元阳梯田水源区林地降水与土壤水同位素特征

利用2014年5—11月元阳梯田水源区林地采样点上的20个降水数据和216个土壤水数据,对元阳梯田水源区大气降水及土壤水δD和δ~(18)O的变化进行了分析,明确了降水与土壤水的氢氧同位素特征,并探讨了降水对土壤水的影响。结果表明,研究区大气降水δD和δ~(18)O的变化范围分别为(-97.4‰)~(-47.5‰)和(-13.2‰)~(-6.5‰),区域大气降水线(LMWL)为δD=6.84δ~(18)O-5.69,与昆明的降水线接近,这主要与研究区和昆明所处的大气环流背景、水汽来源相同有关;0—100cm土壤剖面内,土壤水中δD值随深度的增加呈现"S"形或反"S"形,0—40cm土层土壤水的δD和δ~(18)O值分布于LMWL两侧,而60—100cm处的同位素值分布集中且偏离降水线,表明随着深度的增加,土壤水受大气降水和外界蒸发条件的影响减弱;林地坡上40cm土层比表层贫化重同位素,坡下位置植物覆盖度较小,土壤水容易受到外界环境的影响而坡中位置整个剖面δD值的变化不大。     

山东省禹城市夏玉米生长期水分利用特征分析

以山东省禹城地区夏玉米农田为例,利用氢氧稳定同位素技术测定2015年夏玉米生长期茎干水、大气降水以及不同深度土壤水的δD和δ18 O组成,利用直接对比法和多元线性混合模型法分析夏玉米对土壤水的利用情况,并分析农田降水—土壤水—作物水之间的转化规律。降水同位素测定结果显示禹城地区大气降水线方程为δD=6.55δ18 O-3.03(R2=0.88),斜率和截距均小于全球大气降水线,表明蒸发是导致同位素富集的主要过程。对夏玉米生长期水分来源特征分析表明,出苗期主要利用表层0—15cm土壤水,贡献率达73.9%;拔节期从土壤不同深处均吸收水分(0—55cm,81.8%),30—55cm处土壤水利用相对较多,也会利用同时期降雨;抽穗期较多利用深层土壤(30—55cm,71%),此时期浅层土壤蒸发强烈,土壤含水量快速减少,植物可利用水分较少。而30—100cm处土壤含水量受温度,土壤蒸发影响较小,为夏玉米生长持续提供稳定水分。灌浆期吸收各层土壤水分的量相近(15—100cm,72%),此时期无降水,温度下降,蒸发减弱,各层土壤含水量较稳定。成熟期主要吸收30—100cm处的土壤水分,贡献率达70%,表明降雨较少时,夏玉米吸收土壤水分依赖于较深层土壤。此外,夏玉米生长期水分来源受土壤体积含水量及土壤蒸发蒸腾的影响较大,同时降雨,大气温度及湿度会影响土壤含水量。通过水量平衡模型计算得出2015年夏玉米在出苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期的农田蒸散量分别为35.62,34.99,32.4,22.31,16.94mm。研究结果对于夏玉米不同生长期节水灌溉具有指导意义。     

青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源研究

通过对青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源进行研究,以期揭示青海湖流域高寒草甸系统壤中流的产流机制。收集了大气降水、土壤水和壤中流中δ~(18)O和δD及实测降水数据,对比分析了大气降水、土壤水和壤中流的氢氧同位素特征,并使用了二源线性混合模型对壤中流进行了产流来源计算。结果表明:青海湖高寒草甸分布区大气降水线(LMWL)的斜率和截距均高于全球大气降水线(GMWL),降水较多的月份δ~(18)O、d-excess值较低;壤中流的水分来源与地形及其土壤深度密切相关,具体表现为:(1)壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流氢氧同位素值相对聚集,并具有较明显的蒸发富集特征,表明该部分壤中流多源于降雨前储存于土壤中的水分,雨前土壤水对于壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流的平均贡献率为85.88%和83.48%;(2)坡中壤中流水分来源因土壤深度而异,雨前土壤水对壤中流在坡中土壤下层(40—80cm)产流的平均贡献率为57.59%,表明大气降水和雨前土壤水贡献相当;壤中流在坡中土壤上层(0—40cm)产流与当地大气降水的季节变动基本一致,雨前土壤水对该层壤中流产流的平均贡献率为39.90%,表明其主要受到大气降水的驱动,与坡中金露梅灌丛根系和土壤孔隙分布有关。同时,随着雨前含水量、降水量和降水特征的不同,雨前土壤水和大气降水对于壤中流的贡献特征也会发生变化。     

