基于氫氧同位素示蹤的土壤水運(yùn)動(dòng)與水體轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律，有助于認(rèn)識(shí)水循環(huán)機(jī)理，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。本文通過(guò)室內(nèi)土柱模擬試驗(yàn)，結(jié)合室外人工梯田試驗(yàn)和野外定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，采用土壤入滲模型和氫氧同位素示蹤技術(shù)研究了土壤水分運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)化特征，分析了土壤水分累積補(bǔ)給量、濕潤(rùn)峰、土壤含水量變化特征，揭示了水分在土壤中的運(yùn)動(dòng)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(wèn)的轉(zhuǎn)換特征。得出了以下結(jié)論：
　　(1)闡明了不同補(bǔ)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(bǔ)給和二水源補(bǔ)給方式下，濕潤(rùn)峰和累積補(bǔ)給量與時(shí)間為冪函數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。當(dāng)僅有地下水補(bǔ)給時(shí)，地下水上升高度總體上隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，但隨時(shí)間段的不同呈現(xiàn)出對(duì)數(shù)增長(zhǎng)、指數(shù)增長(zhǎng)以及線性增長(zhǎng)3個(gè)不同階段。在相同的補(bǔ)給方式下，黃綿土的保水性能較差。相同土壤類(lèi)型下，土壤含水量表現(xiàn)為二水源補(bǔ)給>地下水補(bǔ)給>入滲補(bǔ)給。
　　(2)基于氖氧同位素示蹤技術(shù)研究了土壤水同位素變化特征及土柱水滯留時(shí)間。當(dāng)土壤水補(bǔ)給

3、來(lái)源唯一時(shí)，土壤水氫氧同位素與體積含水量有明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，二水源補(bǔ)給時(shí)，土壤水氫氧同位素與體積含水量不相關(guān)。兩種水源補(bǔ)給土壤水時(shí)，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(bǔ)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(lèi)型土壤飽和出流水氫氧同位素之間存在線性關(guān)系，黃綿土土柱水滯留時(shí)問(wèn)集中且較短，約為

4、1300～1400min，而黃棕壤土土柱水滯留時(shí)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(dòng)劇烈，而40cm以下波動(dòng)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(yīng)減弱。下層土壤由于水分不斷遷移，重同位素逐漸向下運(yùn)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(dǎo)率相關(guān)值(TDRL)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤水δ6D和δ18O與土壤溫度、大氣溫度、風(fēng)速、蒸發(fā)量、相對(duì)濕度、濕度均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。
　　(4)利用氫氧同位素示蹤技術(shù)，揭示了不同生長(zhǎng)期玉米根系吸水策略。生長(zhǎng)期內(nèi)，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(xiàn)率分別為91．4％和83．6％；開(kāi)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(xiàn)率為71．7％；死亡期主要吸收0～20cm和40～60cm土壤水，其貢獻(xiàn)率分別為49．5％和46．4％。
　　(5)研究了不同土地利用類(lèi)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(yùn)移方式不同：林地為活塞式