吐鲁番盆地水环境同位素分析与应用

在吐鲁番盆地范围内进行水环境取样,运用同位素技术及分析方法,对吐鲁番盆地各类水体进行研究,分析了研究区水环境同位素特征,并讨论各类水体间的相互关系。盆地地表水的δ18O值在-13.62~-9.00‰之间,平均值为-10.31‰;δD值在-79.73~-60.09‰之间,平均值为-65.98‰。地下水的δ18O值在-12.28~-7.02‰之间,平均值为-10.30‰;δD值在-86.54~-48.98‰之间,平均值为-68.27‰。结果表明二者之间具有较强的水力联系。高昌区、鄯善县地表水、地下水起源自北部山区内水系,托克逊县地表水、地下水起源即来自北部山区内水系,又来自西部山区内水系。盆地内泉水起源即有潜水也有承压水,坎儿井水起源较为复杂,即有潜水也有人为灌溉入渗补给。     

沙柳稳定碳同位素值的特点及其水分利用效率

通过对沙柳5个种源苗木叶片不同月份稳定碳同位素组成(1δ3C)的测定,研究不同种源沙柳δ13C值的特点,试图找出影响δ13C值季节变化的关键环境因子。结果表明:沙柳碳同位素值在-26.753‰~-29.915‰之间变化,其中,乌审旗和榆林种源1δ3C值较高,表明在该试验条件下具有较高的水分利用效率;叶片与枝条相比,δ13C值在6月和8月差异明显,达到0.930‰~2.469‰;而枝条的碳同位素值差异较小,为0.032‰~0.838‰;沙柳δ13C值在不同月份间有显著性差异,6月δ13C值明显高于8月;在将各环境因子分离开的情况下,主要研究了大气相对湿度对植物的1δ3C值季节变化的影响,结果显示,δ13C值随大气相对湿度的降低而偏重。     

西藏雨季主要水体氢、氧同位素特征

通过对2014年雨季西藏境内63处水体中δD和δ~(18)O值的测定,分析其中氢、氧稳定同位素组成特征。结果表明:水体δD和δ~(18)O的取值范围分别为-152.06‰~-19.05‰和-16.96‰~4.66‰,δD较δ~(18)O的标准差大,平均值分别为-101.38‰和-9.67‰;3种水体的δD和δ~(18)O值关系为湖泊δD相对河流δD富集,河流δD相对沼泽δD富集,湖泊δ~(18)O相对河流δ~(18)O和沼泽δ~(18)O富集,河流δ~(18)O和沼泽δ~(18)O无差异;蒸发趋势方程分别为δD湖泊=6.14δ~(18)O-45.48(n=22,R2=0.855),δD河流=7.83δ~(18)O-26.22(n=32,R2=0.858),δD沼泽=5.93δ~(18)O-52(n=9,R2=0.723),河流相比湖泊和沼泽水体的δD与δ~(18)O更易受大气降水的影响;氘过量参数特征为湖泊-79‰~-17‰,河流-40‰~-5‰,湿地沼泽-34‰~-7‰,表现出蒸发强烈的水体特征;沼泽水体δ~(18)O与纬度的一元线性回归方程为y=1.67x-63.23。     

中亚哈萨克斯坦西部过去～30000年以来有机碳同位素变化及其意义

选取位于中亚干旱区哈萨克斯坦中西部的VA剖面作为研究对象,在AMS14C测年基础上,分析了该剖面记录的过去～30000年以来的有机碳同位素组成变化。结果表明:该剖面记录的过去～30000年以来有机质碳同位素值(δ13Corg)变化于-26.19‰--22.12‰之间,均值为-23.77‰,植被主要为C3植物,C4植物仅仅在末次冰盛期出现且其相对丰度极低。因此VA剖面土壤有机碳同位素组成变化主要反映的是C3植物对气候环境因子的响应,进一步对影响该地区植物碳同位素因素的分析发现,降水是控制该地区C3植物碳同位素变化的主要因素,即:降水增多导致C3植物碳同位素值偏负,可以用来指示研究区古降水变化趋势,CO2浓度以及温度仅仅在末次冰盛期对C3和C4植物相对丰度有一定的影响。     

