氢氧同位素在水文学领域中的应用

氢氧同位素在水文学领域应用非常广泛，在研究天然降水同位素分布，水体蒸发同位素变化，流域产流机制，流量过程线划分，地下水补给来源测定等方面有重要的作用。介绍了同位素技术在这些方面的国内外应用情况，并展望了今后的研究趋势和应用前景。     

淮河流域水库(群)对河流氢氧同位素组成的影响

水利工程建设对河流地貌、水生态环境系统及水文特征的影响引起了人们的广泛关注.以淮河流域支流史灌河上2座水库,梅山水库和鲇鱼山水库为研究区域,在2020年12月分别对水库水体、水库下游蒋家集断面、淮河干流上下游断面王家坝和润河集断面进行采样,分析其水化学离子、电导率和氢氧同位素含量及时空变化特征,探讨水库修建对于流域水循...     

基于氢氧稳定同位素的矮砧苹果树根系吸水深度研究

为了研究矮砧苹果树根系吸水深度,利用氢氧稳定同位素技术,测定了7年生矮砧苹果树在萌芽花期、新梢旺长期和果实膨大期不同深度土壤水的稳定同位素值,并应用IsoSource多元线性模型分析水源的水分贡献率。结果表明:矮砧苹果树在萌芽花期主要利用0~20 cm(59.5%)处的土壤水;在新梢旺长期6月主要吸水深度为0~20 cm(42.9%)和20~40 cm(11.1%);新梢旺长期7月根系的主要吸水深度为0~20 cm(24.3%)和20~40 cm(29.1%);果实膨大期8月为0~20 cm(23.6%)、20~40 cm(37.1%)和40~60 cm(11.6%);果实膨大期9月为0~20 cm(26.3%)、20~40 cm(27.3%)和40~60 cm(13.8%)。     

三峡库区干—支流作用下草堂河氢氧同位素时空分布的环境意义

为了对三峡水库干—支流水体及营养盐交换的定量估算提供一种快捷有效的方法,对草堂河与三峡水库干流水体进行了氢氧同位素的特征分析,并在此基础上利用二元线性混合模型对水体营养盐交换进行了定量分析。通过对三峡库区典型短小型支流草堂河与临近干流断面氢氧同位素时空分布及水体营养盐含量的测定,估算水库各个运行时期干流对草堂河支流的水体贡献量,进而探讨干流水体对草堂河支流的TP、TN贡献量。结果表明:草堂河来自于干流的水量补给率为96.4%,源头水量补给仅占3.6%;另对邻近长江干流和草堂河支流点位营养盐含量分析显示TP的补给基本来自于干流,且TP、TN全年变化趋势草堂河与邻近长江干流基本一致。支流源头TP要明显低于回水区,TN仅在夏季和10月份有突增,说明源头来水水质较好;估算出邻近长江干流对支流全年TP的补给量为25.59 t,TN的补给量约为479.57 t。     

基于NEWI模型的典型岩溶区普者黑流域水体信息提取

针对岩溶区水体破碎、植被与水体重叠的特点提出一种新型混合水体指数对该地区水资源管理与评估有着重要作用.以2017年普者黑的Landsat8 OLI影像数据为基础数据,选择不同流域水系类型,构建新型混合水体指数NEWI,与归一化水体指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)和改进...     

南四湖水体氮磷及叶绿素空间分布特征

研究分析了南四湖水体氮、磷、叶绿素a含量及空间分布特征。结果表明,南四湖水质主要参数在各湖区的分布存在明显的非均一性。南阳湖水体TN、DTN、NH4+-N、TP、DTP、PO43--P浓度均显著高于其他3湖区的,但独山湖、昭阳湖和微山湖水体不同形态氮、磷浓度间无显著差异;水体中DTN、NH4+-N与TN以及DTP、PO43--P与TP浓度呈显著相关;南四湖水体中叶绿素浓度的分布呈现出较大的差异,南阳湖水体叶绿素浓度最高、微山湖的最低,叶绿素a浓度与TN/TP比值、pH值间呈显著的对数负相关,与不同形态氮、磷及COD浓度间呈显著的对数正相关。     

