的主要来源.     

黑河下游河岸林植物水分来源初步研究

通过分析黑河下游极端干旱区荒漠河岸林植物木质部水及其不同潜在水源稳定氧同位素组成(δ18O),应用"同位素质量守恒多元"分析方法初步研究了不同潜在水源对河岸林植物的贡献.结果表明:在黑河下游荒漠河岸林生态系统,在河水转化为地下水和土壤水及水分在土壤剖面再分配的过程中均存在强烈的同位素分馏.对植物水δ18O而言,胡杨、柽柳和苦豆子的δ18O分别为-6.43‰、-6.28‰~和-6.61‰,较苦苣菜(-5.14‰)和蒲公英(-5·52‰)明显偏负.柱状频率图显示胡杨最多能利用93%的地下水,柽柳最多利用90%的地下水.而苦豆子97%水分来源于80 cm土层范围内的土壤水.除0~20 cm土层内的土壤水外,苦苣菜和蒲公英可能还有其他潜在水源.即在黑河下游天然河岸林乔木和灌木较多地利用地下水,而草本植物仍然以地表水为主.     

猪毛菜在不同降水条件下的水分来源差异研究

通过测定大柴旦与都兰地区猪毛菜木质部水分及其不同潜在水源的稳定性氢氧同位素值,利用多源线性混合模型分析不同水分来源对猪毛菜的贡献率.研究结果表明:大柴旦地区大气降水线为y=7.565x+4.796(R²=0.908),都兰地区大气降水线为y=6.005x-7.856(R²=0.7391),说明两个地区都存在较强的蒸发作用.但是,都兰地区较大柴旦风速大,温度高,雨水蒸发速度快,造成雨水δ¹⁸O偏高,形成比大柴旦地区斜率更小的当地大气降水线.大柴旦和都兰地区的猪毛菜,在两个样地的用水策略上存在显著差异.在降水较少的大柴旦地区,猪毛菜以土壤水为主要水源.在降水较多的都兰地区,则以降水为主要水源.就其对土壤水的使用情况来看,大柴旦的猪毛菜多利用深层土壤水,而都兰地区的猪毛菜却对表层土壤水利用比例较大.两地猪毛菜在生长季的不同时期都存在对利用水源的转换现象.为适应不同地区降水量的变化,猪毛菜根据不同水源调节利用比例.降水格局的改变将导致猪毛菜的水分利用策略发生适应性的变化.     

干旱区植物水分来源的D、18O同位素示踪研究进展

在干旱、半干旱地区,水是生态系统的主要限制因子,对植物水源的研究有助于指导干旱、半干旱地区的生态建设.在水分被根系吸收和从根系向叶片输送的过程中,其δ(D)、δ(18O)值一般不会发生变化.因此,水中天然δ(D)、δ(18O)值的分析为确定植物的水分来源提供了一种有效的途径:只要各潜在水源的稳定同位素组成具有显著差异,就可通过植物体内水的δ(D)、δ(18O)值和各潜在水源δ(D)、δ(18O)值的对比,定量确定植物对这些水源的吸收情况.但是,由于各潜在水源的不确定性和蒸发富集等因素的影响,该技术还存在一些不足.另外,隐性降水是干旱环境下植物的重要水源,但目前尚未开展隐性降水对植物补给作用的定量评价.利用稳定同位素技术定量评价干旱区植物隐性水源将是今后重要的研究方向.     

矿区流域不同水体同位素时空特征及水循环指示意义

为了探究平朔矿区所在流域不同水体同位素的时空变化规律,揭示采煤活动下区域水循环规律,于2020年8月和12月对流域内地表水、地下水和矿井水进行采样,测试样品的D和¹⁸O同位素组成,并利用贝叶斯混合模型MixSIAR计算了矿井水不同来源的贡献率。结果表明：(1)地表水和矿井水δD和δ¹⁸O夏季较冬季高;地下水δD和δ¹⁸O季节差异不明显。地表水氢氧同位素值沿程呈增加趋势,但局部受到矿井水的补给,出现贫化;地下水氢氧同位素值沿径流方向呈逐渐增加趋势。(2)采煤区氢氧同位素值较非采煤区明显增加。受季节效应影响,在空间分布上8月浅层地下水氢氧同位素高值区域较12月明显增多。(3)δ¹⁸O与δD关系图表明,地表水在接受大气降水的补给之后受到了蒸发分馏作用的影响;浅层地下水的补给源较复杂,深层地下水由于采煤形成的导水裂隙带受到了浅层地下水和地表水的补给;矿井水受地表水、浅层地下水和深层地下水的补给。(4) MixSIAR模型揭示出深层地下水是矿井水的主要补给来源,占61.60%～67.20%,且补给比例冬季大于...     