塔里木河下游柽柳沙包稳定同位素碳与灌丛的相关性

选取新疆塔里木河下游英苏、阿布达勒、喀尔达依3个观测断面,以塔里木河荒漠河岸林的主要建群种——柽柳及其沙包为研究对象,探讨柽柳沙包年层δ~(13)C的变化特征,以及不同年层δ~(13)C值条件下柽柳灌丛与沙堆形态变化之间的关系。结果表明:(1)随着柽柳沙包年层增加,年层凋落物中δ~(13)C含量呈逐渐下降趋势。样品δ~(13)C平均值为-24.42‰,最大值为-22.09‰,最小值为-25.24‰。(2)随着柽柳沙包年层增加,δ~(13)C逐年递减,而柽柳灌丛长轴、短轴、高度、空间占有率和柽柳沙包的高度、长度、宽度及空间占有率均呈增大趋势。(3)柽柳灌丛和沙包的形态参数存在明显相关性,其中柽柳沙包年层与柽柳沙包和灌丛的空间占有率存在显著相关性,表明柽柳沙包对柽柳灌丛生长的促进作用以及灌丛δ~(13)C与沙堆间的互馈效应。     

喀什噶尔河流域平原区深层承压水咸化机理研究

为了解新疆喀什噶尔河流域平原区深层承压水咸化情况，于2016年6—11月采集13组深层承压水样品进行水化学（K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO^-₂3、CO^2-₂3、SO^2-₂4、Cl^-和TDS）及氢氧稳定同位素测试，运用数理统计、相关性分析、Piper三线图、矿物饱和指数法揭示研究区深层承压水咸化主要机理。结果表明：研究区深层承压水趋于咸化，淡水、微咸水、咸水的比例分别为46.1%、23.1%、30.8%；研究区深层承压水补给来源主要为大气降水，氢稳定同位素（δD）变化范围为-92.7‰~-58.2‰，平均值为-76.9‰，氧稳定同位素（δ¹⁸O）变化范围为-12.8‰~-7.8‰，平均值为-10.6‰；地下水氘盈余值（d）变化范围为-1.50‰~18.70‰，平均值为7.68‰。地下水的咸化受水岩相互作用影响，其中地下水阳离子交换作用明显，溶滤作用是地下水咸化的主要影响因素。     

石羊河下游青土湖大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

青土湖属于季风边缘区内陆河尾闾封闭湖泊,以其生态脆弱性和气候敏感性是古气候、古环境等全球变化环境研究的理想区域。降水是干旱区生态系统水循环的重要输入因子,研究降水氢氧同位素特征及水汽来源对全球气候变化背景下青土湖水资源管理具有重要的理论和实践意义。基于氢氧稳定同位素技术,通过分析青土湖5月～10月6个月21个大气降水氢氧同位素组成及与环境因子的关系,结合HYSPLIT模型模拟大气降水气团传输途径和过程,判定该地区水汽来源。结果表明:5月-10月大气降水氢氧稳定同位素关系的线性方程LMWL为δD=6. 67δ~(18)O-1. 01(n=21,R2=0. 95);大气降水的δ~(18)O变化范围为-16. 97‰～3.23‰,平均值为-5. 36‰。δD的变化范围为-118. 36‰～15. 63‰,平均值为-36. 82‰。过量氘(d-excess)介于-23. 64～21. 93‰,均值为6. 03‰,低于全球平均值(10‰)。降水δ~(18)O与降雨量显著相关,但温度效应不显著。受西风水汽、局地人工季节性湖面蒸发和亚洲季风的影响,青土湖大气降水水汽来源的季节性明显,夏季主要来源于西风环流、东南季风及局地蒸发,秋季来源于西伯利亚和蒙古的极地大陆气团。连续多年生态补水形成的人工季节性湖面蒸发成为夏季降水水汽来源之一,对改善湖区生态环境具有重要的意义。     

石羊河下游青土湖白刺灌丛水分来源及其对生态输水的响应

通过测定人工湖面不同距离白刺灌丛生长季降水、土壤水、地下水、植物水的稳定氢氧同位素变化特征,结合IsoSource模型,定量分析了白刺灌丛生长季的水分利用策略。结果表明:随样地与人工湖面距离的增加,0-200m水平范围白刺灌丛各土层平均土壤水分逐渐减小,其中0m样地最高为10.02%,200m样地最小为5.24%,对250m-600m样地各土层平均土壤水分的影响不大。受蒸发及降水季节变化的影响,白刺灌丛0-70cm土壤水及其δ~(18)O变化剧烈。土壤水的δ~(18)O介于-8.78‰～16.39‰,平均值为0.14‰。地下水的δ~(18)O介于-4.19‰～-3.55‰,平均值为-3.89‰。降水的δ~(18)O介于-17.31‰～3.37‰,平均值为-6.36‰。湖水的δ~(18)O介于-1.84‰～11.66‰,平均值为3.02‰。木质部水的δ~(18)O介于-5.98‰～2.74‰,平均值为-3.59‰,各样地不同土层土壤水分δ~(18)O差异显著(P<0.05)。随样地与人工湖面距离的增加,白刺灌丛逐渐利用更深层次的土壤水及地下水。     

