石家庄地区大气降水氢氧同位素特征分析

研究大气降水中氢氧同位素的特征能够揭示水循环规律。依据全球氢氧稳定同位素监测网(GNIP)提供的大气降水稳定同位素资料,选择石家庄地区1985―2003年的资料数据,结合气象资料和水汽来源,分析了石家庄地区大气降水氢氧同位素的特征及变化规律,并建立了局地大气降水线方程。结果表明:石家庄地区大气降水的~(18)O春季最为富集,冬季最为贫化,夏秋两季相近;局地大气降水线方程为δD=6.39δ~(18)O-3.75,斜率和截距明显小于全球和中国大气降水线方程,反映该地区偏干旱的气候特征;年尺度上,石家庄地区大气降水δ~(18)O和δD具有一定的温度效应,但降雨量效应极为微弱,只在春夏季较为显著,表明该地区降水同位素受温度的影响作用更大。     

降水-滴水的δ~(18)O/δD年季变化及与大气环流的关系——以重庆芙蓉洞地区为例

通过对2011年4月至2012年12月期间重庆市芙蓉洞外大气降水氢氧稳定同位素、降水量、温度和洞穴滴水、池水中δD,δ18 O的连续监测,分析了芙蓉洞地区降水中δD,δ18 O的变化特征及其与ENSO事件和季风指数的关系.当地大气降水线方程的截距和斜率均大于全球大气降水线,大气降水中δD和δ18 O值与大气温度成负相关关系,δ18 O与温度的相关系数为r=-0.693(n=20);与降水量的相关系数为r=-0.121(n=20);过量氘(d)也体现出夏季低冬季高的特点.不同季节的水汽源地差异是导致该地区大气降水中δD和δ18 O值出现季节差异的主要原因.芙蓉洞所在的中国南方季风区大气降水中氢氧稳定同位素组成与ENSO有密切联系.当厄尔尼诺发生时,西太平洋副热带高压势力强盛,西北太平洋季风指数高,导致中国南方地区大气降水中氢氧稳定同位素值偏重;拉尼娜发生时,东南信风强,印度洋季风指数高,降水稳定同位素偏轻.     

黑龙江地区不同降水类型中δ18O变化特征及与水汽输送的关系

根据全球降水中稳定同位素监测网络GNIP我国黑龙江地区监测站点(哈尔滨站和齐齐哈尔站)同位素及气象数据资料,结合美国气象中心NCEP\NCAR逐月再分析数据,讨论年际尺度和季节尺度下研究区降水中δ~(18)O、气温、降水量的变化规律,探讨两站点不同降水类型下δ~(18)O-δD相关性以及同位素效应,并利用水汽通量模型追踪季节上影响研究区的降水气团差异,分析水汽输送过程中两站点间的关系.结果表明:(1)黑龙江地区大气降水中δ~(18)O值总体较低,并表现出冬季低值和夏季高值的变化;(2)两站点不同降水类型δ~(18)O-δD相关性如下:齐齐哈尔站点(δD=7.58δ~(18)O-0.14,R=0.98,n=50),哈尔滨站点(δD=5.52δ~(18)O-19.42,R=0.83,n=30),降雪样品较降雨样品具有高的斜率和截距值(7.54,-3.15),这主要和水汽相变过程中的再蒸发有关.在年际尺度与年内尺度上,大气降水中δ~(18)O与温度均表现出明显的正相关(δ~(18)O=0.35T-16.26,R=0.53,n=80;δ~(18)O=0.17T-13.09,R=0.27,n=10;δ~(18)O=0.08P-19.34,R=0.42,n=12),与降水量相关性不显著;(3)结合黑龙江地区水汽通量分析发现,夏季降水受到来自太平洋的暖湿水汽影响,冬季风期间降水形式以降雪为主,受到蒙古-西伯利亚高压及西风带水汽和内陆水汽再蒸发的影响.     