河西走廊中部沙漠植物δ13C值的特点及其对水分利用效率的指示

通过分析河西走廊中部沙漠中几种木本植物叶片或同化枝的稳定碳同位素比率(δ13C)和碳同位素辨别力(Δ),以其作为水分利用效率(WUE)的指示,研究了本区沙漠植物叶片或同化枝δ13C值的季节变化特点,以及不同生境和不同水分状况下δ13C值的差异,并比较研究了绿洲防护林树种及绿洲作物.结果表明: 梭梭和沙拐枣同化枝的δ13C值分别为-14.31‰和-14.82‰,Δ值在5‰～6‰之间; 柠条、泡泡刺、花棒和红沙叶片的δ13C值分别为-25.75‰、 -25.79‰、 -26.38‰和-28.05‰,Δ值在16‰～20‰之间.几种沙漠植物长期水分利用效率大小的顺序为: 梭梭≈沙拐枣＞柠条≈泡泡刺≈花棒＞红沙.     

环境同位素在黑河流域水循环研究中的应用

为了解不同时空尺度上黑河流域水循环机制,总结了近年来黑河流域进行的氘氧稳定同位素以及氚、碳和氡放射性同位素研究(2H,18O,3H,14C,222Rn),得到各类水体(降水、河水、地下水)采样点的分布及分析结果。稳定同位素结果表明上游山区降水是全流域主要的水资源产生区,中游地表—地下水交互频繁,下游浅层地下水主要接受河水补给,深层地下水则相对封闭。放射性同位素也表明下游浅层地下水年龄小于深层,与稳定同位素结果相符。总体来说,环境同位素对黑河流域的水循环研究还处于定性研究阶段。今后研究方向应致力于丰富采样的时空尺度,同时采用多种同位素并结合其他地球化学指标以定量研究结果,并将结果应用于水文数学模型的构建和校正。     

稳定同位素对成矿物质来源的指示作用

稳定同位素在地学中的应用日益广泛,本文以氢氧和硫同位素为例就其中应用最广的地质流体示踪做一些简单总结。     

黑河流域水资源转化特征及其变化规律

黑河流域水资源主要以冰雪水资源、 地表水资源与地下水资源的形式存在.上游祁连山区分布有现代冰川428条, 发育大小河流共计29条, 多年平均出山径流量37.83×10⁸m³·a^-1; 中下游走廊平原由松散沉积的第四系盆地组成, 接受出山河水及引灌河水的入渗补给, 是地表水资源的重复表现形式, 地下水补给量为25.637×10⁸m³·a^-1.受构造-地貌条件的制约, 自南部山区至北部盆地, 地下水与河水之间经过5个不同地带有规律的、 大数量的、 重复的转化过程, 形成完整统一的"山区地下水-出山地表水-中游盆地地下水-中游盆地地表水(泉水)-下游盆地地下水"水资源循环转化系统.     

中国西北内陆河水问题及其应对策略——以黑河流域为例

中国被联合国列为13个贫水国之一,占国土面积1/3的内陆河地区先天性的水资源不足,再叠加不合理的利用,使得水问题成为西北内陆河流域经济发展和生态保护的关键性问题.以黑河为例论述了流域尺度的水、土、生态、环境及管理问题;提出缓解流域水资源矛盾必须在流域尺度提高水效益的适应对策;讨论了绿洲灌区水资源利用率提高的4个环节,即灌溉水向土壤水转化、土壤水的生物利用、生物水的生产率以及市场需求的产业配置;展示了水源涵养、节水型绿洲建设、生态水利用率提高的部分实例;分析了水资源的社会化管理的阶段、问题与途径,强调流域虚拟水配置战略,指出提高流域水-生态-经济综合效益仍有较大潜力.     