黑河下游荒漠河岸林不同林龄胡杨对脉冲式降雨的响应

分析干旱区不同林龄胡杨对脉冲式降雨的响应,对制定气候变化下胡杨保育恢复策略具有重要意义。通过对降雨前、后黑河下游不同林龄胡杨木质部水及其不同潜在水源稳定同位素组成(δD、δ18O)的测定,分析不同深度的土壤水、地下水和降水对胡杨水分利用的贡献比例,并结合胡杨样地土壤剖面含水量的变化,探讨降雨前、后不同林龄胡杨水分利用变化及对脉冲式降雨的响应。结果发现:1降雨前、后胡杨幼苗木质部的δ18O值变化较大,分别为-3.498‰和-7.928‰,而胡杨成熟木木质部的δ18O值变化不大,分别为-7.202‰和-7.225‰;2降雨前、后胡杨幼苗对不同水源水分利用变化较大,降雨前主要利用0~30 cm的土壤水,利用比例达88%~90%,平均值为89.9%,对地下水的利用仅为2.9%。降雨后对降水的利用最高达60%,平均值为19%;降雨前、后胡杨成熟木都主要利用地下水和深层土壤水。     

鄂尔多斯高原潜水同位素特征及其成因分析

西北干旱半干旱区地下水的补给来源和方式仍没有统一的认识。通过对比鄂尔多斯高原不同水体氢氧稳定同位素特征,发现鄂尔多斯高原潜水的δD、δ~(18)O平均值(-71.75‰,-9.64‰)相对于当地降水均值(-65.00‰,-8.79‰)偏负。通过综合分析区内气候特点、地下水补给方式、潜水位动态等方面因素,认为潜水δD、δ~(18)O偏负现象与干旱地区降水的雨量效应和季节性冻土冻融作用下降水入渗补给地下水过程有关。δD、δ~(18)O值偏负的大降水补给地下水的能力较强,可能使潜水δD、δ~(18)O值偏负;冻土冻融条件下δD、δ~(18)O值偏负的冬季降水有效入渗补给能力较强,是潜水δD、δ~(18)O值偏负的另一可能原因。研究表明,利用氢氧稳定同位素研究干旱半干旱区地下水的补给来源和方式,需要考虑不同降水条件及冻土冻融作用下地下水补给能力的差异及其对地下水同位素组成的影响。     

粤北丹霞盆地晚白垩世丹霞组锦石岩段钙质泥岩C-O同位素特征及其环境意义

丹霞山是"中国丹霞"世界自然遗产的典型代表,目前对成景地层-上白垩统丹霞组沉积环境的研究程度不高,尤其对丹霞组锦石岩段沉积环境还存在争议。文中利用沉积学和稳定同位素地球化学方法,对丹霞山丹霞组锦石岩段钙质泥岩进行研究,分析该套泥岩沉积时期的古环境和古气候。粤北丹霞盆地丹霞组锦石岩寺段钙质泥岩的δ~(13)C_(PDB)值在-3.34‰～-2.0‰之间,平均值为-2.49‰,δ~(18)O_(PDB)值在-8.9‰～-5.7‰之间,平均值为-7.28‰。盐度值Z平均为119,在中国典型湖相碳酸盐岩碳氧同位素分布图中,样品主要投点于四川盆地侏罗系大安寨段和青藏高原北部的湖相碳酸盐岩中,预示着其可能形成于咸水-半咸水的陆相湖泊体系中。其古水温为19～34℃,平均为26℃之间。在75Ma,丹霞盆地大气CO_2浓度为1009～1436ppmv,平均为1282ppmv。丹霞盆地晚白垩世锦石岩寺段时期,具有干燥的地表沉积环境,可能与晚白垩世中期Campanian期东亚中纬度地区的干旱古气候条件相关。     

