哈尼梯田水源区大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

基于哈尼梯田水源区 2014 年 6—8 月和 2015 年全年(共 15 个月)采集的 89 个事件降水同位素数据, 结合相关气象资料, 分析了降水中氢氧同位素组成的变化及其影响因子。利用后向轨迹模型(HYSPLIT)追踪了梯田水源区降水的水汽来源。结果表明: 研究区大气降水中稳定同位素组成具有明显季节差异, 湿季(5 月—10 月)δ D 和 δ¹⁸O 贫化, d 值低; 干季(11 月至次年 4 月)δ D 和 δ¹⁸O 值相对偏正, d 值偏高。区域降水线的斜率和截距均低于全球和中国大气降水线。降水同位素组成存在一定的降水量效应, 但不存在温度效应。干季大气降水的水汽主要来源于西风带输送的印度洋水汽以及局地蒸发, 湿季的水汽主要来源于西太平洋和印度洋。     

黄土塬区大气降水的氢氧稳定同位素特征及水汽来源

降水是水资源的主要输入,分析其氢氧稳定同位素特征可为水循环研究提供重要的背景信息。基于4a的降水样品采集,测定和分析了黄土塬区降水氢氧同位素(2H,17O和18O)的组成特征,进而分析了其水汽来源。降水同位素有明显的年内变化,2—6月富集而7—11月贫化;δD和δ18O存在雨量效应和温度效应,分别出现在6—9月和10—5月;但这些组成特征受气候变异影响存在年际差异。综合分析降水方程线、D盈余和17O盈余,发现黄土塬区6—9月降水来自海洋性气团,10—5月降水是局地水汽蒸发和大陆性气团起主导作用;雨季少数降水事件直接来源于海洋性气团,其他降水事件则是海洋性气团经再分配相对湿度达90%左右时才产生。全年至少30%的降水事件经历了严重的二次蒸发。     

陕北黄土区大气降水同位素特征及其水汽来源

为探究陕北黄土区大气降水氢氧稳定同位素特征及其水汽来源,以陕西省定边县为研究区,于2018—2020年共收集107次降水事件样品,分析了该区降水中δ¹⁸O和δ²H组成特征,并探讨了不同季节的水汽来源。结果表明: 定边氢氧稳定同位素存在明显的季节变化,湿季(6—9月)偏贫化,干季(4—5月、10—11月)偏富集;氘盈余呈现干季高湿季低的特点。当地大气降水线方程为δ²H=7.35δ¹⁸O+4.19 (R²=0.96, P<0.01),斜率和截距均小于全球大气降水线,表明该区域降水受到一定程度的蒸发分馏影响。全年降水同位素组成表现出温度效应,而湿季和干季差异较大,仅干季存在温度效应,湿季降水同位素组成可能受温度和降水量的共同影响。HYSPLIT气团轨迹模型表明,干季水汽主要来自大西洋和极地北冰洋地区,而湿季降水主要来自印度洋和太平洋,同时受到西风带的影响。     

黄河三角洲降水同位素变化特征及水汽来源

为揭示黄河三角洲盐碱地地区的降水来源、形成及影响机制,利用降水稳定同位素,特别是δ¹⁷O、¹⁷O-excess,以及气团轨迹模型HYSPLIT,研究黄河三角洲东营地区5—10月不同时间尺度及降水强度[(<5、5～10、10～25、25～50、>50 mm·d^-1)]的降水同位素变化特征及水汽来源。结果表明：5—10月降水同位素的变化范围较大,旱季降水的同位素变化范围小于雨季,且比雨季富集。降水强度<5 mm·d^-1的降水,δ′¹⁸O[δ′¹⁸O=ln(δ¹⁸O+1)]与δ′¹⁷O[δ′¹⁷O=ln(δ¹⁷O+1)]的降水线斜率最小,为0.5211,降水易受水汽源地蒸发作用的影响;10 mm·d^-1≤降水强度<25 mm·d^-1时,斜率最大,为0.5268。对于0～50 mm·d^-1...     

