鼎湖山大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

[目的]鼎湖山自然保护区地处我国热带与亚热带交汇处,在全球气候变化研究中占居独特而重要的地位。全球气候变化背景下,降水格局变化将影响区域森林生态系统内部小气候。降水是森林生态系统水循环过程中重要的输入因子,研究鼎湖山大气降水氢氧稳定同位素特征和水汽来源,对探讨该地区森林生态系统水循环过程、森林群落演替动态及区域水资源合理利用和管理等具有重要理论和实践意义。[方法]运用氢氧稳定同位素技术,研究和分析鼎湖山2013年8月~2014年8月13个月108个大气降水的氢氧同位素组成及与环境因子的关系,并运用HYSPLIT模型后向轨迹法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]鼎湖山大气降水线方程为:δD=7.863δ~(18)O+9.664(R~2=0.975,n=108);δD和δ~(18)O值范围分别为-118.26‰~-15.52‰,-16.05‰~2.25‰,均值分别为-34.44‰,-5.58‰;大气降水过量氘(d)显示出冬高夏低的季节变化;鼎湖山降水量效应显著,温度效应不显著。[结论]鼎湖山大气降水氢氧稳定同位素特征存在明显的季节性变化;干季的气团主要来自局地蒸发、中国华北地区及寒冷干燥的亚欧大陆,湿季的气团主要来自温暖湿润的西太平洋、南海和印度洋。     

西鄂尔多斯荒漠夏季大气降水氢氧同位素特征与水汽来源

[目的]内蒙古西鄂尔多斯荒漠生态环境脆弱、气候变化较敏感,探究该地区大气降水氢氧稳定同位素组成及其水汽来源,对揭示我国西鄂尔多斯荒漠生态系统水循环过程、减缓或防止土地沙漠化和制定区域水资源合理利用策略等具有重要的理论意义。[方法]本研究运用稳定同位素技术,分析了西鄂尔多斯荒漠夏季大气降水的δD和δ18O组成、关系及其影响因素,同时,运用HYSPLIT气团轨迹模型判定了该地区夏季大气降水的水汽来源。[结果]西鄂尔多斯夏季大气降水氢氧稳定同位素关系为δD=7.287δ18O+1.170;大气降水δD(δ18O)与降水量呈负相关关系(P0.05),与温度无显著相关性(P0.05);大气降水过量氘(d-excess)均为正值且小于全球平均d值(10‰),表明该地区受到了海洋季风作用的影响;HYSPLIT气团轨迹模型得出西鄂尔多斯荒漠在6月和8月的水汽来源于大量局地蒸发和西北方向的水汽,特大暴雨(30 mm)是受到东南季风的影响;而7月的水汽来源于东南和西南方向海洋性水汽团。[结论]西鄂尔多斯荒漠大气降水经历了一定程度的蒸发作用;西鄂尔多斯夏季降水量效应显著,温度效应不显著;夏季降水受到西北方向、东南和西南方向季风以及局地蒸发水汽的共同影响。     

汤浦水库湿地森林区大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

[目的]研究汤浦水库湿地森林区大气降水中的氢氧稳定同位素特征及水汽来源,为定量阐明降水在会稽山-汤浦水库过渡带湿地森林生态系统水文循环过程中的分配和转化规律及绍兴饮水源水质的保护和管理提供科学依据。[方法]采集2015年7月至2017年7月2个水文年166个大气降水样品,利用稳定同位素技术,分析降水氢氧同位素组成,并阐明其与环境因子(温度、降水量)的关系;采用HYSPLIT模型中的后向轨迹法模拟追踪该地区降水气团的运输过程,判断气团的运移轨迹和水汽来源。[结果]汤浦水库湿地森林区大气降水δD与δ18O关系式:δD=8.36δ18O+14.92(R2=0.966,n=166,P0.01);大气降水中的δD值变化范围-147.52‰~2.71‰,均值-38.13‰±27.61‰;δ18O值变化范围-19.05‰-1.17‰,均值-6.34‰±3.24‰,且不同季节的大气降水氢氧同位素值明显不同;过量氘(d值)(12.61‰)高于全球d值的均值(10‰),呈现干季高湿季低的现象;大气降水δD、δ18O温度效应不显著,但降水量效应显著。[结论]汤浦水库湿地森林区大气降水线与全球及我国大气降水线有差异,降水中的δD、δ18O值有明显的季节变化;根据大气降水中的δD、δ18O值、d值及后向轨迹法模拟结果得出,汤浦水库湿地森林区干季(10月—次年4月)大气降水的水汽主要来源于内陆地区,湿季(5月—9月)的水汽主要来源于西太平洋和印度洋。     