太白山石生苔藓碳同位素分布特征及其环境指示意义

关于植物δ~(13)C值对海拔变化的响应特征及其机理的研究存在不同的认识,且很难找到一种出现在各个海拔高度的植物来减少种间出现的碳同位素分馏的差异。苔藓植物由于其结构相对简单,对环境变化的反应较为敏感,且随海拔梯度分布范围较广,因此,是一类良好的指示植物。通过对太白山南北坡不同海拔高度石生苔藓碳同位素组成(δ~(13)C)以及各环境因子和石生苔藓碳同位素随海拔关系的分析,结果显示:太白山南北坡石生苔藓δ~(13)C与海拔呈显著线性相关(南坡R2=0.45,P0.01;北坡R2=0.31,P0.01)。海拔每升高1 000 m,南北坡石生苔藓δ~(13)C值分别增加2.0‰和1.1‰。同时,大气CO_2浓度及其碳同位素组成、大气压、降水量、生物量等各因子对石生苔藓碳同位素组成记录的海拔效应影响较小,温度很可能是导致太白山石生苔藓δ~(13)C海拔效应的主要因素。     

水、盐胁迫下长穗柽柳和梭梭碳氮同位素组成的变化特征

了解干旱和盐胁迫下不同光合类型荒漠植物的响应特征,对预测气候变化下干旱区荒漠生态系统的植被组成和功能具有重要理论意义。碳氮稳定同位素组成能够指示植物对环境胁迫的响应和适应,可以作为许多植物生理整合过程的代用指标,以此分析不同水分和NaCl处理下新疆荒漠优势种C_3植物长穗柽柳(Tamarix elongata Ledeb)和C_4植物梭梭[Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.)Bunge]一年生幼苗碳氮同位素组成的变化特征。结果表明:(1)梭梭和长穗柽柳叶片稳定性碳同位素组成(δ~(13)C)与盐度呈正相关关系;干旱处理下长穗柽柳的δ~(13)C值随水分的降低显著增大,而梭梭的变化不显著。2种植物的稳定氮同位素组成(δ~(15)N)与盐度呈负相关关系;干旱胁迫下,两者δ~(15)N值均显著减小。(2)随着处理时间的延长,梭梭δ~(13)C值减小而长穗柽柳δ~(13)C值增大;梭梭15N含量增加而长穗柽柳15N含量减少。(3)梭梭和长穗柽柳的δ~(13)C值与其他生理指标显著相关,表明δ~(13)C值对植物受环境胁迫的程度有较好的指示作用。     

新疆自来水中氢氧稳定同位素时空变化

氢氧稳定同位素是描述水循环过程的天然示踪剂,自来水是重要的生活用水,研究自来水中氢氧稳定同位素的变化特征有助于示踪城乡居民用水来源,为合理规划水资源调配提供参考。基于新疆352个自来水样品,对氢氧稳定同位素以及氘盈余(d=δ²H-8δ¹⁸O)的时空分布进行分析。结果表明：（1）新疆自来水水线为δ²H=7.67δ¹⁸O+10.54（R²=0.92）,δ²H月均值的变化范围为-105.57‰～-37.82‰,δ¹⁸O的月均值在-14.48‰～-6.67‰之间,d的月均值在1.89‰～24.38‰之间波动。（2）北疆和南疆的氢氧稳定同位素及氘盈余都存在季节变化,并且南疆的季节差异比北疆大。（3）利用BW模型对新疆自来水中氢氧稳定同位素的空间分布进行模拟,发现南疆氢氧稳定同位素值普遍高于北疆的同位素值,并且山区同位素值低于盆地的同位素值。     

用洛川黄土中碳同位素重建140万年以来古气候

在洛川黄土剖面,通过密集采样,做出从第三纪红到整个第四纪黄土地层的碳同位素分析。1δ3C曲线可与大西洋深海钻孔DSDP607的氧同位素曲线及南极氘温度详细对比。S5上有一个特别突出的负高峰,1δ3C=-16.615‰,是气候最温湿的阶段。S0、S1、S4、S8、S9的δ13C峰值在-5.85—-10.00‰之间,是一般间冰期阶段。峰值在-8.72—-6.95‰的S2、S3、S6、S7等对应的是温干的间冰期。L1、L2、L5、L6、L8、L9的1δ3C在-3.7—-2.27‰之间,是一些极冷的冰期。因此,黄土1δ3C是一个灵敏的替代性古气候指标。     