毛乌素沙地不同地下水位埋深下土壤水补给特征及影响因素

土壤水分是毛乌素沙地植被恢复与生态重建的关键因子,揭示不同地下水位（Groundwater Level,GWL）埋深下土壤水的补给与转化特征对于提高水资源利用效率和植被可持续建设具有重要意义。试验通过定期测定毛乌素沙地东南缘圪丑沟流域沙柳（GWL范围253～260 cm）、樟子松（GWL范围87～93 cm）和长柄扁桃林地（GWL范围172～176 cm）降水、土壤水及地下水δ2H和δ18O,分析了不同GWL埋深下3种林地土壤水补给特征及其影响因素。结果表明：沙柳、樟子松及长柄扁桃林地土壤水δ2H和δ18O均位于当地大气水线的下方,且3种林地土壤水线斜率（5.69～7.13）均小于当地大气水线斜率（7.79）,表明各林地土壤水均在不同程度上受当地降水的补给。监测期间沙柳林地0～20 cm土壤水、樟子松和长柄扁桃林地0～40 cm土壤水均表现出重组分同位素贫化轻组分同位素富集的现象,且与降水同位素呈显著正相关关系（P < 0.05）,表明不同林地浅层土壤水（< 40 cm）更易受降水补给的影响。不同林地深层土壤水（沙柳林地180 cm以下,樟子松林地60 cm以下,长柄扁桃林地120 cm以下）δ2H和δ18O的均值与地下水接近,且随深度增加土壤水重组分同位素逐渐贫化并趋于稳定（变异系数 < 10%）。根据不同深度土壤水δ18O和地下水δ18O之间的相关关系,得出监测期间3种林地（沙柳、樟子松和长柄扁桃林地）地下水向上补给土壤水的深度范围分别为73～80、27～33和52～56 cm。因此,毛乌素沙地浅层地下水对深层土壤水的补给可在一定程度上缓解旱季土壤水分亏缺,为保障该区人工固沙植被生长提供潜在的水分来源。     

塔里木河流域地表水和地下水的转化关系

[目的] 探究塔里木河流域地表水和地下水的转化关系,为该流域水资源形成机制研究和促进水资源合理开发利用提供科学依据。[方法] 以氧同位素（δ¹⁸O）作为示踪剂,采用稳定同位素技术和水化学原理分析了塔里木河流域地表水与地下水转化关系。2018年沿塔里木河上、中、下游采集了90组地表水样和地下水样,并测量相应的氘氧稳定同位素和水化学离子（Cl^-,SO₄^2-,HCO₃^-,Ca²⁺,Mg²⁺,Na⁺）,运用Gibbs图和Piper三线图探测了塔里木河流域地上和地下水化学特征及其转化关系。[结果] ①地下水和河水的δ¹⁸O值具有不同的变化情况：地下水δ¹⁸O值随着流向呈现明显的逐渐富集特点,而地表水则变化较小。通过总溶解固体（total dissolved solids,TDS）的沿程分析可知,对于上游地下水而言,由于河水下渗补给,加上侧向径流影响,δ¹⁸O呈现了大幅下降。随着河水补给的增加,其值不断富集。对于地表水而言,随着流向其δ¹⁸O值逐渐下降,此时地下水呈现富集,说明此时期地下水能够对地表水产生补给。②根据地下水和河水测试数据分别建立地下水线和河水线方程,且二者斜率均小于大气降水线斜率,说明地下水和河水同位素组成受到一定程度蒸发作用影响。③塔里木河上游地下水向地表水补给平均速率为1.76 m³/（d·m）,中游地下水向地表水补给平均速率为1.71 m³/（d·m）,下游地下水向地表水补给平均速率为1.65 m³/（d·m）。[结论] 地表水—地下水的频繁转化是塔里木河流域水资源循环的主要特征,地下水补给是河流水资源的主要补给来源。     

基于同位素分析研究山东禹城夏玉米水分来源

以2016年山东省禹城市夏玉米为研究对象,通过测定分析不同生长期内降水、土壤水、植物水、地下水、地表水的稳定氢氧同位素值,并利用直接对比法和多元线性混合模型,分析不同水源对夏玉米不同生长期贡献率,进而研究其水分来源。结果表明:禹城市大气降水线方程为δD=7.80δ18 O+8.61,其斜率和截距均小于全球大气降水线方程,表明降水在降落过程存在蒸发富集过程。夏玉米不同生长期水分来源存在差异,出苗期由于土壤含水量较低,植物主要利用浅层地下水且利用率为89.6%;拔节期降雨量丰富,夏玉米主要利用0—10cm表层土壤水,利用率为85.8%;抽穗期夏玉米主要利用10—60cm土壤水,利用率达62.9%;生长到灌浆期,根系分布在较深土层且20—100cm土壤含水量稳定,夏玉米主要利用20—100cm土壤水,利用率为69.7%;成熟期植物主要利用大于60cm的深层土壤水,利用率达96.1%,此时期土壤含水量较低且根系分布可达深层土壤。     

