干熱河谷不同土地利用類型下土壤水氫氧同位素研究

1、    干熱河谷不同土地利用類型下土壤水氫氧同位素研究    李猛 段旭摘要：近年來，水資源問題一直是國內(nèi)外重點關(guān)注的焦點之一。土壤水作為水資源的一種存在形式，成為國際學(xué)者研究的熱點之一。土壤水是農(nóng)業(yè)和自然植被所需水的主要來源，維持著全球初級生產(chǎn)力形成、能量平衡和物質(zhì)傳輸，研究土壤水 和 特征對于土壤水補(bǔ)給機(jī)理、水分的再分配機(jī)制、養(yǎng)分及污染物在土壤中的運移等都具有重要的意義，且調(diào)節(jié)土壤水和地下水穩(wěn)定同位素的季節(jié)變化，維持一個地區(qū)水體穩(wěn)定同位素平衡中起著重要作用，這都充分說明開展土壤水穩(wěn)定同位素研究的必要性。關(guān)鍵詞：土壤水;氫氧同位素;干熱河谷土壤水作為水

2、循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一，是聯(lián)系地表水、地下水以及大氣水的紐帶，在水資源的形成、轉(zhuǎn)化與運移過程中發(fā)揮著重要的作用1 。其由于受同位素分餾作用影響，土壤水氫氧穩(wěn)定同位素組成具有顯著的特征變化。研究其組成變化特征以及土壤水及地下水的補(bǔ)給過程，不僅對區(qū)域水資源評價非常重要，也有利于研究流域水文過程2 。傳統(tǒng)方法主要研究水分在入滲過程中水力參數(shù)特點，利用水力參數(shù)建立土壤水運動模型，例如kostiakov模型、philip模型、green-ampt模型等。國內(nèi)外關(guān)于土壤蒸發(fā)與土壤水 和 之間關(guān)系的研究也比較多3 。尤其在最近20年里，穩(wěn)定同位素技術(shù)作為一項新的比較成熟的技術(shù)在水文地質(zhì)的各個領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用

3、，在土壤水分的利用和運移研究中也應(yīng)用了同位素方法，并取得了良好的效果。土壤水 和 還可以作為天然示蹤劑來研究土壤水的人滲、蒸發(fā)以及蒸騰4 ，根據(jù)土壤水 和 貧富程度可以獲得土壤水的運移信息，揭示土壤水文過程機(jī)理。尤其氫氧穩(wěn)定同位素作為水分子的組成部分，具有良好的指示作用，相對其它傳統(tǒng)方法而言具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性，可以用來揭示土壤水運動中的很多水文過程信息如土壤水的蒸發(fā)、降水入滲和土壤水的遷移過程5 等，從而為研究土壤水分運移規(guī)律及其補(bǔ)給機(jī)理提供依據(jù)6 。有研究表明蒸發(fā)對土壤水穩(wěn)定同位素變化的影響，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)越強(qiáng)烈越容易導(dǎo)致較重的同位素在土壤表層的富集7 。國內(nèi)土壤水同位素研究起步較晚，但發(fā)展

4、迅速，在野外和室內(nèi)實驗方面開展了諸多研究。例如王仕琴等8 選擇華北平原中、東部地下水淺埋區(qū)的衡水和滄州為典型實驗點，研究不同降水特征、土壤質(zhì)地和植被條件下入滲過程的差異性。結(jié)果表明，土壤非均質(zhì)條件下，降水入滲補(bǔ)給過程中伴隨著蒸發(fā)、植被蒸騰作用以及與土壤前期水分的強(qiáng)烈混合作用;孫曉旭等9 根據(jù)兩種不同性質(zhì)的土壤-砂和黃土，在室內(nèi)模擬了平衡條件下土壤水分的蒸發(fā)及降水在土壤中的入滲過程，分析了土壤水和土柱出流水的氫氧同位素特征;陳曦等10 根據(jù)黃土源區(qū)降水氫氧穩(wěn)定同位素的組成特征，進(jìn)而分析了其水汽來源，結(jié)果表明同位素有明顯的年內(nèi)變化。但目前針對元謀干熱河谷地區(qū)土壤水 和 特征，尤其是不同土地利用類型