黑河中游盆地水资源转化规律研究

基于近二十多年黑河中游盆地的地表水和地下水观测资料,通过对盆地水资源转化规律的认识,利用水文系统分析法分析了该区域地表水、地下水相互转化规律,建立了盆地出口断面水资源量转化模型和盆地平均地下水水位变幅变化模型,经模型计算值与实测值比较吻合的较好,故可运用模型预测该盆地出口断面的水资源量和地下水水位的变化幅度。根据黑河出山径流不同频率的来水量,预测了现状条件下中游绿洲区平均地下水水位的变化幅度。得出了应该充分利用地表水和地下水的相互转化提高水资源的总体利用率,单方面考虑提高地表水利用率的做法有可能破坏地下水资源、降低水资源的总体利用率和造成生态与环境恶化的结论。     

黑河流域地下水与地表水转化研究进展

地处我国干旱内陆区的黑河流域,其地表水与地下水在不同的地貌单元发生着大数量的、有规律的、重复的转化过程,极大地提高了水资源的利用率.早在20世纪80年代,甘肃省地矿局等单位率先开展了有关黑河流域地表水与地下水转化过程研究的国家"七五"、"八五"科技攻关项目,取得了丰富的勘查研究成果,促进了这一地区有限水资源的合理开发利用.进入21世纪以来,随着勘查研究理论的丰富和环境同位素技术的广泛应用,黑河流域地表水与地下水资源及其循环转化引起了学术界的广泛关注,并相继完成并发表了一批具有较高水平和学术价值的科研成果,进一步提高了干旱区水资源的开发与保护.但仍存在着水资源转化关系和转化规律还缺乏流域系统研究、中下游盆地深层地下水的补给来源尚不能确定等方面的不足,不利于协调社会经济发展与生态环境保护之间的用水矛盾.     

珠江流域大气降水稳定性氢氧同位素特征

大气降水稳定同位素的特征对于明确流域水循环过程、水汽来源和气候变化等方面都有重要指示作用。选取珠江流域的广州、桂林、柳州和香港4个站点的IAEA大气降水氢氧同位素数据,对其时空分布特点及影响因素进行了研究。结果显示:该地区降水中氧同位素的变化呈现出旱季高、雨季低的特点。全年尺度下,4个站点主要受温度效应影响,只在旱季有着较为微弱的降水量效应;得到的珠江流域大气降水线方程:δD=8.084δ~(18)O+10.998,R=0.965,对比全球及中国大气降水线方程,都较为接近,证明该地区降水主要遵循瑞利分馏过程;d盈余值的变化呈现出雨季低、旱季高的特征,表明珠江流域水汽主要源于海洋,在旱季受到北方空气南下及局地水循环的影响。     

关于黑河流域洪水资源化问题的分析探讨

黑河是我国第二大内陆河,流域内水资源短缺、生态环境恶化、水事矛盾尖锐。对黑河干流莺落峡站最大30d、60d洪量对年径流量的比率和洪水水资源比率与日均流量倍比关系作了分析研究,并提出了洪水资源利用的思考,这对深入认识黑河流域洪水资源,加快洪水资源化进程是十分有益。     

黑河流域水资源系统演变和人类活动影响

黑河流域降水集中于山区,平原稀少。50多年来,除了20世纪70—80年代上游的中东部地区降水偏多外,其它区域为正常变化;蒸发量从山区向平原逐渐增大,除了中游蒸发量显示稳定变化外,山区和下游区表现为减少趋势;黑河多年出山径流量呈现稳定变化,但在中下游盆地间的正义峡水文站,径流量自20世纪80年代中期以来,出现了非常明显的减少过程:这是受到中游地区地下水开采量增加、补给量减少和水位下降的影响,主要是中游地区人口数量增多、大规模扩耕灌溉和水工建设作用的结果。计算表明,人类活动影响强度:20世纪50年代占18%,60—70年代占28%,80—90年代占54%;上游占1%,中游占87%,下游占12%。这说明黑河中游80—90年代是人类活动影响强度达到最大的地区。因此,提出了充分认识流域水资源系统演变规律性,约束人类活动的影响,均衡保护利用流域水资源的有关建议。