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长江源区土壤水稳定同位素特征研究

冰川冻土 2024年第2期46卷 431-442页

作者：刘晓颖何宝军李宗杰刘梦晴徐斌桂娟崔乔赵越薛健段然兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 中国地质调查局军民融合地质调查中心四川成都610036 中国科学院西北生态环境资源研究院高寒山区同位素生态水文与国家公园观测研究站/甘肃省祁连山生态环境研究中心/干旱区生态安全与可持续发展重点实验室甘肃兰州730000

本文通过采集长江源区土壤样品,对不同深度土壤水分稳定同位素变化特征及其空间分布特征进行分析,使用端元混合径流分割模型对土壤水的来源进行计算,结果表明:土壤温度在0~100 cm范围内呈下降趋势,土壤含水率在0~80 cm范围内呈下降趋势,... 详细信息

本文通过采集长江源区土壤样品,对不同深度土壤水分稳定同位素变化特征及其空间分布特征进行分析,使用端元混合径流分割模型对土壤水的来源进行计算,结果表明:土壤温度在0~100 cm范围内呈下降趋势,土壤含水率在0~80 cm范围内呈下降趋势,80~100 cm范围内呈上升趋势;土壤水的δ^(2)H和δ^(18)O值在0~100 cm深度范围内波动变化,且变化趋势相似,土壤水的δ^(18)O及δ^(2)H值变化范围分别为-151.273‰~-63.605‰和-21.052‰~-8.676‰。土壤水的δ^(2)H和δ^(18)O在空间上总体呈西部富集,而东南部贫化的特点;蒸发线(EL)为δ^(2)H=7.23δ^(18)O-5.27(R^(2)=0.88);土壤水稳定同位素受到海拔梯度和土壤含水率的影响;降水对土壤水的贡献高于地下冰融水,且随着海拔梯度的增加,降水对土壤水分的贡献率呈现增加趋势,在4150~4777 m范围内降水对土壤水的贡献率为70%~94%;地下冰融水在海拔4150~4555 m范围内对土壤水的贡献率为8%~30%,在海拔4613~4777 m范围内贡献率下降,为6%~8%。本研究为深入了解长江源区土壤水分运动及稳定同位素研究提供了理论依据。

关键词：同位素特征土壤水长江源区贡献率

河套灌区典型区土壤水-地下水动态与转化关系研究

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农业机械学报 2022年第10期53卷 352-362页

作者：张文聪史海滨李仙岳李祯周慧王维刚内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018 高效节水技术装备与水土环境效应内蒙古工程研究中心呼和浩特010018

为确定限制引水背景下河套灌区土壤水-地下水动态及其转化关系,为优化农田水管理策略提供理论依据,选取河套灌区典型斗渠区域,基于2年土壤水、地下水的监测数据,分析在不同作物种植区、不同灌溉期的农田土壤水、地下水的动态变化规律。... 详细信息

为确定限制引水背景下河套灌区土壤水-地下水动态及其转化关系,为优化农田水管理策略提供理论依据,选取河套灌区典型斗渠区域,基于2年土壤水、地下水的监测数据,分析在不同作物种植区、不同灌溉期的农田土壤水、地下水的动态变化规律。运用水量平衡法对地下水浅埋区农田土壤水与地下水的转化关系进行定量研究,结果表明:生育期内农田土壤水分变化属于“灌溉降水入渗补充-腾发消耗型”;受灌溉影响,不同时期地下水埋深动态具有显著的灌溉型特征,土壤水渗漏补给地下水明显抬升地下水位,地下水排水和潜水蒸发又降低地下水位;在作物生育期内,土壤水与地下水进行双向补给,且不同时期具有不同的转化特征;研究区2年生育期内灌溉降水补给土壤水分别为544.56 mm和541.85 mm,平均腾发量为465.5 mm和434.8 mm,土壤储水量减少61.96 mm和63.1 mm,土壤水补给地下水为207.73 mm和236.94 mm。研究可为当地及相近地区农业节水灌溉提供科学依据。

关键词：河套灌区土壤水地下水水均衡典型区

长江源多年冻土区典型坡面土壤水稳定同位素特征

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长江流域资源与环境 2022年第2期31卷 426-435页

作者：邓国江刘光生陈联荣廖怡平厦门理工学院环境科学与工程学院福建厦门361000 福建省农村污水处理与用水安全工程研究中心福建厦门361000

识别多年冻土区坡面土壤水分迁移过程是认识寒区产汇流过程的关键。同位素技术可在不破坏土壤原始结构情况下,最大限度获取水文过程信息。基于长江源多年冻土流域活动层融化期(融化深度100 cm左右)采集的典型坡面土壤水、地下水、降水... 详细信息