陕甘宁地区降水稳定同位素特征及水汽来源

依据全球大气降水稳定同位素观测网络(GNIP)和已有研究中陕甘宁地区的大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象数据,分析了陕甘宁地区大气降水氧稳定同位素的时空分布特征及其影响因子,并建立了大气降水线方程.结果表明:3省大气降水线的斜率、截距由小到大依次为:甘肃、陕西、宁夏,且均小于全球大气降水线方程的斜率、截距,表明3省的降水过程受蒸发作用影响程度沿宁夏、陕西、甘肃增强;陕甘宁地区大气降水中δ18O值在时间变化上,表现为夏秋季节富集、冬春季节贫化,从空间分布来看,由西北至东南,加权平均δ18O值呈减小趋势;3省降水中δ18O温度效应显著,但不存在降水量效应,这体现了中高纬度大陆性气候的特征;高程效应的定量关系为-0.12‰·(100 m)^-1,纬度效应更显著(纬度每增加1°,降水中δ18O相应贫化0.27‰);采用HYSPLIT模型对各站点的水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,夏半年主要有来自孟加拉湾的水汽、东南季风水汽和西风带水汽,冬半年以西风带水汽为主.     

水汽来源和环境因子对湖南会同大气降水氢氧同位素组成的影响

氘(D)和¹⁸O是水中常见的环境示踪剂,研究大气降水氢氧稳定同位素组成是研究区域及全球水循环过程的必要前提。为了揭示降水同位素组成对环境因子的响应机制,本研究在中国科学院会同森林生态实验站收集了2017年5月—2019年8月149次不同量级大气降水样品及环境因子数据,分析该地区大气降水氢氧同位素的时间变化特征,探讨水汽来源和环境因素对降水氢氧稳定同位素组成的影响。结果表明: 湖南会同大气降水线方程为: δD=(7.45±0.17)δ¹⁸O+(10.10±1.25) (R²=0.93,P<0.01),斜率比中国及全球大气降水线斜率略低;大气降水中稳定同位素组成与局地环境因子密切相关,并对季风气候中的水汽来源响应敏感,表现为夏季风期间¹⁸O和D贫化,冬季风期间¹⁸O和D富集;夏季风期间,受到孟加拉湾、南海和西太平洋在夏季风和季风后3种不同气压下远距离海洋水汽的影响,过量氘均值接近全球平均值;冬季风期间,大气降水氢氧同位素值受到远距离西风气团、孟加拉湾退化热带海洋气团、季风前期内陆水汽和局地环境因子的共同作用,大气降水线斜率偏低,过量氘值偏大。     

基于卫星降水产品的华北北纬38°带降水氢氧同位素时空特征及水汽来源

降水氢氧同位素的变化程度对反演降水水汽来源和认识蒸发作用的强弱有重要作用;结合高时间分辨率的卫星降水产品能够提高反演水汽来源的准确性,更清晰地说明水汽团的运移路径.本研究以位于华北北纬38°带的中国科学院太行山站(山区)、栾城站(山前平原)和南皮站(滨海低平原)2015-2018年降水氢氧同位素为对象,分析该区域降水水...     

渭河流域秋雨异常氢氧稳定同位素特征及其水汽来源

秋雨极端变化对渭河流域生态环境影响巨大。本研究根据2015—2021年在渭河流域腹地杨凌区采集的117个秋季降水样本和同期相关气象资料,开展秋雨异常氢氧稳定同位素组成及其水汽来源的研究。结果表明：1)近年来研究区秋雨极端变化频繁,根据秋雨指数(ARI)可分为秋季极端多雨年(HAP,2021年)、普通降雨年(GAP,2015—2017, 2019—2020年)和极端少雨年(LAP,2018年);2)不同类型秋雨氢氧稳定同位素组成差异明显,其中,δ²H、δ¹⁸O值呈现出LAP年>GAP年>HAP年的变化趋势,而d-excess值和秋雨降水线斜率、截距值的变化趋势与之相反。进一步分析不同类型秋雨同位素的影响因素和水汽来源发现,出现秋雨异常的主要原因并非当地气象要素,而可能是厄尔尼诺-南方涛动事件和印度洋偶极子事件,其分别解释了99%和93%的秋雨同位素异常变化。这些海气耦合现象影响海洋性气团水汽向西北内陆的输送强度,进而决定了秋雨雨量和氢氧稳定同位素组成。本研究结果有助于提高对华西秋雨异常的认识,为区域水文模型的构建提供了基础资料和理论...     

稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响

稳定氢氧同位素可有效示踪区域降水水汽来源,旱季降水补给对大规模哈尼梯田的持续存在具有重大影响。以哈尼梯田世界遗产核心区的全福庄河流域为研究对象,在2015年11月—2016年4月间的旱季期间逐月采集处于不同海拔的7个样点的降水样品42个,分析其稳定氢氧同位素组成的变化及其影响因子,并利用后向轨迹模型(HYSPLIT)追踪其水汽来源。结果表明:1)该区局地大气降水线方程为δD=7.31δ¹⁸O+19.8 (R²=0.94,P<0.01,n=42),斜率较全球降水线小而截距偏大,说明研究区有多个水汽来源地。2)旱季降水δ¹⁸O和d-excess在前期快速富集,后期δ¹⁸O富集的速度减缓,d-excess则快速降低,体现出水汽来源具有时间差异,但两者在空间变化上不明显。3)旱季降水δ¹⁸O与降水量、温度和相对湿度的多元线性回归方程为:δ¹⁸O=-0.002P-0.86T-0.39H+38.22 (R²=0.96,P=0.05),表明其...     

植物水分来源稳定氢氧同位素偏移研究进展

稳定氢氧同位素技术能有效计算植物根系水分吸收量,确定植物水分来源贡献,评估植物水分利用策略,是生态水文学探究大气-植被-土壤系统水分传输过程机制的有效工具。然而土壤与木质部水稳定氢氧同位素比值(δ²H和δ¹⁸O)偏移造成植物水分来源贡献率计算偏差,引起氢氧同位素结果差异的原因尚不明晰。该文首先简要介绍氢氧稳定同位素比值偏移现象,其次沿水分在土壤-植物-大气连续体中的传输路径构建梳理框架,系统阐述了3个界面(植物-大气界面、土壤-大气界面和根系-土壤界面)与2个空间(植物体和土壤层)中引起δ²H与δ¹⁸O偏移的自然效应,同时概述了土壤与木质部样品提取与测定技术中引起δ²H与δ¹⁸O偏差的人为效应。最后,根据现有研究进展提出主要问题,从获取同位素时空数据,微尺度同位素偏移原因,提取与测定技术的优化三方面指出未来的发展方向。     

基于氢氧稳定同位素的黄河兰州段河岸植物水分来源

多枝柽柳和旱柳是北方地区河岸生态修复的良好树种,具有护河防洪、调节区域气候的作用和营造河岸地带植被景观的功能。本研究选取黄河兰州段沿岸2处样点,采集了多枝柽柳和旱柳木质部以及各潜在水源的样品,利用氧同位素直接对比法、贝叶斯混合模型MixSIAR和相似性比例指数(PS指数),分析了多枝柽柳和旱柳对各潜在水源的利用率以及两者之间的水分利用关系。结果表明:在整个生长季,浅层土壤水(0～30 cm)是多枝柽柳和旱柳的主要水分来源,利用率分别为28.3%和24.4%,多枝柽柳对河水的利用率最小(16.6%),旱柳对地下水的利用率最小(17.9%);在土壤含水量较低的月份,植物会增加对河水和地下水的利用比例,样点S₁和S₂的PS指数分别为91.0%和87.7%,两个样点均在5月的PS指数最大,不同月份的水分利用关系存在一定的差异;处于河漫滩这一特殊地理位置,多枝柽柳和旱柳对各潜在水源的利用比较平均,最大程度地获取各潜在水源的水分,是一种最优的吸水模式。本研究可为开展黄河兰州段河岸休闲旅游活动和黄河流域生态环境保护中植物水分管理提供一定的理论基础。     