卧龙巴郎山流域大气降水与河水关系的研究

根据四川卧龙自然保护区巴朗山流域皮条河河水的氢氧同位素组成分析,并与同期降水中氢氧同位素进行比较,研究了河水和降水氢氧同位素的变化规律.结果表明:(1)卧龙地区皮条河河水(δD～δ18O线性关系为:(δD = 3.888δ18O-45.614(R2= 0.494,p＜0.05,n=61).河水δD、δ18O变化幅度远小于降水δD、δ18O值的变化幅度.河水氘过量参数(d)与大气降水的氘过量参数(d)的季节变化趋势基本一致,冬春季氘过量参数(d)值较高,而夏秋季较低.(2)不同的季节,雪水和冰雪融水补给河水不同,雪水和冰雪融水补给河水主要发生在11月至翌年6月.(3)当降水量在0～10 mm时,降水δD、δ18O 的升高(或降低)引起河水δD、δ18O升高(或降低),这种影响在降水后第3天滞后发生.当降水量在10～20 mm时,降水δD、δ18O的升高或降低引起河水δD、δ18O升高或降低,这种影响在降水后第2天滞后发生.降水量在20～30 mm时,这种影响在降水后第1～2天发生.这表明河水δD、δ18O的响应时间与降水强度紧密相关,显示出发育良好的亚高山暗针叶林植被结构有利于土壤对降水的吸收、渗透和运移,从而调节和补充河川径流.     

四川卧龙亚高山暗针叶林降水分配过程的氢稳定同位素特征

应用稳定氢同位素技术对四川卧龙巴郎山亚高山暗针叶林不同降水条件下3群落类型中降水、林冠穿透水和壤中流的变化动态进行跟踪研究。结果表明:降水δD与降雨量负相关显著(R2=0.456,p=0.043),降雨氢同位素存在显著的雨量效应。降水δD与林冠穿透水δD差异不显著(p=0.863)。壤中流δD与降水δD有明显差异(p=0.049),表明壤中流补给来源是降水,但不一定是当日当次降水直接补给。降水量的升高或降低引起壤中流δD升高或降低。当降水量0～10mm时,影响在降雨后第4天发生;当降水量在10～20mm时,影响在降雨第2～3天后发生;当降水量在20～30mm时,影响在降雨1～2天后发生。显示出亚高山暗针叶林对壤中流有显著的调控作用。降水δD与林冠穿透水δD的差值(用ΔδD表示)在3个不同群落中随着降雨量的增大呈现偏正态分布,当降水量在4.91～25.25mm时,ΔδD>0;当降水量<4.91mm及>25.25mm时,ΔδD<0;当降水量为12.65mm时,δD最大,这主要是林冠层蒸散过程和大气降水过程相互作用的结果。     

