滇东南喀斯特小生境土壤水来源与运移的稳定同位素分析

选择滇东南普者黑峰林湖盆区内菜花箐上坡位石沟、中坡位土面和下坡位土坡3个喀斯特小生境,通过对降水、表层岩溶水、土壤水及优势树种木质部水进行氢氧稳定同位素测定,探讨喀斯特小生境土壤水运移机制及影响因素.结果显示:(1)土壤水分主要来源于大气降水和表层岩溶水,石沟土壤容重小,孔隙度大,水分状况良好,雨季表层土壤水δ~(18)O变异程度大,旱季时表层和深层土壤水δ~(18)O变异程度较小,土壤水活塞流和优先流并存,以优先流补给为主;(2)土面上层土壤非毛管孔隙度大,降水快速下渗,雨季各层土壤水δ~(18)O变异程度高,旱季较低,深层出现最低值.运移模式多为活塞流,植被优势种清香木旱季利用浅层土壤水较多,雨季利用表层岩溶水较多;(3)土坡蒸发作用弱,深层土壤水δ~(18)O变化范围缩小,雨季表层变异大于深层,旱季时深层变异程度大.基质流混合作用强,以活塞流运移为主,上层存在优先流.随着植被恢复,清香木和云南松相比于灌丛更趋向于利用表层岩溶水等稳定的水源.     

元阳梯田水源区印度木荷水分来源分析

【目的】分析元阳梯田水源区优势乔木印度木荷的水分来源,为元阳梯田水源区水分利用及可持续发展提供科学依据。【方法】测定元阳梯田水源区降水、地下水、印度木荷茎干水及土壤水的δD值,采用氢氧同位素技术结合IsoSource模型对印度木荷的水分来源进行定量分析。【结果】得到不同潜在水源及印度木荷茎干水的同位素特征,印度木荷林下土壤水的δD值在-172.73‰～-37.37‰,δ~(18)O在-23.27‰～-5.43‰;地下水的δD值在-71.35‰～-53.46‰,δ~(18)O在-10.67‰～-7.09‰;降水的δD值在-68.68‰～-53.46‰,δ~(18)O在-9.74‰～-7.09‰;印度木荷茎干水的δD值在-89.55‰～-50.15‰,δ~(18)O值在-12.78‰～-5.29‰。【结论】在5月、11月前期降雨较少的情况下,地下水对印度木荷的平均贡献率高达60.7%,土壤水的贡献较小,说明在少雨的季节,印度木荷主要利用的是地下水,对土壤水的利用较少;7-8月降雨充足时,地下水与深层土壤水对印度木荷的贡献占主导地位,总的平均贡献率地下水为41.9%,40～100 cm土壤水为19.12%。说明印度木荷对地下水有较强的依赖性,即使是在雨季有较强降水补给的情况下,在利用深层土壤水的同时,地下水仍是主要水分来源,为印度木荷提供较为稳定的长期水分供应。     

基于18O稳定同位素对银川平原北部4种灌木夏季水分利用特征研究

为了分析银川平原北部4种灌木对不同水源的利用特征,测定了20年生多枝柽柳(Tama-rix ramosissima)、3年生多枝柽柳、3年生宁夏枸杞(Lycium barbarum)和3年生四翅滨藜(Atri-plex canescens)木质部水及不同潜在水源稳定氧同位素组成(δ18 O),应用同位素线性混合模型估算了不同灌木对不同水源的利用率。结果表明:不同深度土壤水δ18 O值存在较大差异,并呈规律性变化。表层(0～5cm)土壤水δ18 O值较井水δ18 O值偏正,说明其受蒸发影响较大。120～140cm土层δ18 O值最正,说明该土层同位素分馏作用最大。140～200cm土壤水受蒸发影响最小,土壤水δ18 O与井水最为接近。3年生多枝柽柳、3年生宁夏枸杞、3年生四翅滨藜的木质部水δ18 O值分别为-8.62‰、-8.64‰和-9.23‰,均比20年生多枝柽柳木质部水δ18 O(-9.40‰)偏正。用Iso-Source软件计算的结果显示20年生多枝柽柳和3年生四翅滨藜对地下水和表层土壤水(0～5cm)的利用程度较高,分别利用11.6%和9.3%的地下水,18.2%和14.6%的表层水。3年生多枝柽柳和3年生宁夏枸杞对40～120cm土层水分利用程度较高,分别为93.8%和92.3%。     