张掖大气降水的δ~（18）O特征及水汽来源

利用全球同位素监测网（GNIP）张掖站的大气降水环境同位素数据,分析了张掖大气降水中δ18O的变化规律,通过分析其与气温和降水之间的关系,发现δ18O月加权平均值表现出很好的温度效应,且其与降水成正相关关系,这与张掖干旱半干旱气候有关。对张掖大气降水线的研究发现,当地大气降水线（LMWL）比全球降水线（GMWL）及中国降水线的斜率和截距都低。冬秋季降水线的斜率低于春夏季,原因是局地蒸发的水汽在春夏季占有较大的比重,并且受海洋性水汽影响较大。利用降水同位素资料结合后向轨迹法（Backwards Trajectory）对张掖水汽来源进行推断,结果表明,张掖全年以西风带大陆性水汽为主,春夏季还会受到海洋性水汽的影响,同时由于较高的温度,春夏季受局地蒸发性水汽的影响相当明显。     

西安大气降水稳定同位素变化规律及影响因素分析

利用全球大气降水同位素观测网(GPIN)西安站点大气降水稳定同位素资料、部分气象资料,对西安大气降水稳定氢氧同位素组成以及影响因素进行了分析。研究表明:西安大气降水同位素组成随季节变化而发生变化,春季为大气降水同位素富集时期,冬季为贫化时期。多年降水氘盈余(d值)与世界大部分地区降水d值(10‰)比较接近,d值有夏低冬高的特点。该区大气降水δ~(18)O与月均温之间并不存在正相关关系,没有温度效应;与降雨量之间存在负相关,表现出雨量效应,尤其是夏季,雨量效应尤为明显。不同季节的水汽来源是影响西安地区降水同位素变化的主要因素。     

博斯腾湖流域氢氧同位素特征研究

[目的]明确博斯腾湖流域不同水体氢氧同位素特征差异。[方法]测定2014年博斯腾湖流域不同水体的氢氧同位素值,并与前人各期数据进行时空上的对比。[结果]湖水δ~(18)O均值为-0.36‰,δD为-15.98‰,存在δD=2.99δ~(18)O-14.91的数量关系;河水δ~(18)O均值为-9.23‰,δD为-61.81‰,其关系:δD=6.10δ~(18)O-5.43;地下水δ~(18)O均值为-8.11‰,δD为-57.01‰,其关系:δD=4.61δ~(18)O-19.68。经与Craig(1961)全球大气降水线(GMWL)及根据全球降水同位素观测网GNIP数据与乌鲁木齐大气降水线方程(LMWL)对比,地下水、湖水与河水氢氧同位素组成均大致落在当地大气降水线和全球大气降水线附近,显示受降水补给为主。与2001、2008、2011年数据对比显示,各年间各水体(地下水、地表水)氢氧同位素数据存在一定差异,该差异或由各期采样点空间分布不同引起。[结论]研究结果为博斯腾湖流域的可持续发展提供了理论依据。     

塔里木盆地降水中稳定同位素变化特征浅析——以和田地区为例

通过分析1988～1992年间和田降水样品的D和18O,建立了该地区的大气降水方程,并与全国及全球降水线性方程进行对比,揭示该降水方程的特征。结果表明,和田降水来源复杂;大气降水的18O与月平均气温相关性显著,与雨量效应(降水量效应)显著相关,降水中温度效应明显,且在很大程度上掩盖了雨量效应。和田降水中δ18O的季节变化与温度的季节变化基本一致,温度是制约降水中稳定同位素变化的主要影响因子。     