四川卧龙亚高山暗针叶林土壤水的氢稳定同位素特征

根据2003年夏季测得的四川卧龙自然保护区亚高山暗针叶林地区3个不同群落的降水、土壤水、浅层地下水(泉水)氢稳定同位素含量(δD),分析土壤剖面各层次土壤水氢稳定同位素的变化规律及其与水分迁移的关系.结果表明:1)土壤表层(枯枝落叶层)水δD受降水δD的直接影响,并且与降水δD有相同的变化趋势;2)A、B、C群落土壤垂直剖面的土壤水δD空间分布形式反映了降水δD的时间变化特征.0～20 cm上层土壤水δD值很低,20～40 cm时迅速升高,50～60 cm时基本稳定,50～60 cm深层土壤水δD受浅层地下水δD的影响增强;3)土壤水δD介于降水δD与浅层地下水δD之间,表明卧龙亚高山暗针叶林土壤水源于降水与浅层地下水.在一次性降水14.8 mm后5天内,降水对枯枝落叶层的贡献率最高为75.49%～99.91%,对0～5 cm土壤水的贡献率次之为66.68%～83.01%,对30～40 cm土壤水的贡献率为24.50%～80.57%,对50～60 cm土壤水贡献率最低为21.22%～29.17%;4)浅层地下水δD受降水δD的直接影响不明显,变化幅度很小,浅层地下水δD的稳定性说明地下水代表了多年降水的平均状态.     

氢氧碳稳定同位素在植物水分利用策略研究中的应用

综述了氢氧碳稳定同位素的概念、示踪原理及其应用于定量确定植物水分来源、水分利用格局和水分利用效率等方面研究进展。同时展望了全球气候变化条件下, 氢氧碳多种稳定同位素联合示踪先进技术在定量研究植物水分利用策略以及植被对全球气候变化的响应机制研究中的应用前景。     

利用氘同位素研究太行山南麓枣树水分利用的季节性变化

通过测定水中氘同位素的比值来研究枣树在不同水分条件下水分利用的季节性变化.试验结果显示:深层土壤δD值比较稳定,表层土壤水因蒸发而产生氢同位素的分馏,氘同位素富集,旱季表层土壤δD值与土壤含水量呈极显著负相关(R2=0.69,P＜0.01).枣树枝条δD值与表层土壤δD值呈极显著的正相关(R2=0.75,P＜0.01),与深层土壤δD值相关性不强,表明来源于表层土壤的水分能显著地影响到枝条δD值变化.雨季的降水不但增加表层土壤水分含量,也促使表层新根的生长.其根长比旱季增加621.46%,尤其是细根(平均直径0.16mm),从而提高根系对表层土壤水分的吸收.枣树枝条中的水分有一半以上来自于深层土壤,表层土壤水分的贡献决定枣树体内的水分平衡和受胁迫的程度.枝条中的δD值与枝条栓塞程度、叶片水势和光合速率显著相关,枝条δD值可以作为水分生理状态的一个指标.利用枝条δD值来量化植物水分欠缺程度,可以为植物水分利用效率研究提供参考.     

哈尼梯田水源区3种典型植被下不同水体的氢氧稳定同位素特征及相互关系

【目的】以全福庄小流域哈尼梯田核心区上方水源林区的3种植被类型(乔木林、灌木林、荒草地)为研究对象,对0～100 cm土层土壤水的运移过程和水分来源及其对浅层地下水的补给比例进行定量估算,揭示植被类型对土壤水分运移的影响,以期为定量研究哈尼梯田区森林-梯田复合生态系统水循环过程以及哈尼梯田的可持续发展提供科学依据。【方法】利用氢氧稳定同位素技术研究2015年4—12月期间3种植被类型下不同水体的氢氧稳定同位素特征,同时选取3次代表性降水事件(2015年7月24日、7月29日和8月3日)分析3种植被类型下土壤水δ¹⁸O值随土层深度的变化特征,分析比较土壤水与其潜在水源(大气降水、浅层地下水等)的δ¹⁸O值,判断林地土壤水分来源,运用二元线性混合模型计算降水和浅层地下水对土壤水及地表水和土壤水对浅层地下水的贡献率。【结果】不同水体氢氧稳定同位素均值表现为：地下水>地表水>乔木林地土壤水>灌木林地土壤水>荒草地土壤水>降水,降水的变异系数最大,地表水和浅层地下水的变异系数较小;荒草地土壤水以降水补给为主,占比67.02...     