青藏高原东缘某隧道建设区典型植物水分利用策略

[目的] 揭示青藏高原东缘隧道建设区植物的水分利用特征及其对环境变化的响应,为自然和人为影响下的生态脆弱区水土保持工作提供科学参考。[方法] 通过测定海拔3 230 m的某隧道建设区2020—2021年不同月份典型植物木质部水和各潜在水源的δ²H和δ¹⁸O值,利用MixSIAR模型计算植物吸收各潜在水源的比例,并计算每两种植物间的相似性比例指数(PS指数)以比较不同物种的水分竞争关系。[结果] 紫羊茅(Festuca rubra)、川西云杉(Picea likiangensis var. balfouriana)和刺叶高山栎(Quercus spinosa)以浅层土壤水(0—40 cm)作为主要水源;川杨(Populus szechuanica)主要吸收中深层(40—200 cm)土壤水;2021年8月和10月植物对浅层土壤水的利用比例较2020年同时期明显降低;川西云杉对0—40 cm和40—80 cm层土壤水的利用比例与相应层土壤含水量分别存在显著正相关和显著负相关关系(p＜0.05);在时间尺度上,川杨在2020年10月与其他3种植物的水分竞争关系较弱,PS指数范围为0.19～0.54。[结论] 土壤含水量及外界温度的改变是青藏高原东缘植被水分利用策略变化的主要因素,且这两个因子的重要性因物种而异;隧道建设会引起土壤和土壤水的流失,从而导致隧道建设后土壤含水量的降低;隧道建设后植物对浅层土壤水的依赖比隧道建设前低,因此需关注生态脆弱区隧道建设对土壤水分及植被适应机制的影响。     

荒漠-绿洲过渡带多枝柽柳和白梭梭水分溯源研究

以古尔班通古特沙漠西南缘荒漠—绿洲过渡带的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)和白梭梭(Haloxylon persicum)为研究对象,通过分析植物木质部水与各潜在水源的δ¹⁸O值,结合MixSIAR模型,解析不同群落中多枝柽柳和白梭梭的水分来源及对各水源的利用比例。结果表明:(1)多枝柽柳和白梭梭灌丛下0—60 cm土层土壤δ¹⁸O值变化幅度较大,随土层深度的增加δ¹⁸O值趋于稳定,说明表层土壤受外界环境影响较大。(2)在多枝柽柳和白梭梭共生群落中,多枝柽柳在整个生长季主要利用300—500 cm土层土壤水,而白梭梭在春、秋季主要利用60 cm土层以下土壤水,且对各层土壤水的利用较为均匀,夏季主要获取0—60 cm土层土壤水,且利用比例高达88.0%。表明多枝柽柳和白梭梭水分利用策略存在水文生态位的分离,有利于其在水分亏缺的条件下合理利用有限的水资源;多枝柽柳在单一群落和共生群落中具有相似的水分利用来源,主要获取稳定的深层土壤水,反映出多枝柽柳根系吸水对外界环境的波动不敏感,无明显的季节性耗水变化。(3)单一白梭梭群落在春季对各层土壤水的利用较为均匀,夏季主要吸收300—500 cm土层土壤水,利用比例高达76.4%,而秋季主要利用60—300 cm土层土壤水。人工白梭梭群落在春、夏季主要利用0—60 cm土层土壤水,贡献率分别为64.2%,80.6%;而秋季主要吸收120—300 cm土层土壤水,利用比例高达93.9%。表明自然生长的白梭梭具有相对较宽的水源范围,反映出其对干旱环境较强的适应能力;而人工种植的白梭梭则对降水敏感,在水分利用方面表现出机会主义特性。     

土壤水稳定同位素研究进展

本文从影响土壤水稳定同位素变化的因素、时空变化规律以及"土壤-植物-大气"界面水分转化和循环过程等方面综述了国内外土壤水同位素研究的主要成果,认为同位素方法在研究土壤水运移、降水入渗及土壤蒸发问题上优势比较明显,并且有助于从宏观和微观上阐明土壤水的特征及其运动规律;指出了当前土壤水分同位素研究存在的问题和今后研究的重点,并对同位素技术与方法在土壤水中应用前景进行了展望。     