识别多年冻土区坡面土壤水分迁移过程是认识寒区产汇流过程的关键。同位素技术可在不破坏土壤原始结构情况下,最大限度获取水文过程信息。基于长江源多年冻土流域活动层融化期(融化深度100 cm左右)采集的典型坡面土壤水、地下水、降水和河水样品,分析不同水体的稳定同位素特征,探索土壤水分迁移规律。结果表明:研究区土壤水δ^(18)O为-14.58‰~-1.58‰,均值为-8.25‰;δD为-103.88‰~-14.99‰,均值为-59.94‰;土壤水、河水和地下水同位素点均分布于局地大气降水线附近,表明降水为上述水体的主要来源;蒸发线的斜率和截距均小于局地大气降水线,其中地下水线(GWLE)的斜率最低,且地下水呈重稳定同位素富集现象,说明地下水受蒸发和混合效应的影响,在迁移转换过程中经历了一定程度的蒸发;根系层结构的复杂性使其土壤水的同位素值变幅最大,也存在重稳定同位素富集现象,其较低的氘盈余(d-excess)表明根系层经历了强烈的蒸发分馏过程;研究期除河水外其他水体随时间变幅较大;降水对于土壤水同位素的影响较小,而地下水和20~50 cm土壤水对河水的贡献占主导地位。本研究对于认识寒区产汇流过程具有积极意义,也为寒区径流过程模拟及预测提供参考依据。

关键词：多年冻土长江源区同位素土壤水补给来源

华北平原典型土地利用类型下包气带土壤水稳定同位素变化特征

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土壤学报 2023年第6期60卷 1626-1636页

作者：姜鹏举吴华武闵雷雷沈彦俊田丽慧张志华毕会涛河南农业大学林学院郑州450002 中国科学院南京地理与湖泊研究所/中国科学院流域地理学重点实验室南京210008 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心石家庄050022 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室西宁810016

基于华北平原典型土地利用类型(梨园、农田)包气带(>18m)土壤水同位素测定结果,分析了华北平原深层土壤水稳定同位素(δD、δ18O)特征,揭示了不同土地利用类型下包气带土壤水补给过程中蒸发和入渗的规律。结果表明,研究区大气降水线δD=... 详细信息

基于华北平原典型土地利用类型(梨园、农田)包气带(>18m)土壤水同位素测定结果,分析了华北平原深层土壤水稳定同位素(δD、δ18O)特征,揭示了不同土地利用类型下包气带土壤水补给过程中蒸发和入渗的规律。结果表明,研究区大气降水线δD=6.07δ18O–5.76(R2=0.86),土壤水δD、δ18O值均落在大气降水线下方,表明降水入渗补给土壤水过程中经历了强烈的蒸发作用;除梨园Ⅰ,土壤水同位素值变异系数浅层>中层>深层,表明浅层土壤水δD、δ18O波动较大,主要由于其易受到降水和蒸发的影响,随土壤剖面深度的增加,蒸发和降水的影响逐渐变弱;梨园Ⅰ深层土壤水同位素变异系数较大,表明该样点深层土壤水受到地下水波动的影响;梨园浅层土壤水氘盈余(d-excess)较农田大,说明农田浅层土壤水蒸发强度大于梨园;0.25~0.5m深处土壤水均出现δD、δ18O的明显富集,主要受土壤质地分层影响导致土壤水入渗受阻,同位素较为富集的土壤水在此深度层积聚;而梨园2~5 m出现δD、δ18O的贫化现象,主要是梨树根系埋深使得降水以优先流形式补给至此土壤层。梨园和农田包气带土壤水δD、δ18O垂直剖面上差异显著,表明了华北平原不同土地利用方式的包气带土壤水入渗过程有明显差异,梨园包气带土壤水入渗过程主要以优先流补给影响。本研究为深入了解华北平原农田区厚包气带水分运动、氮素迁移转化与地下水水质之间的关系提供了理论依据。

关键词：华北平原土壤水稳定同位素土地利用包气带

气候变化下长江源土壤水时空演化及其环境响应

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水文地质工程地质 2023年第5期50卷 39-52页

作者：刘勇魏良帅黄安邦彭博舒勤峰中国地质科学院探矿工艺研究所四川成都611734

气候变化下,长江源区生态环境和水文循环出现了显著改变。土壤水是水文循环的重要组成部分,正确认识土壤水时空分布规律及其环境响应机制是深入理解长江源区水文循环和生态环境变化的基础。以地面原位观测数据为基础,利用欧洲航天局最... 详细信息