四川卧龙自然保护区蕨类植物区系研究

在调查的基础上,结合有关文献,对卧龙自然保护区蕨类植物区系地理特点进行了初步探讨,结果表明：该区有蕨类植物32科68属183种,具有占主导地位的大科,拥有大量属种,但大部分科内属、种贫乏;地理成分多样,属和种分别有13个和11个分布区类型(含变型);有58种为中国特有分布,并有2个中国特有属;在属和种的分类等级上分别以热带成分和温带成分占优势,对种来说,它们与热带蕨类植物区系有一定的亲缘关系;东亚成分有93种,在两种变型中,中国—喜马拉雅分布占31种,中国—日本分布占39种,该区处于中国—喜马拉雅和中国—日本成分的交汇地区。     

卧龙自然保护区菌食性隐翅虫及其寄主大型真菌种类调查研究

2015年7月至8月在卧龙自然保护区开展菌食性隐翅虫及其寄主大型真菌调查.采获菌食性隐翅虫标本共359头,经鉴定隶属于6亚科17属25种,两大优势类群分别为:前角隐翅虫亚科,6属9个形态种,占总标本数的56.2％;尖腹隐翅虫亚科,4属6个形态种,占总数的29.8％.共采集到隐翅虫寄生菌105号,隶属于10科14属26种...     

吉兰泰盐湖氢氧同位素及湖水来源分析

研究内蒙古吉兰泰盐湖流域不同水体的同位素,分析判断其水分补给来源特征。采用氢氧稳定同位素方法和水化学特征法,研究了吉兰泰盐湖稳定同位素δ¹⁸O和δD特征。结果表明:吉兰泰盐湖δD、δ¹⁸O平均值为-47.86‰和-6.4‰,黄河水δD、δ¹⁸O的平均值分别为-59.95‰和-7.7‰,水库水δD、δ¹⁸O的平均值分别为-59.26‰和-5.4‰,浅层地下水δD、δ¹⁸O的平均值分别为-69.69‰和-9.3‰,深层地下水δD、δ¹⁸O的平均值分别为-82.7‰和-10.85‰;吉兰泰盐湖蒸发趋势线方程为δD=7.54δ¹⁸O+1.87(R^2=0.96)。湖水的氢氧同位素值最大,其次为水库水、黄河水和浅层地下水,深层地下水氢氧同位素值最小;大气降水对地下水直接补给作用很小,黄河水补给方式为侧渗;西侧的巴彦乌拉山和南侧的贺兰山都以地下水的形式补给吉兰泰盐湖。     

碳氢氧稳定同位素在草地生态系统水循环研究中的应用

碳氢氧稳定同位素是存在于天然水体和植物组织中的良好的示踪剂,具有较高的灵敏度与准确性,可系统和定量地阐明草地生态系统水循环过程及各水体的转化关系、植物水分利用策略以及植被对全球变化的响应机制等。本文概述了稳定同位素的基本概念和原理,总结和分析了草地生态系统水循环的研究方法和现状,重点探讨和综述了氢氧稳定同位素技术在草地生态系统水循环过程（包括大气降水、地表水、土壤水、地下水、植物水、蒸发水等）以及碳稳定同位素技术在植物水分利用效率中应用的国内外研究进展,分析了其存在的问题,展望了这一领域未来的研究方向和应用前景,为我国草地资源保护、合理利用及退化草地生态系统恢复等提供理论依据。     

氢氧稳定同位素在淡水湿地森林水文过程研究中的应用

湿地森林在蓄洪防旱、净化水质等方面对区域水文过程起着重要的调控作用。以往对于淡水湿地森林水文的研究多集中在运用传统水文学方法研究单一水文过程,很少将各水文过程作为一个整体来研究,且各个过程对降水截留效应的影响程度也未全部量化。而利用水分子中天然存在的氢氧稳定同位素作为示踪剂可综合反映并量化植被和土壤对降水的截留能力。文中综述湿地森林对水文过程调控作用的国内外研究概况,探讨氢氧稳定同位素技术在湿地森林水文研究中的进展,包括大气降水、林冠穿透水、降雨径流、土壤水、地下水、蒸发水、植物水的水分来源及各水体的转化关系等。在全球变化背景下,运用氢氧同位素技术系统定量地分析降水在生态系统水文过程的分配比例对于揭示湿地森林植被结构对水文过程的调控机制等具有重要意义,同时也可为建立淡水湿地森林植被恢复模式和制定保护策略提供参考。