黄土高原丘陵沟壑区流域不同水体氢氧同位素特征——以纸坊沟流域为例

为系统、全面地研究黄土高原丘陵沟壑区流域降水、地表水、土壤水的氢氧同位素特征,以纸坊沟流域为研究对象,通过测定流域范围内2015年3—9月降水、地表水、刺槐林土壤水和荒草地土壤水的氢氧同位素组成,分析了各水体氢氧同位素的δD-δ~(18) O关系和季节变化特征,阐明了土层深度、植被类型、坡向和坡位等下垫面因素对土壤水氢氧同位素的影响。结果表明:该流域当地大气降水线方程为δD=6.71δ~(18) O~-_3.22(n=18,R~2=0.96),地表水的蒸发线方程为δD=6.77δ~(18) O-5.32(n=13,R~2=0.72),土壤水的蒸发线方程为δD=3.50δ~(18) O~-_34.00(n=756,R~2=0.76);各水体δ~(18) O富集程度为:刺槐林土壤水≈荒草地土壤水降水地表水。降水与土壤水(刺槐林和荒草地)δ~(18) O季节效应明显,浅层50cm土壤水的平均传输时间约为1个月;地表水δ~(18) O变幅较小、组成均一、季节效应不明显,推断其为多次历史降水混合形成;4种下垫面因素对浅层50cm土壤水氢氧同位素影响程度为:土层深度坡向植被类型坡位。其中,土层深度对浅层土壤水δ~(18) O影响达到极显著水平。不同土层间土壤水δ~(18) O差异性随土层深度差值的增大而增大,且深度差超过15cm后呈极显著差异,推断纸坊沟流域地表15cm土层为受降水和蒸发影响的土壤水分活跃区。     

沙地土壤有机质与土壤水动力学参数的关系

试验测定了不同有机质含量的沙地土壤饱和导水率、水分特征曲线及一些水分常数,研究分析了沙地土壤有机质含量与水动力学参数的关系以及有机质影响沙地土壤水分运动的机理。结果表明沙地土壤有机质含量与几个水分常数均呈极显著线性相关,土壤水吸力相同时有机质含量越高,土壤含水量也越大;土壤有机质含量和<0.01mm物理性粘粒与土壤饱和导水率呈极显著线性负相关,沙地土壤有机质是影响水分动力学参数最重要的因子之一。     

Twenty years of conservation tillage research in subarctic Alaska: II. Impact on soil hydraulic properties

Soil management practices are needed in the subarctic that stabilize the soil against the forces of wind and water as well as conserve soil water for crop production. There is a paucity of information, however, regarding the long-term effects of conservation tillage on soil hydraulic properties in subarctic Alaska. The objective of this study was therefore to characterize infiltration, water retention, and saturated hydraulic conductivity of a soil 20 years after establishing tillage and straw management treatments in interior Alaska. The strip plot experimental design, established on a silt loam and maintained in continuous barley (Hordeum vulgare L.), included tillage as the main treatment and straw management as the secondary treatment. Tillage treatments included no tillage, autumn chisel plow, spring disk, and intensive tillage (autumn and spring disk) while straw treatments included retaining or removing stubble and loose straw from the soil surface after harvest. Soil properties were measured after sowing in spring 2004; saturated hydraulic conductivity was measured by the falling-head method, infiltration was measured using a double-ring infiltrometer, and water retention was assessed by measuring the temporal variation in in-situ soil water content. No tillage resulted in greater saturated hydraulic conductivity and generally retained more water against gravitational and matric forces than other tillage treatments. Infiltration was greater in autumn chisel plow than other tillage treatments and was presumably suppressed in no tillage by an organic layer overlying mineral soil. Infiltration was also enhanced by retaining straw on rather than removing straw from the soil surface after harvest. No tillage is not yet a sustainable management practice in this region due to lack of weed control strategies. In addition, the formation of an organic layer in no tillage has important ramifications for the soil hydrological and thermal environment. Therefore, minimum tillage (i.e., autumn chisel plow or spring disk) appears to be a viable management option for maximizing infiltration in interior Alaska.     

Temporal variation in topsoil water repellency in two recently burnt eucalypt stands in north-central Portugal

The aim of this study is to improve our knowledge of the temporal and spatial variations of soil water repellency following wildfire, in particular for the eucalypt stands that now dominate the landscape of north-central Portugal.     

