基于氫氧同位素示蹤的土壤水運動與水體轉化特征研究.pdf

1、土壤水是陸地水循環(huán)的重要組成部分，研究土壤水分運動規(guī)律，有助于認識水循環(huán)機理，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學指導。本文通過室內土柱模擬試驗，結合室外人工梯田試驗和野外定點監(jiān)測，采用土壤入滲模型和氫氧同位素示蹤技術研究了土壤水分運動與轉化特征，分析了土壤水分累積補給量、濕潤峰、土壤含水量變化特征，揭示了水分在土壤中的運動特征以及降水、地表水、地下水、土壤水、植物根系水等不同水體問的轉換特征。得出了以下結論：
　　(1)闡明了不同補給方式下的土壤

2、入滲特征和土壤含水量變化特征。入滲補給和二水源補給方式下，濕潤峰和累積補給量與時間為冪函數(shù)增長關系。當僅有地下水補給時，地下水上升高度總體上隨時間的變化呈現(xiàn)線性增長趨勢，但隨時間段的不同呈現(xiàn)出對數(shù)增長、指數(shù)增長以及線性增長3個不同階段。在相同的補給方式下，黃綿土的保水性能較差。相同土壤類型下，土壤含水量表現(xiàn)為二水源補給>地下水補給>入滲補給。
　　(2)基于氖氧同位素示蹤技術研究了土壤水同位素變化特征及土柱水滯留時間。當土壤水補給

3、來源唯一時，土壤水氫氧同位素與體積含水量有明顯負相關關系，二水源補給時，土壤水氫氧同位素與體積含水量不相關。兩種水源補給土壤水時，黃綿土土壤水主要由土壤初始水和地下水源組成，其中土壤初始水所占比例大于地下水補給水源，而入滲水源占有很少比例；黃棕壤土65cm以上土壤水主要由入滲水源和土壤初始水組成，而在65cm以下，地下水比例增大，入滲水源比例減小。兩種土壤類型土壤飽和出流水氫氧同位素之間存在線性關系，黃綿土土柱水滯留時問集中且較短，約為

4、1300～1400min，而黃棕壤土土柱水滯留時間分散，約為1400～6000min。
　　(3)分析了梯田土壤水同位素變化特征及其影響因素。梯田土壤水δD與δ18O隨深度增加先減小后增大，表層0～40cm土壤水δD與δ18O波動劇烈，而40cm以下波動較為平緩。表層土壤水由于蒸發(fā)分餾富集重同位素，中層δD與δ18O蒸發(fā)分餾效應減弱。下層土壤由于水分不斷遷移，重同位素逐漸向下運移，土壤水δD與δ18O不易發(fā)生改變。土壤水δD和δ1

5、8O與土壤體積含水量θ、電導率相關值(TDRL)呈顯著負相關關系。土壤水δ6D和δ18O與土壤溫度、大氣溫度、風速、蒸發(fā)量、相對濕度、濕度均無顯著相關關系。
　　(4)利用氫氧同位素示蹤技術，揭示了不同生長期玉米根系吸水策略。生長期內，根系吸水深度先增大后減??；出苗期和拔節(jié)期主要吸收0～20cm土壤水，貢獻率分別為91．4％和83．6％；開花吐絲期吸收20～60cm土壤水，其中20～40cm土壤水占40．1％，40～60cm土壤水

6、占29．3％；成熟期主要吸收40～60cm土壤水，貢獻率為71．7％；死亡期主要吸收0～20cm和40～60cm土壤水，其貢獻率分別為49．5％和46．4％。
　　(5)研究了不同土地利用類型下土壤水同位素分布特征。不同土地利用下，土壤水氫氧同位素值在表層差異較大，隨土壤深度增加土壤水同位素值趨于一致，均表現(xiàn)為上層貧化，深層富集，且表層0～20cm受蒸發(fā)分餾影響大，分餾程度表現(xiàn)為農(nóng)地>草地>林地；但土壤水運移方式不同：林地為活塞式