气候变化下,长江源区生态环境和水文循环出现了显著改变。土壤水是水文循环的重要组成部分,正确认识土壤水时空分布规律及其环境响应机制是深入理解长江源区水文循环和生态环境变化的基础。以地面原位观测数据为基础,利用欧洲航天局最新开发的长时间序列和多传感器组合的全球土壤体积含水量数据集(ESA CCI SM V07.1)揭示了长江源区地表土壤水的时空演化规律,探讨了构造作用和冻土类型对土壤水的影响机制。结果表明:(1)长江源地表土壤体积含水量主要集中在0.15~0.20 m^(3)/m^(3)之间,在6—10月处于全年最高值;(2)在垂向上,由表层到深部土壤体积含水量主要呈现出增大-减小-稳定趋势,深部土壤水相对表层有明显的滞后特征,滞后时间一般为1~2个月;(3)在平面上,地表土壤体积含水量整体呈现东南高,并向西北逐渐递减的趋势。越临近构造断裂带,土壤体积含水量越低,且随深度增加呈现出一定的加剧趋势;(4)多年冻土区的地表土壤体积含水量相比邻近区域的季节性冻土区域高,季节性冻土区的地表土壤体积含水量波动变化幅度小于多年冻土区;(5)近40 a来,地表冻土有逐渐融化趋势,2000年后冻土融化加剧,地表土壤体积含水量增加明显。研究成果对于深入理解长江源区水文循环和生态环境的变化具有重要理论意义,可为长江源区水文循环和水资源管理提供参考依据。

关键词：长江源土壤水冻土遥感监测环境响应

玛纳斯河流域土壤水稳定同位素特征及运移机制

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农业资源与环境学报 2022年第4期39卷 690-697页

作者：李雅琴李发东张秋英乔云峰李俊峰田超 KHASANOV Sayidjakhon 李艳红何新林石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 中国环境科学研究院北京100012 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站山东禹城251200 中国科学院大学资源与环境学院北京100190 新疆师范大学地理科学与旅游学院乌鲁木齐830054

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... 详细信息

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δ^(18)O值,对同位素δD和δ^(18)O值进行数据分析。结果表明:δD和δ^(18)O最大值位于0~5 cm土层,分别为-25.64‰和-0.19‰;δD和δ^(18)O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δ^(18)O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δ^(18)O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。

关键词：稳定同位素土壤水农田玛纳斯河流域

青藏高原东北部高寒山区土壤水文属性数据和土壤水定位观测网

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中国科学：地球科学 2023年第8期53卷 1775-1794页

作者：田杰张宝庆王学锦贺缠生兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室旱区流域科学与水资源研究中心兰州730000 Department of Geography Environmentand TourismWestern Michigan UniversityKalamazooMichigan 49008USA 兰州大学大野口水文过程观测研究站兰州730000

土壤水文属性和土壤水分是水文和能量循环过程的重要变量.位于青藏高原的高寒山区由于缺乏相应的实测数据集,导致对该区域土壤水文属性和土壤水分的时空特征认识不足.本文基于黑河上游祁连山区206个土壤水文属性采样点(采样深度为5和25... 详细信息

土壤水文属性和土壤水分是水文和能量循环过程的重要变量.位于青藏高原的高寒山区由于缺乏相应的实测数据集,导致对该区域土壤水文属性和土壤水分的时空特征认识不足.本文基于黑河上游祁连山区206个土壤水文属性采样点(采样深度为5和25cm)和32个土壤水分长期监测点(监测与采样深度为5、15、25、40和60cm),构建了祁连山区土壤水文属性数据集和土壤水长期定位监测网,分析了土壤水文属性和土壤水分的时空变化特征,评估了现有的大尺度土壤水文属性数据集(HWSD与SoilGrid数据集的土壤质地与容重数据,以及戴永久及张永根分别开发的土壤饱和导水率数据)和土壤水产品(遥感产品、再分析产品和数据同化产品)在祁连山区的适用性.结果表明,研究区土壤含水量从东南向西北递减,且在0~70cm范围内随深度增加而降低;2014~2020年期间,祁连山区年平均土壤含水量呈下降趋势.结果发现,目前通用的大尺度土壤属性数据集在祁连山区存在较大偏差,无法准确反映山区土壤水文属性的空间异质性;HWSD和SoilGrid数据集高估了研究区0~30cm的土壤黏粒、砂粒含量和土壤容重,低估了土壤粉粒含量;研究区HWSD数据集对土壤属性的估算误差高于SoilGrid数据集.遥感产品对祁连山区土壤水的估算精度优于再分析产品和数据同化产品;再分析产品对土壤水估算的绝对误差较大,数据同化产品对土壤水的时间变化趋势估算不准确.因此,本研究表明有必要在高海拔山区开展大尺度土壤属性野外采样以及长期土壤水定位监测,以促进该区域水文和陆面模型的发展.本研究构建的数据集为祁连山区土壤水文过程相关研究提供了基础数据,有助于深入认识山区水循环过程.