北京山区栓皮栎林水分来源及生长季动态规律

栓皮栎是北京山区分布范围较广的典型阔叶树种,揭示其在生长季内不同土壤水分条件下的水分利用策略具有重要意义。本研究通过测定分析生长季内栓皮栎枝条水、土壤水和地下水的D和18O值,并利用多元混合模型(Iso-source软件)计算栓皮栎对土壤水或地下水的利用比例,再结合叶片水势、气孔导度(Gs)、光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)等生理生态因子同步观测,了解北京山区优势乔木树种栓皮栎在生长季内的水分来源及生理生态适应。结果表明:栓皮栎对不同深度土壤水分利用比例具有季节变化特征,46月,栓皮栎主要利用表层0~30 cm土壤水、深层80~100 cm土壤水和地下水,且对3者的水分利用较为均衡;进入78月,栓皮栎的水分来源从表层土壤水逐步转向深层土壤水和地下水,对表层的土壤水利用较少;雨季过后进入降雨较少的910月,栓皮栎的水分来源又从深层土壤水和地下水逐步转向表层土壤水。生长季内土壤水分的季节波动明显影响栓皮栎的叶片气体交换过程,林地水土条件较好时,栓皮栎较高的气孔导度使其水分利用效率较低;当林地水分条件变差,栓皮栎能通过降低气孔导度减少水分损失来获得较高的碳同化速率,维持较高的水分利用效率来适应干旱生境,表现出较强的适应能力。      

雷州半岛粗皮桉蒸腾耗水特征及其与土壤水吸力的关系

【目的】正确认识桉树旱雨季蒸腾耗水规律及其与土壤水分的关系,为桉树栽培抚育提供指导。【方法】在广东雷州半岛地区选择11a生桉树林设置20m×20m样地,根据每木检尺结果按径阶选择生长状况良好的粗皮桉样木3株,于2017年6-10月(雨季)和2017年11月至2018年1月(旱季),采用热扩散茎流计(德国,SF-G)对样木的蒸腾速率进行连续监测,并同步观测林分气象因子、林内降雨及土壤水吸力动态,分析0～100cm土层土壤水吸力与降雨量及粗皮桉蒸腾耗水与日潜在蒸散量和土壤水吸力的关系。【结果】各土层(0～100cm土层每20cm为一个土层)土壤水吸力与降雨量均呈极显著负相关,受降雨影响,雨季平均土壤水吸力(21.28kPa)显著小于旱季(510.44kPa);不同土层水吸力在观测期内变化趋势相同,但变化幅度差异较大。粗皮桉蒸腾速率存在明显的季节变化特征,雨季是桉树蒸腾耗水的主要时期,日平均蒸腾速率是旱季的1.8倍,各月平均单株蒸腾耗水量9月8月7月6月10月11月12月1月,雨季显著大于旱季;无论是旱季还是雨季,日潜在蒸散量均与蒸腾速率呈极显著正相关。雨季蒸腾速率与各层土壤水吸力无显著相关性,但旱季与土壤水吸力呈极显著线性负相关,土壤水分在旱季成为粗皮桉蒸腾耗水的主要限制因子;旱季不同土层土壤水吸力与蒸腾速率相关性差异较大,相关系数大小为40～60cm20～40cm60～80cm80～100cm0～20cm。20～80cm土层是11a生粗皮桉的主要水分利用层。【结论】在雷州半岛地区,旱季土壤水分是限制粗皮桉蒸腾的主要因子,与潜在蒸散共同决定粗皮桉蒸腾;在无法改变光热的条件下,旱季适当补充水分,可有效提高桉树林分蒸腾,进而提高林分生产力。     

黔西北石漠化桑园土壤水稳定同位素的时空变化特征

为揭示石漠化桑园土壤水分动力学机制及进一步研究桑树水分利用策略提供依据,采用稳定同位素技术研究黔西北石漠化桑园(贵州省毕节市七星关区清水铺镇大地村)0~50 cm剖面土壤水氢氧稳定同位素的时空变化特征。结果表明:黔西北石漠化桑园土壤水中氢氧同位素具有良好的线性关系:δD=8.39δ~(18)O+13.76,R~2=0.98。土壤水中氢氧稳定同位素组成具有明显的季节变化特征,表现为春季(δD和δ~(18)O平均值分别为-33.9‰±18.5‰和-5.8‰±2.0‰)夏季(分别为-41.4‰±8.8‰和-6.4‰±1.2‰)秋季(分别为-87.0‰±6.8‰和-11.9‰±1.2‰)。在空间上样地间的土壤水δD和δ18O差异均不显著;土壤水氢氧同位素随土壤深度呈梯度分布,其中4月份土壤水δD和δ~(18)O随剖面深度增加而递减,7月份递增,10月份呈降-升-降变化趋势。     