三江平原典型流域土地利用格局变化与空间分异研究

以遥感和DEM数据为基本信息源,基于网格采样研究方法,利用动态度模型分析土地利用空间异质性规律,并从集水小区角度出发研究土地利用空间自相关格局。结果表明:挠力河流域土地利用变化呈现明显的阶段性,1990—2002年耕地面积增幅最大,且以水田增加为主,2002—2014年整体面积变化趋于缓和;1990—2002年土地利用变化剧烈程度显著强于2002—2014年,前后以趋缓为主,加剧区域较少;流域不同方向上动态度均具有较好的拟合趋势,不同时间段拟合趋势差异大,但基本保持东北方向变化剧烈程度强于西南方向的态势;1990—2002年,各集水小区动态度呈现明显的高-高型和低-低型集聚趋势,空间自相关关系显著,2002—2014年,高-高型数量显著减少,且多为旱地水田化发生区,动态度集聚性变差,差异逐渐趋于缓和,未来应根据集水小区的空间自相关格局进行土地利用开发管理,应重点关注高-高型土地利用问题,适当挖掘低-低型开发潜力,对高-低型进行开发控制,对低-高型进行重点开发引导。     

基于电磁感应的典型干旱区土壤盐分空间异质性

为研究干旱区土壤盐分空间异质性,指导农业生产实践,运用大地电导率仪（EM38、EM31）对研究区域进行移动式磁感调查,获取表观电导率（ECa）。同时,通过27个校准点的采样和ECa测量,建立土壤盐分的电磁感应解译模型。干旱区土壤盐分质量分数与EM38、EM31水平模式读数（H38、H31）显示出良好的相关性（R=0.935）,可以利用ECa结合GIS和地统计学知识研究土壤盐分的空间分布。采用两种方法进行研究：一种是先利用解译模型获取磁感调查点的土壤盐分质量分数,然后进行地统计分析研究其空间分布;另一种是先利用地统计分析研究H38和H31的空间分布,然后利用解译模型通过栅格运算计算盐分质量分数,精度检验显示前者预测值与实测值之间的相关性更好（R2, 0.888＞0.873）;标准差较低（std. 0.414＜0.426）,具有更高的预测精度。研究结果表明,基于电磁感应研究干旱区土壤盐分空间异质性是切实可行的,这对于土壤盐渍化的快速诊断,指导农业生产和促进精准农业的发展具有重要的意义。     

基于水体溯源的澜沧江梯级水库水体总磷来源及滞留效应分析

梯级水库建设对澜沧江流域生源物质迁移过程的影响受到国内外学者广泛关注。研究利用稳定同位素技术,于枯水期(2017年2月)、丰水期(2017年6月)分别测定了小湾、漫湾、糯扎渡、景洪四个水库不同来源水体(上一级水库下泄水量、支流汇入、坡面径流、人工水循环)总磷(TP)浓度及水库水体氢氧同位素值(¹⁸O、D),基于多元线性混合模型,分析了不同来源水体水量的贡献率,并计算了澜沧江流域梯级水库TP滞留量。结果表明：上一级水库下泄水量对水库TP来源及滞留效应的贡献率在丰水期及枯水期均占主要部分,贡献率分别为54.8%～79.3%、39.1%～82.8%,从上游到下游呈沿程增加趋势;人工水循环水量在枯水期呈沿程增加趋势;坡面径流水量在丰水期呈沿程增加趋势。TP滞留率在枯水期和丰水期分别为-49.34%～66.72%、-88.79%～88.40%,丰水期滞留率受水量增加影响较大,枯水期则受人类活动及沿程输入影响较大。研究为对有针对性地控制流域TP滞留量及为下游水生态环境质量评价提供数据支撑。     

典型干旱区土壤盐分空间异质性的步长大小优化选择

采用不同步长研究典型干旱区土壤盐分空间变异的半方差函数参数,并对比精度进行优化选择,进而研究其空间异质性。对研究区域进行移动式磁感调查,获取大地表观电导率信息,经校正解译成土壤盐分信息,拟合不同步长下最优半方差函数,对比误差参数优选最优步长。研究结果表明,地统计插值拟合半方差函数以15m为最佳步长,具有高拟合精度;对土壤盐分空间异质性预测精度较高。     

滴灌紫花苜蓿根层水分稳定同位素特征分析

为了明确滴灌紫花苜蓿根层水分运移,进一步阐明滴灌节水机理,采用液态水稳定氢氧同位素技术,分析了滴灌紫花苜蓿根层水分稳定氢氧同位素分布特征。结果表明,紫花苜蓿根层水分稳定氢氧同位素在下层富集,且随土壤剖面深度的增加同位素富集量有增加的趋势。滴灌条件下,紫花苜蓿根层发育有较多细根,可迅速而高效地利用灌溉水,灌溉后紫花苜蓿对灌溉水的利用不明确偏向于某一深度土层,根层内各土层土壤水均有利用。灌溉前土壤干旱时,滴灌紫花苜蓿以30 cm上下土层土壤水作为主要水分来源的概率较高。     