5、下深層土壤水 和 變化的研究還比較少見，為此，對干熱河谷區(qū)元謀縣老鄉(xiāng)域水土保持綜合治理示范區(qū)為試驗點，運用穩(wěn)定氫氧同位素的示蹤技術(shù)，對該區(qū)內(nèi)不同土地利用類型下土壤水采樣并測定 和 值，分析土壤水 和 剖面分布及變化特征，探究元謀干熱河谷區(qū)不同土地利用類型下的土壤水 和 規(guī)律，為揭示干熱河谷區(qū)深層土壤干燥化形成的水分動力學(xué)機(jī)制，及進(jìn)一步研究干熱河谷區(qū)潛水補(bǔ)給提供依據(jù)，并為解決植被的實際需水、植被恢復(fù)等問題有重要的參考價值。干熱河谷區(qū)是世界上主要的生態(tài)脆弱帶之一，其生態(tài)環(huán)境問題是國際地學(xué)研究的熱點。尤其水資源短缺和合理利用是干熱河谷區(qū)面臨的一個嚴(yán)峻問題，解決問題的關(guān)鍵是要深入了解水循環(huán)機(jī)理，而分析

6、不同土地利用類型下土壤水穩(wěn)定同位素變化特征是應(yīng)用同位素技術(shù)研究水循環(huán)機(jī)理必須的前提。目前，干熱河谷區(qū)土壤水氫氧穩(wěn)定同位素的組成關(guān)系及其主要影響因素、水汽來源等方面的研究取得了一些進(jìn)展。然而，現(xiàn)有研究對該區(qū)土壤水氫氧穩(wěn)定同位素時空變化特征缺乏更深入的認(rèn)識。因此，運用穩(wěn)定同位素的示蹤技術(shù)，以金沙江干熱河谷區(qū)不同土地利用類型下土壤水進(jìn)行氫氧穩(wěn)定同位素分析，探討了不同土地利用類型下土壤水氫氧穩(wěn)同位素組成變化特征，為進(jìn)一步深入研究流域生態(tài)水文過程奠定了基礎(chǔ)。對于掌握干熱河谷區(qū)土壤的水分運動機(jī)制，特別是干旱區(qū)植物用水機(jī)制、生態(tài)需水、植被恢復(fù)等關(guān)鍵性問題具有重要的意義以及在生態(tài)環(huán)境功能優(yōu)化中也發(fā)揮關(guān)鍵作用。

7、參考文獻(xiàn)：1 喬冰清.土壤中不同形態(tài)水的化學(xué)組成研究d.南京大學(xué)，2015.2 郭小燕.基于穩(wěn)定同位素和水化學(xué)的疏勒河流域水文過程研究d.中國科學(xué)院大學(xué)，2015.3 吳友杰，杜太生.覆膜溝灌下土壤水氫氧同位素分布特征及其水分運動規(guī)律研究j.中國農(nóng)村水利水電，2016（9）：73-76.4 zhonghe pang，lijuan yuan，tianming huang，et al.impacts of human activities on the occurrence of groundwater nitrate in an alluvial plain：a multiple isotopi

8、c tracers approachj.journal of earth science，2013，24（1）：111-124.5 王晶晶.土壤作物系統(tǒng)中水分及其氫氧穩(wěn)定同位素的動態(tài)與農(nóng)田耗水特征d.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.6 劉宏偉，徐明，管清浩.銀川地區(qū)大氣降水中氫氧穩(wěn)定同位素的變化特征及影響因素分析j.水科學(xué)與工程技術(shù)，2012（1）：88-90.7 沈業(yè)杰，彭新華.鷹潭地區(qū)大氣降水中氫氧穩(wěn)定同位素特征研究j.生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2014（1）：101-105.8 王仕琴，宋獻(xiàn)方，肖國強(qiáng)，等.基于氫氧同位素的華北平原降水入滲過程j.水科學(xué)進(jìn)展，2009，20（4）：495-501.9 孫曉旭，陳建生，譚紅兵，等.蒸發(fā)與降水入滲過程中土壤水氫氧同位素變化室內(nèi)實驗j.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011.10 陳曦，李志，程立平，等.黃土塬區(qū)大氣降水的氫氧穩(wěn)定同位素特征及水汽來源j.生態(tài)學(xué)報，2016，36（1）：98-106.基金項目：云南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（s201710677014）（作者單位：西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院）科學(xué)導(dǎo)報·學(xué)術(shù)2019年1