基于氢氧同位素技术的滇东南峰林湖盆区不同群落降水分配过程

【目的】选择滇东南文山州普者黑峰林湖盆区为研究区,探讨岩溶地区植被恢复对降水分配过程的影响。【方法】通过对当地大气降水δ~(18)O以及不同群落穿透水δ~(18)O的分析,结合当地大气降水量与林内降水量,应用SPSS软件进行线性回归分析。【结果】(1)当地大气降水线方程为:δD=8.764δ~(18)O+21.558。月降水δ~(18)O和降水量相关性不大,雨量效应不明显。(2)小叶羊蹄甲灌丛穿透水δ~(18)O与降水δ~(18)O相关性大于清香木次生林,较大的群落盖度、强烈的蒸散作用使清香木次生林穿透水δ~(18)O与降水δ~(18)O产生差异。(3)所有群落林内降水量都与林外降水量有高度相关性,其中云南松人工林小叶羊蹄甲灌丛清香木次生林。(4)清香木次生林优势种清香木林冠截留率最大,树种组成单一、林龄较小的云南松人工林林冠截留率较小。【结论】森林群落的水文过程对于地区水文循环和调蓄有较大意义,随着群落的正向演替和植被恢复,群落水文调节功能不断增大,对降水δ~(18)O以及降水分配过程影响更大,植被水土保持、水源涵养的功能愈加显著。     

西安大气降水稳定同位素变化规律及影响因素分析

利用全球大气降水同位素观测网(GPIN)西安站点大气降水稳定同位素资料、部分气象资料,对西安大气降水稳定氢氧同位素组成以及影响因素进行了分析。研究表明:西安大气降水同位素组成随季节变化而发生变化,春季为大气降水同位素富集时期,冬季为贫化时期。多年降水氘盈余(d值)与世界大部分地区降水d值(10‰)比较接近,d值有夏低冬高的特点。该区大气降水δ⁽¹⁸⁾O与月均温之间并不存在正相关关系,没有温度效应;与降雨量之间存在负相关,表现出雨量效应,尤其是夏季,雨量效应尤为明显。不同季节的水汽来源是影响西安地区降水同位素变化的主要因素。     

五大连池自然保护区浅层地下水化学及氢氧稳定同位素特征

[目的]探明五大连池自然保护区浅层地下水化学和氢氧稳定同位素特征。[方法]在五大连池自然保护区内代表性区域进行了露头泉和井水的采样,并对水中常规离子及D和~(18)O进行分析。[结果]该地区浅层地下水为HCO_3-Na·Ca和HCO_3-Na型的低矿化度水,以大气降水补给为主。其氢氧稳定同位素数值基本落在在降水线上,且呈现东北低西南高的分布趋势。地下水中δD和δ~(18)O值的分布与当地地质构造关系密切,同一断裂带上采样点的δD和δ~(18)O值极其相似,其值由低到高可分为尾山-龙门山线、格拉球山-药泉山线、老黑山-莫拉布山线和火烧山-药泉山线。[结论]该研究可为研究地下水的补给来源和补给范围奠定基础。     

山地岩溶湖水地球化学与碳氧同位素特征及其昼夜变化研究——以重庆金佛山药池坝湖为例

采用多参数水质分析仪,对重庆金佛山药池坝湖水的地球化学、碳氧同位素特征及其昼夜变化进行研究,结果表明:研究区湖水温度、pH值、溶解氧、电导率、δ13 CDIC和δ~(18) O等指标均表现出明显的昼夜变化规律,水温、pH值、溶解氧和δ~(13)CDIC等指标白天升高,夜间降低,电导率白天降低,夜间升高,表明湖水溶解无机碳变化过程受到物理因素和生物作用的共同影响.山地岩溶湖泊地球化学指标与δ~(13)CDIC对外界环境敏感,湖泊蒸发强烈,水体中溶解无机碳(DIC)滞留时间长,湖水与大气CO_2交换程度高,使湖水δ~(13)CDIC值偏正,接近平衡状态.湖水蒸发线斜率较小,截距较大,氢氧同位素组成主要受大气降水氧同位素组成、湖泊水-气界面蒸发过程中的同位素动力分馏效应和湖底水-岩氧同位素交换的影响.     