稳定氢氧同位素定量植物水分来源的不确定性解析

稳定氢氧同位素技术被广泛运用于生态系统、特别是干旱区生态系统中植物水分来源的研究,其理论假设为"水分被植物根系吸收并向木质部运输过程中不发生氢氧同位素分馏"。生态系统中不同水源的氢氧同位素组成普遍存在显著差异,为从水源混合体中区分出各水源的贡献率提供了前提条件。但在实际应用过程中,诸多因素导致稳定氢氧同位素技术定量植物水分来源的结果具有不确定性。综合已有研究并加以分析,举证说明植物吸收水分相对于水源同位素变化的滞后性、水源同位素的季节性变化、蒸发作用和水源之间的混合作用对水源同位素的影响等导致植物水分来源定量结果不确定性的几个因素,以期为今后稳定氢氧同位素技术在植物水分来源领域的应用提供参考。     

Using stable hydrogen and oxygen isotopes to study water movement in soil-plant-atmosphere continuum at Poyang Lake wetland,China

Water movement in the soil-plant-atmosphere continuum (SPAC) has a significant effect on the biogeochemical process in wetlands. This study investigated the water movement in the SPAC in Poyang Lake wetland, which is a protected area with an important ecological function within the Yangtze River basin, under different water-level conditions by analyzing the responses of river, groundwater, soil and plants to precipitation using stable hydrogen and oxygen isotopes. The results show that the stable hydrogen and oxygen isotopic compositions (δ¹⁸O and δD) of soil water decrease with increasing depth due to the near surface evaporation. During the dry season the water-level in Poyang Lake is low, when it rains the influencing depth of precipitation and evaporation on soil water isotopic signatures was 20 cm below the ground surface. The rain water infiltrates into the soil, recharges groundwater and flows to the river. When the water-level in Poyang Lake is low, the Xiu River is recharged by the groundwater, which recharges the soil water by capillary rise. During the flood season, the water-level is high and the water in Poyang Lake reaches or covers the meadows, recharges the groundwater and soil water. In the meantime, the water in Poyang Lake can be recharged by rain water when it rains. During the dry season when it doesn’t rain, plants mainly use groundwater, but soil water is preferred and plants don’t use rainwater directly when it rains. When the lake water-level is extremely low, the plants in Poyang Lake wetland may suffer from water stress, which is harmful for plant growth.     

江苏省不同农业区土壤线虫群落分布特征

调查了江苏省不同农业区农田土壤线虫群落多样性,分析了土壤线虫数量和群落结构与土壤环境因子的关系,并探讨了土壤线虫对土壤健康的生物指示作用.结果表明： 农田土壤线虫共鉴定出2纲7目19科41属.6个农业区的土壤线虫的密度、群落组成均具有一定的差异性.沿海农业区的线虫数量最多(每100 g干土400条),显著高于徐淮、宁镇扬和沿江农业区(P＜0.05),而沿江农业区的土壤线虫数量最少(每100 g干土232条),这可能是由于土壤质地、年均降雨量和年均气温等因素的差异造成的.地理位置相近的农业区线虫优势属相似.相关性分析结果显示,土壤线虫数量与土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾和速效磷均呈显著正相关关系;RDA分析表明,土壤全氮含量、速效磷及pH对线虫群落种属组成影响较大.分析江苏省农田土壤线虫群落空间分布特征,可为农田土壤生态系统健康状况评价提供数据支撑.     