玛纳斯河流域土壤水稳定同位素特征及运移机制

干旱区土壤水分垂直方向运移与分配,特别是膜下滴灌绿洲地区土壤水分垂直方向分布现状与运移机制尚不清楚。为探究干旱区农田生态系统水分层贡献问题,阐明农田土壤中水分运移过程,于2019年沿新疆玛纳斯河流域农田土壤进行分层采样,依次为0~5、5~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm。测定了稳定同位素δD和δ¹⁸O值,对同位素δD和δ¹⁸O值进行数据分析。结果表明： δD和δ¹⁸O最大值位于0~5 cm土层,分别为-25.64‰和-0.19‰; δD和δ¹⁸O最小值位于20~40 cm土层,分别为-108.32‰和-8.19‰。0~5 cm土层δD和δ¹⁸O值较高,表明上层比下层更易受水分蒸发作用影响,存在强蒸发效应。随土层深度增加,δD和δ¹⁸O值呈减小趋势,其中80~100 cm土层变化趋势缓慢。氘盈余值表现为山地>平原>荒漠>山前。研究表明,受长期膜下滴灌影响,加之蒸发作用强烈,玛纳斯河流域土壤水分迁移过程发生改变。     

人工油松林地土壤水分亏缺和补给动态变化规律

为探究降雨对人工林土壤水分的影响,对黄土丘陵区人工林草植被进行土壤水分监测,结果表明:该区自然条件下降雨的最大入渗深度为140 cm;雨季降雨过后,油松林和撂荒地分别在0~30、0~40 cm土层植物水分亏缺得到完全补偿,深层土层植物水分亏缺仅依靠降雨不能得到完全恢复;试验地人工林和撂荒地土壤剖面水分整体呈难效水状态,土壤水分对植被生长有一定的抑制作用。降雨能提高最大入渗深度以内土层的土壤水分有效性。     

人工油松林地土壤水分亏缺和补给动态变化规律

为探究降雨对人工林土壤水分的影响,对黄土丘陵区人工林草植被进行土壤水分监测,结果表明:该区自然条件下降雨的最大入渗深度为140 cm;雨季降雨过后,油松林和撂荒地分别在0³0、030、0⁴0 cm土层植物水分亏缺得到完全补偿,深层土层植物水分亏缺仅依靠降雨不能得到完全恢复;试验地人工林和撂荒地土壤剖面水分整体呈难效水状态,土壤水分对植被生长有一定的抑制作用。降雨能提高最大入渗深度以内土层的土壤水分有效性。     

降雨对不同密度栓皮栎林土壤温湿度及水分运移的影响

以黄河小浪底库区3种密度栓皮栎林为研究对象,运用稳定同位素技术,结合大气、土壤温湿度及土壤水分氘同位素(δD)值,探讨不同季节降雨对土壤剖面温度、水分动态及运移的影响。结果表明,降雨前后高密度林分土壤温度均最高,且下层土壤具保温效果。土壤湿度随密度增大而增加,且低密度林分下层湿度大,而中高密度林分表层湿度大。雨前土壤水分δD值与枯落物δD值变化趋势相同,均随密度增大而减小。低密度林分,降雨在枯落物及土壤表层滞留时间较短,均可较快入渗到深层土壤,随后涵养在上层水分以活塞流形式下渗。且前期降水较多时,混合水可侧向流动补给壤中流。中高密度林分,在前期土壤湿度较大的雨季和旱季初期,降雨也可较快入渗到深层,除高密度林分在前期降雨较多的雨季下渗到中层。而前期降雨较少时,降雨在中高密度林分的枯落物及表层土壤滞留时间较长。表明土壤湿度低时,中密度林分土壤可较好的蓄积水分,而高密度林分在湿度低或高时均能较好的调控土壤水分。此外,在前期降水充足和高强度降雨后,降雨在低中密度林分均可通过优先流形式快速入渗,补给深层土壤。泉水和地下水δD值没有明显改变,可为干旱季节植被生长提供重要水源。     