林草间作地土壤低吸力段持水性能的初步研究

以庄浪县5种林草间作模式为对象,在田间采用张力计法测定各模式地的低吸力段土壤水分特征曲线,分析各模式地的土壤持水性能,比较不同模式地的比水容量,结果表明,各模式地土壤含水率随吸力变化较快;五种模式不同土层土壤持水力存在明显差异,表层土壤持水力较大,60cm土层土壤持水能力最差。仁用杏+红豆草模式地土壤持水能力和供水能力最强,是最为耐旱模式,油松+紫花苜蓿模式供水能力最差。     

红壤水问题及其管理

本文叙述了华中丘陵地区红壤水问题及其有效管理。指出了这一地区虽然年降雨量较多，但由于其分配极不均匀，伏旱秋旱非常严重，成为影响该地区农业生产的主要障碍因子之一。而红壤的贮水库容，特别是贮有效水的库容较低，土壤的有效含水量有限，更促进了伏秋旱的进一步发展。有计划的发展微喷灌溉，进行覆盖以及间或轮种深根植物利用深层贮水，能在相当程度上，提高红壤水资源的利用。     

Substantial rewetting phenomena on soil respiration can be observed at low water availability

Although metabolic activity of soil organisms is determined by water accessibility, little attention was given to rewetting with different water potentials. Rapid water potential increase induced a respiration pulse in organic layers in laboratory experiments and significant effects could be observed when soil below −6300 hPa was rewetted.     

用薄层土蒸发数据计算获得萎蔫含水量和高基模吸力段持水曲线

本研究对薄层土的含水量和薄层土所含水分的蒸发率的关系进行了理论分析 ,并在实验室测定了砂土、壤土、和粘壤土的薄层样品的水分蒸发过程。蒸发率迅速降低时的转折含水量被与压力锅法测定的萎蔫含水量相联系。薄层土蒸发数据还被用于计算高吸力段的持水曲线。vanGenuchten持水曲线模型经修改后可以很好拟合所计算的持水曲线数据     

山东省水土保持区划探讨

本文对山东省水土保持区划工作进行了探讨。作者根据全省自然条件、社会经济情况, 影响土壤侵蚀的诸因子, 及水土流失现状等综合因素, 提出了山东省水土保持区划原则, 并依据分区原则, 在水利部统一划分一级区、二级区的前提下, 将全省共划分3个三级区、12个三级亚区。     

Subsoil compaction by heavy sugarbeet harvesters in southern Sweden: III. Risk assessment using a soil water model

Due to its persistence, subsoil compaction should be avoided, which can be done by setting stress limits depending on the strength of the soil. Such limits must take into account soil moisture status at the time of traffic. The objective of the work presented here was to measure soil water changes during the growing period, use the data to calibrate a soil water model and simulate the soil susceptibility to compaction using meteorological data for a 25-year period. Measurements of soil water content were made in sugarbeet (Beta vulgaris L.) from sowing until harvest in 1997 on two sites classified as Eutric Cambisols in southern Sweden. Sampling was carried out at 2-week intervals in 0.1 m layers down to 1 m depth, together with measurements of root growth and crop development. Precompression stress of the soil at 0.3, 0.5 and 0.7 m depth was determined from uniaxial compression tests at water tensions of 6, 30, 60 and 150 kPa and adjusted as a logarithmic function of the soil water tension. Soil water content was simulated by the SOIL model for the years 1963–1988. Risk calculations were made for a wheel load of 8 t and a ground pressure of 220 kPa, corresponding to a fully loaded six-row sugarbeet harvester. Subsoil compaction was expected to occur when the major principal stress was higher than the precompression stress. The subsoil water content was very low in late summer, but increased during the autumn. At the end of August, there was practically no plant available water down to 1 m depth. There was in general good agreement between measured and simulated values of soil water content for the subsoil, but not for the topsoil. In the 25-year simulations, the compaction risk at 50 cm depth was estimated to increase from around 25% to nearly 100% between September and late November, which is the period when the sugarbeet are harvested. The types of simulation presented here may be a very useful tool for practical agriculture as well as for society, in giving recommendations as to how subsoil compaction should be avoided.     

安徽茶区水土流失因素分析及防治对策

作者通过调查研究认为茶区地形地貌、生态环境、土壤质地、茶树种植方式和日降雨量等是影响茶区水土流失的主要因素。并根据上述影响因子,提出了重视茶园水土保持工作,保护茶区生态环境,加强治理措施,实行立体复合间作等综合防治对策。