关键词：祁连山区土壤水文属性土壤水土壤属性数据集土壤水产品

基于数值模拟的土壤水力参数对土壤水长程相关性的影响分析

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水土保持学报 2022年第1期36卷 80-85,94页

作者：李玲武冬冬王铁军狄崇利天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院天津300072 天津市环渤海关键带科学与可持续发展重点实验室天津300072

为探究不同气候条件下土壤水力参数对土壤水长程相关性的影响,利用HYDRUS-1D模型,以湿润、半干旱和干旱气候区的气象数据为驱动,结合生成的砂土和黏壤土土壤水力参数集,模拟生成土壤水时间序列集;而后,利用去趋势波动分析法对生成的土... 详细信息

为探究不同气候条件下土壤水力参数对土壤水长程相关性的影响,利用HYDRUS-1D模型,以湿润、半干旱和干旱气候区的气象数据为驱动,结合生成的砂土和黏壤土土壤水力参数集,模拟生成土壤水时间序列集;而后,利用去趋势波动分析法对生成的土壤水数据进行长程相关性分析。结果表明:(1)土壤水标度指数(h)介于0.570~1.915,土壤水中存在显著的长程相关性。砂土中土壤水变化主要表现为持续性,黏壤土中持续性和反持续性均较为显著。(2)土壤水长程相关性与土层深度、黏粒含量、干旱指数存在正相关关系。(3)影响土壤水长程相关性的主要土壤水力参数包括土壤孔隙分布参数(n)、进气值倒数(α)和饱和导水率(K_(s))。在砂土中,n是所有气候区中土壤水长程相关性的主要控制参数;在黏壤土中,α是湿润区、α和K_(s)是干旱和半干旱区土壤水长程相关性的主要控制参数。研究结果为揭示土壤水长期演变机理提供依据。

关键词：土壤水长程相关性去趋势波动分析法 HYDRUS-1D 土壤水力参数

青海湖沙柳河流域土壤水氢氧稳定同位素组成与土壤贮水量关系

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中国沙漠 2022年第6期42卷 153-164页

作者：侯瑶芳曹生奎曹广超王志刚王有财康利刚青海师范大学地理科学学院/青海省自然地理与环境过程重点实验室/青藏高原地表过程与生态保育教育部重点实验室/青海省人民政府-北京师范大学高原科学与可持续发展研究院青海西宁810008

氢氧稳定同位素技术和土壤贮水量是探究区域土壤水分特征的有效手段。基于青海湖沙柳河流域土壤水氢氧稳定同位素组成(δ2H和δ^(18)O)和土壤贮水量数据,分析其在流域的空间分布特征,探讨土壤水氢氧稳定同位素组成和土壤贮水量之间的相... 详细信息

氢氧稳定同位素技术和土壤贮水量是探究区域土壤水分特征的有效手段。基于青海湖沙柳河流域土壤水氢氧稳定同位素组成(δ2H和δ^(18)O)和土壤贮水量数据,分析其在流域的空间分布特征,探讨土壤水氢氧稳定同位素组成和土壤贮水量之间的相关性。结果表明:(1)沙柳河流域土壤水δ^(18)O值从西北向东南呈现富集—贫化—富集的趋势;土壤水d-excess值在流域南部最低,在流域东北部支流上游地区最高。(2)土壤贮水量在流域空间分布上表现为北高南低的趋势。(3)土壤水δ^(18)O值、d-excess值与土壤贮水量间存在分段线性关系。当0—30 cm各土层土壤贮水量≤30 mm时,各土层土壤贮水量与土壤水δ^(18)O值分别显著负相关、与d-excess值显著正相关。青海湖沙柳河流域自然地理环境和植被特征的空间差异导致其土壤水氢氧稳定同位素组成和土壤贮水量表现出明显的空间变异性。温度变化对土壤水氢氧稳定同位素组成与土壤贮水量之间的相关性影响是通过其对土壤蒸发作用的影响来实现的。

关键词：土壤水氢氧稳定同位素组成土壤贮水量青海湖沙柳河流域