准噶尔盆地早春短命植物碳同位素组成研究

通过对准噶尔盆地古尔班通古特沙漠南缘17科30属36种早春短命植物的稳定碳同位素分析,结果显示,准噶尔盆地早春短命植物的叶片稳定碳同位素值在-23.80‰～-29.71‰之间变化,平均值为-26.53‰.根据碳同位素比值可用来区分植物不同的光合途径类型,可判定本研究区内的早春短命植物均属于C3植物.准噶尔盆地早春一年生短命植物和多年生类短命植物均为草本,它们的稳定碳同位素(加权)平均值十分接近,分别为-26.55‰和-26.51‰.这或许是早春短命植物的两种生活型在长期进化过程中对准噶尔盆地这一特殊生境形成的趋同适应.     

叶尔羌河流域1990—2010年生态环境变化特征

利用叶尔羌河流域1990、2000年和2010年Landsat-TM影像数据和中巴资源卫星数据,结合GIS技术及生态环境状况指数计算方法,分析流域内1990-2010年流域生态环境变化特征.结果显示:1990-2010年,叶尔羌河流域生物丰度指数、植被覆盖指数和土地退化指数分别减少4.53％、4.00％和3.56％,水网密度指数整体增高了3.71％;1990、2000年和2010年,叶尔羌河流域生态环境状况指数分别为34.94、34.77和34.32,均属于较差级别,受自然和人为因素的双重影响流域生态环境趋于退化.     

诺敏河流域植被覆盖时空演变及其与径流的关系研究

基于GIMMS/NDVI数据对诺敏河流域1982-2006年间植被覆盖的时空演变特征进行了研究,并结合SCS模型模拟地表径流,在流域和像元尺度分析植被NDVI变化与径流的关系。研究表明:诺敏河流域植被NDVI值较高,但25a间整体呈下降趋势,NDVI减少的区域占总面积的82.5%,植被覆盖有所降低;NDVI空间差异明显,NDVI的高值区主要分布在中上游林区,而耕地分布较多的下游地区NDVI值相对较低。流域尺度上植被NDVI与径流不具有明显的相关性。但从像元尺度来看,植被NDVI和径流的正相关和负相关共存,流域不同空间位置的植被变化与径流的关系并不一致。     

青藏高原西部狮泉河流域各环境介质中砷含量空间分布特征及成因机制探究

青藏高原西部的狮泉河是当地的主要水源，流域内各环境介质中高砷含量直接影响当地农牧业的发展和居民的生命健康。因此迫切需要查明流域砷含量分布规律及控制因素。通过系统地采集地表水、地下水、底泥、土壤及岩石样品，基于GIS空间分析、离子比例系数、Gibss图、NMDS分析、δ²H与δ¹⁸O同位素等研究方法的综合分析。结果表明：地表水砷含量0.5-333μg/L之间；底泥在3.8-363μg/g之间；土壤在4.7-106μg/g之间；地下水在2.3-76.7μg/L之间；热泉在1160-8920μg/L之间；岩石在0.31-93.4μg/g之间；地表水和地下水化学类型以HCO₃-Ca型为主，主要受岩石矿物化学风化过程控制；热泉水化学类型为HCO₃·Cl-Na型，主要受深部地热影响；流域内的砷源主要来自于：1)含砷矿物的水-岩反应产物。2)汇入地表水的高砷热泉。     

2000-2013年海河流域植被覆盖的时空变化

基于2000-2013年SPOT VGT/NDVI数据,结合土地覆盖类型数据,采用Slope趋势分析法和Hurst指数对海河流域近14年植被覆盖的空间分布状况、时间变化特点、空间变化趋势和可持续性特征进行了分析。结果表明:1)空间分布上,流域内NDVI值总体较高,低值区只分布在环渤海湾地区及一些城市中心;2)时间变化上,近14年NDVI值在0.64-0.76之间波动,总体呈显著上升趋势;3)空间变化上,植被改善区域远大于退化区域,且以明显改善为主;4)可持续性上,植被变化正向持续性较强,且以持续改善为主,占流域面积的89.11%。结合不同土地覆盖类型来看,持续改善以林地、草地最为明显;持续严重退化的土地覆盖类型中,湿地和建设用地所占比重最高。