我国农业用水效率的时空差异

使用EBM超效率模型,综合考虑投入变量的径向与非径向特征,并对有效单元的排序进行分析,测算了2011-2013年我国20个农业省份农业用水效率的变动状况,结果发现:我国农业用水效率总体上较低,且呈现下降趋势,农业水资源并未得到较好的利用。农业用水效率呈现出"西部高、东部低、中部居中"的空间格局。各省份农业用水效率的差异明显,并未呈现收敛的趋势。我国农业用水的纯技术效率总体上不高,且增长幅度很小,有较大的上升空间。我国农业用水的规模效率总体上较高,但是三年间却在持续下降,同时规模收益处于递增趋势的省份持续减少。要想达到强有效前沿面,分属3个等级的17个无效省份,需同比例缩减或单独缩减一定程度的农业用水量。     

利用氢氧稳定同位素探究保水剂对玉米根系作用机理

利用氢氧稳定同位素,探究了保水剂对玉米根系生长及其吸水特性的影响。采用盆栽试验,按照不同的保水剂埋施深度,设置CK、SAP、SAP15、SAP35共4个处理,测定了玉米茎水及土壤水中的氢氧同位素丰度和玉米根系形态。结果表明:玉米在拔节期、抽雄期、灌浆期的主要吸水深度为0~20、20~40、0~20 cm,保水剂的施用能够加速或延缓这种先下降再上升的趋势,但不能改变该趋势;保水剂能显著(P0.05)增加细根系(直径0.5 mm)的比例,促进根系生长并提高根系吸水性能;保水剂埋施深度浅时对根系生长的促进作用更明显,SAP、SAP15处理优于SAP35处理;0.5 mm玉米根系的比例变化规律与主要吸水深度变化规律相吻合。     

南方红壤水土流失区生态系统服务价值时空变化研究

基于GIS和遥感技术,构建生态系统评价指标体系和评估模型,对不同水土保持措施下长汀县2005-2016年生态系统服务价值时空变化进行了评估.结果 表明:长汀县2005-2016年生态系统服务价值空间上呈现四周高、中间低的分布趋势,4个阶段生态系统服务价值分别为101.08、88.39、109.14、134.11亿元,大...     

石羊河流域春小麦灌溉需水量时空分布研究

根据石羊河流域1960-2004年的气象资料,利用FAO的CROPWAT模型计算石羊河流域春小麦生育期多年平均蒸发蒸腾量、有效降水量和灌溉需水量;利用GIS建立流域空间和属性数据库,分析春小麦灌溉需水量空间分布规律。结果显示,春小麦蒸发蒸腾量、灌溉需水量空间分布趋势为从北往南逐渐降低,生育期降水量由北到南逐渐增大,其中春小麦多年平均蒸发蒸腾量为353.55~452.60 mm,生育期有效降水量为45.13~168.16 mm,雨养条件下石羊河流域春小麦产量减幅为27.90%~65.30%。因此,为保证春小麦产量需进行补充灌溉。利用CROPWAT模型计算,石羊河流域春小麦多年平均灌溉需水量为202.79~407.47 mm。     

黑龙江省典型县耕地种植结构空间分异特征与影响因素

为阐明微观地理尺度下耕地种植结构空间分异及其影响凶素,以黑龙江省典型产粮大县为研究区,以1 km2地理网格为研究单元,运用分区统计法、空间自相关分析法及地理探测器法分析水稻、玉米和大豆3种主要作物种植结构的空间分异特征,揭示区域耕地种植结构空间分异的影响机理.结果 表明:研究区耕地种植结构以单一大豆型、单一玉米型和玉米...     

黑龙江省粮食水足迹时空分布规律与影响因素分析

为分析黑龙江省粮食水足迹的变化规律,根据水足迹理论,选取2008—2018年黑龙江省11个地区进行粮食水足迹评价,并对其时空分布规律及影响因素进行研究。结果表明:黑龙江省粮食蓝水足迹、绿水足迹的空间分布差异显著,呈现南北高、东西低的分布趋势。通过斯皮尔曼相关系数分析可知,东、西横向地区人口密度大,可用于粮食生产的灌溉水资源消耗少,粮食蓝水足迹较低;南、北部致力于农业生产,农业灌溉用水消耗较大,粮食蓝水足迹较高。南、北部降水储蓄率高,因而南、北部粮食绿水足迹较高;东、西部横向地区地势较为平坦,植被少,降水不易蓄积,所以东、西部绿水足迹相对较低。利用时间序列模型对黑龙江省粮食水足迹进行预测得出,2021—2025年黑龙江省粮食总水足迹平均值为2 050 m~3/t。本研究可为黑龙江省农业水资源的合理分配和利用提供参考。