降雨对不同密度栓皮栎林土壤温湿度及水分运移的影响1）

以黄河小浪底库区3种密度栓皮栎林为研究对象,运用稳定同位素技术,结合大气、土壤温湿度及土壤水分氘同位素（δD）值,探讨不同季节降雨对土壤剖面温度、水分动态及运移的影响。结果表明,降雨前后高密度林分土壤温度均最高,且下层土壤具保温效果。土壤湿度随密度增大而增加,且低密度林分下层湿度大,而中高密度林分表层湿度大。雨前土壤水分δD值与枯落物δD值变化趋势相同,均随密度增大而减小。低密度林分,降雨在枯落物及土壤表层滞留时间较短,均可较快入渗到深层土壤,随后涵养在上层水分以活塞流形式下渗。且前期降水较多时,混合水可侧向流动补给壤中流。中高密度林分,在前期土壤湿度较大的雨季和旱季初期,降雨也可较快入渗到深层,除高密度林分在前期降雨较多的雨季下渗到中层。而前期降雨较少时,降雨在中高密度林分的枯落物及表层土壤滞留时间较长。表明土壤湿度低时,中密度林分土壤可较好的蓄积水分,而高密度林分在湿度低或高时均能较好的调控土壤水分。此外,在前期降水充足和高强度降雨后,降雨在低中密度林分均可通过优先流形式快速入渗,补给深层土壤。泉水和地下水δD值没有明显改变,可为干旱季节植被生长提供重要水源。     

金沙江干热河谷不同土地利用方式的土壤水分特征

[目的]研究金沙江干热河谷地区不同土地利用方式下的土壤含水量的变化特征,为干热区脆弱生态环境的生态恢复、物种选择提供依据。[方法]以金沙江干热河谷典型区云南省元谋县的6种土地利用类型为例,采用TRIME-PICO-IPHTDR每月定期测定土壤水分,每个样地设3个重复,定期分别测定0～20、20～40、40～60、60～80、80～100cm处的土壤含水量。[结果]罗望子纯林土壤含水量相对稳定,且含水量较高;银合欢间伐林土壤含水量高于银合欢与其他物种组合的人工林;在草本植物较多的人工林内,土壤含水量均较低。土壤0～20cm含水量变异系数最大,40～60和60～80cm处变异系数旱季比雨季略大。不同林分组合对土壤水分影响明显,Ⅱ和Ⅵ为代表的用地类型土壤含水量较高,Ⅳ和Ⅴ中的20～60cm土壤含水量均下降,Ⅰ和Ⅲ中的80～100cm深度范围内土壤含水量均有小幅下降。[结论]土壤含水量随土壤深度的增加而增加,雨季含水量明显高于旱季,雨季土壤含水量变化速率高于旱季,植被郁闭度、草本层盖度是影响土壤含水量的主要因素。     

科尔沁沙地低缓沙丘主要植被根系层土壤水分特性分析

土壤与植物是SPAC系统的两个主要要素，本文通过对科尔沁沙地低缓固定沙丘主要植被榆树、小叶锦鸡儿根系发育区域内的土壤水分的取样调查，分析了植被周边土壤水分与植物地上生长形态以及地下根系分布间的关系，并分析了沙地土壤水分的空间分布格局及其主要影响因素。     

干湿两季等高绿篱红壤浅沟坡面土壤水分空间变化

以红壤丘岗区等高绿篱浅沟坡面为研究对象,比较干湿两季有无绿篱浅沟坡面土壤水分的空间分布,并对试验小区的径流量以及土壤侵蚀量进行对比.结果表明:在旱季,小区土壤含水率变化随着土层加深均呈现增长的趋势;在雨季,无绿篱小区土壤含水率随着土层加深呈现增长的趋势,而绿篱小区土壤含水率表现为30 cm土层＞45 cm土层＞15 cm土层;绿篱小区的土壤水分变异系数随着土层加深呈降低趋势,相同土层干湿两季绿篱小区土壤水分变异系数均大于无绿篱小区土壤水分变异系数.在干湿两季,坡中位置绿篱小区土壤含水率始终大于无绿篱小区土壤含水率,坡上和坡下位置上绿篱小区土壤含水率小于无绿篱小区土壤含水率,种植等高绿篱的坡面保水保土效果明显,使植物在干湿两季能充分利用浅沟坡面水分,对缓解季节性干旱、保持水土起到显著作用.     