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。     

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。     

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。     

杉木树轮不同组分δ~(13)C对气候因子响应的初步探究

树轮稳定碳同位素技术广泛用于生态学和气候学研究。以广西柳州杉木种源试验林中3个不同地理种源为试材,比较分析树轮全木和α-纤维素中的δ~(13)C原值序列对年、季、月不同尺度气候要素的响应情况。结果表明:(1)杉木树轮全木和α-纤维素中稳定碳同位素的序列(1987—2013)变化分别是-24.577‰～-26.336‰和-23.311‰～-25.597‰,平均值分别是-25.589‰和-24.063‰,两者之间的平均偏差约1.5‰,全木中δ~(13)C的含量明显低于α-纤维素,且α-纤维素中δ~(13)C序列方差及变异系数绝对值均大于全木,α-纤维素具有更优的灵敏度;(2)通过对比相关性分析,发现杉木树轮不同组分中的δ~(13)C值对年气候年值响应没有明显差异,而对月值气候因子的响应中α-纤维素的δ~(13)C较灵敏;(3)杉木树轮α-纤维素中δ~(13)C值主要受春季和夏季的最小相对湿度、春季日照、秋季的温度、冬季的相对湿度以及3月的降水等气候要素的影响。     

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.     

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。      

青藏高原东南部冻土区夏季降水及河水氢氧同位素的变化特征

基于青藏高原2019年7月31日至2019年8月10日采集的5个降水样品、25个河水样品、1个湖水样品，结合气象资料，进行青藏高原东南部冻土区冻融期夏季降水和河水同位素方法与海拔、降水量、气温相关关系分析，同时采用克里金插值分析了δ18O和δD的空间分布特征。结果表明，夏季河水水量受气温影响显著，冻土融化水与河水交互作用更加密切，表明土壤冻融过程在多年冻土区径流过程中起到重要影响。     

科尔沁沙地杨树水分利用策略

目的在科尔沁沙区, 杨树人工林出现了不同程度的退化现象, 水分是本地区植物生存的主要限制因子, 本文为了探究科尔沁沙地杨树人工林的水分来源及水分利用机制, 揭示水分与杨树人工林退化的关系, 为科尔沁沙地杨树人工林生态系统恢复和重建提供参考依据。方法利用氧稳定同位素技术以科尔沁沙地杨树人工林为研究对象, 采用“DELTA plus XP”稳定同位素比例质谱仪测定植物(木质部)水及各潜在水源δ18O值, 结合自动气象站(HOBO U30-NRC)连续观测降雨量等环境和气象因子, 利用同位素质量守恒多元分析方法, 分析雨季和旱季杨树人工林水分利用策略。结果(1) 雨季土壤含水量均高于旱季, 雨季在0~100 cm土层的土壤含水量随土层深度显著增加(P < 0.05), 而100~170cm土层的土壤水分含量显著下降(P < 0.05);旱季林内土壤水分含量均大于林外土壤水分含量, 但差异均不显著(P>0.05)。(2)土壤水和植物水δ18O值都高于地下水δ18O值; 旱季土壤水δ18O值整体上比植物水δ18O值低; 雨季土壤水δ18O值反而高于植物水δ18O值。(3)杨树人工林旱季主要吸收利用130cm以下的深层土壤水, 对浅层土壤水利用较少; 雨季杨树人工林除了吸收130cm以上土壤水, 还少量的吸收深层土壤水和地下水。结论(1) 浅层土壤水氧同位素值受到太阳辐射和降水的干扰程度较大, 而深层土壤水受到的干扰程度较小。在旱季, 林内各层土壤水均大于林外各层土壤水, 尤其是80~170cm土壤层更加显著, 这从侧面解释了杨树在利用较深的土壤水及地下水时, 会将少量水分释放到土壤表层这一现象。(2)雨季沙地杨树人工林主要利用浅层土壤水, 旱季杨树人工林主要利用深层土壤水和地下水。杨树人工林根系在浅层和深层土壤中均有分布, 此种根系分布特征保证了杨树人工林在不同季节采用不同的水分利用策略, 从而确保自身水分的生理需要, 是植物应对干旱沙地环境适应性的表现。