Global application of stable hydrogen and oxygen isotopes to wildlife forensics

Stable isotopes are being increasingly used in wildlife forensics as means of determining the origin and movement of animals. The heavy isotope content of precipitated water and snow (D_p, ¹⁸O_p) varies widely and systematically across the globe, providing a label that is incorporated through diet into animal tissue. As a result, these isotopes are potentially ideal tracers of geographic origin. The hydrogen and oxygen isotope tracer method has excellent potential where (1) spatial variation of precipitation isotopes exist, and (2) strong, mechanistic relationships link precipitation and isotope ratios in biological tissue. Here, we present a method for interpolation of precipitation isotope values and use it to create global basemaps of growing-season (GS) and mean annual (MA) D_p and ¹⁸O_p. The use of these maps for forensic application is demonstrated using previously published isotope data for bird feathers (D_f) in North America and Europe. The precipitation maps show that the greatest potential for applying hydrogen and oxygen isotope forensics exists in mid- to high-latitude continental regions, where strong spatial isotope gradients exist. We demonstrate that D_f/D_p relationships have significant predictive power both in North America and Europe, and show how zones of confidence for the assignment of origin can be described using these predictive relationships. Our analysis focuses on wildlife forensics, but the maps and approaches presented here will be equally applicable to criminal forensic studies involving biological materials. These maps are available in GIS format at .     

桂西北喀斯特小流域降雨稳定氢氧同位素组成及影响因素

气候变化背景下,降雨稳定氢氧同位素的变化对以快速的地表-地下水文过程为主要特征的喀斯特生态水文研究有重要意义。以桂西北典型喀斯特峰丛洼地小流域为研究对象,测定2013年至2018年日尺度及2019年至2020年8场大雨或特大暴雨的雨水稳定氢氧同位素组成,分析降雨稳定氢氧同位素变化特征及其影响因素。结果表明,研究区夏半年以海洋性水汽为主,冬半年以干燥的大陆性气团为主,导致夏半年降水δD、δ¹⁸O和氘盈余值显著(P<0.05)低于冬半年。降水的稳定氢氧同位素存在显著的反温度效应和雨量效应,即δ¹⁸O值与温度呈显著(P<0.001)负相关,与降雨量呈显著(P<0.001)正相关。次降雨过程中,持续时间较长(>9.5 h)的降雨存在显著的(P<0.05)雨量效应,特大暴雨则不存在雨量效应,与大气或地理因素有关。研究区水汽来源及降水强度存在明显的时间差异,因此在开展喀斯特小流域生态水文过程研究时,需要关注降水稳定氢氧同位素组成在不同时间尺度上的变化特征。     

新疆和田、哈密和阿勒泰市居民指甲中氢、氧稳定同位素的比较

在法庭科学研究领域,指甲作为一种新型生物信息载体,在物证信息挖掘方面具有重要的价值。人生命活动中摄入的氢、氧主要来源于饮用水、摄入的食物和空气等,其中的氢、氧稳定同位素比值信息会被指甲角蛋白记录并保存下来,这些信息可以用于推断人的生活地域变化情况,在个体身份的排查工作中具有重要的作用。本文借助元素分析-稳定同位素比质谱技术(EA-IRMS)对新疆和田、哈密和阿勒泰3个城市常住居民指甲中氢、氧稳定同位素比值进行了分析,并借助判别分析模型对指甲样本的氢、氧稳定同位素比值进行了模式识别。结果表明,3个不同城市常住居民指甲氢、氧稳定同位素比值存在一定的差异;和田指甲样本δ²H值与哈密、阿勒泰有明显差异;哈密指甲样本δ²H值与阿勒泰重叠范围宽,差异较小;3个城市δ¹⁸O值分布均有重叠,无明显的差异。在判别模型中,通过判别函数f(x,y)=0.992x+0.046y和判别函数f(x,y)=-0.198x+1.009y对3个市共计85份样本进行判别分析,总体分类准确率为95.29 %,9个验证样本均实现了准确的归类和判定。本文研究表明...     

人指甲中氢、氧稳定同位素在法医学领域的应用

氢、氧稳定同位素作为一类化学示踪物质,在地理科学、环境生态和法庭科学等领域均有应用。在法庭科学研究领域,指甲作为一种记录人在不同时段内摄入氢、氧稳定同位素情况的载体,在推断人的生活地域变化轨迹方面具有很大的潜力,具有广阔的应用前景。本文从氢、氧稳定同位素溯源的基本原理,人指甲中氢、氧稳定同位素前处理方法和检验方法,人指甲氢、氧稳定同位素溯源技术的法医学应用等方面展开综述,并对稳定同位素溯源技术的发展等方面做了简要展望。