小叶锦鸡儿根系生长对土壤水分和氮肥添加的响应

采用微管法结合内生生长袋方法,研究了科尔沁沙地成龄小叶锦鸡儿灌木根系生长动态、根系分布及细根生产对旱季补水和氮肥添加的响应。结果表明:旱季补水,氮肥添加和“水＋氮”处理均增加了微管表面的根长密度和细根生产,但只有氮肥添加和“水＋氮”对根长密度和细根生产（0～20 cm）有显著影响。在旱季,旱季补水、氮肥添加及“水＋氮”均没有显著增加根长密度;在雨季,氮肥添加显著增加了根长密度,同时促进了根系在土壤深层的分布。说明在低氮土壤中,当土壤水分适宜时,提高土壤氮肥有效性有助于沙地灌木的根系生长,提高灌木人工林的稳定性。      

秸秆覆盖对苹果树盘水分再分配的影响

本实验用TRIME-TDR土壤水分测定系统在肥城市潮泉镇苹果园进行水分定位动态观测,分析秸秆覆盖和无秸秆覆盖下苹果树盘不同层次水分动态变化。研究结果表明:秸秆覆盖对树盘土壤含水量的影响主要表现在少雨季节(4~5月)和土壤浅层(0~40?);在多雨期(6~10月)和土壤深层(40~80?)对含水量影响不显著。秸秆覆盖能有效提高树盘表层土壤的含水量,使土壤水分在各土壤层之间的分配比无秸秆覆盖更均匀。     

北京山区侧柏林生长旺季蒸散组分δ18O日变化及其定量区分

侧柏是北京山区分布范围较广的典型针叶树种,研究侧柏林生长旺季蒸散过程及蒸散组分变化特征对了解该区陆地生态系统水汽交换、植被耗水需求具有重要意义。本研究利用稳定同位素技术于生长旺季(2016年8月)对侧柏林大气水汽δ18O进行原位连续观测,同时选取4个典型晴天采集枝条和土壤样品并测定样品水中的δ18O。结果表明:日尺度上,利用Craig-Gordon模型计算的土壤蒸发水汽氧同位素组成(δ_E)在4个测定日中均先增大后减小,δ_E>介于-5.968%~-2.689%,最大峰值出现在12:00—14:00,而近地面大气相对湿度(h)先减小后增大,二者关系为δ_E=-0.03h2+4.85h-209.5(R2=0.55,n=32),表明h＞75%时,环境相对湿度越大,同位素分馏效应越明显;基于稳态假设估算的植物蒸腾水汽氧同位素组成(δ_T)和Keeling曲线拟合的侧柏林蒸散水汽氧同位素组成(δ_ET)分别介于-1.210%~-0.951%、-1.599%~-1.004%,日变化趋势复杂,日间变化差异大,但同一观测日内δ_T和δ_ET变化趋势基本一致,表明植物蒸腾非稳态可能对δ_T的估算产生偏离,δ_ET变化主要受δ_T影响;4个测定日中蒸腾量占总蒸散量的比例(F_T)介于90.14%~92.63%,说明研究区侧柏林生态系统生长旺季蒸散发绝大部分来自植物蒸腾。研究结果确定了基于日尺度的生长旺季植被蒸腾对蒸散的贡献率,为研究陆地生态系统水汽交换机制提供了有益参考,为区域森林生态建设和管理提供了科学依据。      

辽东山地森林景观界面土壤水分变异特征研究

为了评价不同森林植被类型水源涵养能力的差异性,采用定位研究的方法,通过布点测试了林下0~30cm土壤水分含量的变化,重点对辽东山地雨季胡桃楸天然次生林与落叶松人工纯林2种森林景观界面土壤水分演化动态进行了研究。结果表明:胡桃楸天然次生林和落叶松纯林2种森林植被类型之间土壤水分含量存在差异性,蓄水能力差异显著。主要表现为:由坡上至坡下依次分布胡桃楸天然次生林与落叶松人工纯林,可划分胡桃楸林、景观界面区、落叶松林3个功能区;景观界面区各土层深度的土壤含水率均明显高于胡桃秋林及落叶松林功能区。沿等高线方向土壤水分变化呈现出先平稳后波动趋势。垂直方向上土壤含水率均呈现随土层深度(0~30cm)增加而降低趋势,可依次分为速变层、渐变层和稳定层3个层次。采用移动窗口法界定雨季期间(8—10月)不同土层深度胡桃楸天然次生林、落叶松人工林景观界面土壤水分影响域范围,得出0~10cm土层土壤水分影响域范围25m,界面类型为渐变型界面;10~20cm土层土壤水分影响域范围20m,界面类型为渐变型界面;20~30cm土层土壤水分影响域范围10m;其中8、10月均为渐变型界面,9月为突变型界面。