基于氢氧稳定同位素的黄河兰州段河岸植物水分来源

多枝柽柳和旱柳是北方地区河岸生态修复的良好树种,具有护河防洪、调节区域气候的作用和营造河岸地带植被景观的功能。本研究选取黄河兰州段沿岸2处样点,采集了多枝柽柳和旱柳木质部以及各潜在水源的样品,利用氧同位素直接对比法、贝叶斯混合模型MixSIAR和相似性比例指数(PS指数),分析了多枝柽柳和旱柳对各潜在水源的利用率以及两者之间的水分利用关系。结果表明: 在整个生长季,浅层土壤水(0～30 cm)是多枝柽柳和旱柳的主要水分来源,利用率分别为28.3%和24.4%,多枝柽柳对河水的利用率最小(16.6%),旱柳对地下水的利用率最小(17.9%);在土壤含水量较低的月份,植物会增加对河水和地下水的利用比例,样点S₁和S₂的PS指数分别为91.0%和87.7%,两个样点均在5月的PS指数最大,不同月份的水分利用关系存在一定的差异;处于河漫滩这一特殊地理位置,多枝柽柳和旱柳对各潜在水源的利用比较平均,最大程度地获取各潜在水源的水分,是一种最优的吸水模式。本研究可为开展黄河兰州段河岸休闲旅游活动和黄河流域生态环境保护中植物水分管理提供一定的理论基础。     

基于稳定氧同位素确定植物水分来源不同方法的比较

利用稳定同位素技术确定植物水分来源,对提高生态水文过程的认识和对干旱半干旱区的生态管理至关重要。目前基于稳定同位素技术确定植物水分来源的方法众多,但不同方法之间对比的研究较少。本研究基于原位样品采集,室内实验测试,利用直接对比法、多元线性混合模型(IsoSource)、贝叶斯混合模型(MixSIR、MixSIAR)和吸水深度模型分析植物水分来源,并对比各方法的优缺点。结果表明:相对于多元线性混合模型(IsoSource)而言,贝叶斯混合模型(MixSIR、MixSIAR)具有更好的水源区分性能,但对数据要求较高,且植物木质部水和潜在水源同位素组成的标准差越小,模型运行结果的可信度更高。本研究中贝叶斯混合模型(MixSIR)为最优解。在利用稳定氢氧同位素技术确定植物水分来源时,可先通过直接对比法定性判断植物可能利用的潜在水源,然后再用多元线性混合模型(IsoSource)、贝叶斯混合模型(MixSIR、MixSIAR)计算出各潜在水源对植物的贡献率和贡献范围,必要时可评估模型性能,选择出最优模型,定量分析植物的水分来源。若植物主要吸收利用不同土层深度的土壤水,可结合吸水深度模型计算出植物吸收土壤水的平均深度。本研究为干旱半干旱地区利用同位素技术确定植物水分来源方法的选择提供了理论依据。     

陕甘宁地区降水同位素云下二次蒸发效应

大气降水过程中,雨滴由云层底部降落至地面经过不饱和空气时发生的蒸发现象,即为云下二次蒸发,这会使得降水同位素组成发生改变。利用氢氧稳定同位素方法研究云下二次蒸发效应的时空变化及其成因,对探讨区域水循环过程具有重要意义。本研究基于陕甘宁地区2018年3月—2019年2月187个气象站逐小时气象数据,采用改进后的Stewart模型,分析了该区域蒸发剩余比(f)与降水过量氘变化量(Δd)的时空变化,并探讨了f以及气象要素与Δd的关系。结果表明: 从小时尺度来看,该区域各省f与Δd最小值均出现在白天,最大值出现在夜晚,即白天云下二次蒸发效应更明显。从月尺度来看,各省f、Δd月变化趋势较为一致,最小值多出现在夏半年,最大值多出现在冬半年,即夏半年云下二次蒸发效应更显著。研究区f、Δd值在季节尺度上的空间变化一致:春季,东、西部地区较大,中部较小;夏季,西北部地区偏小,其他地区偏大;秋季,由南向北减小;冬季,中部、南部较小,西部及东北部较大,研究区不同季节云下二次蒸发效应的空间差异显著。陕甘宁三省(区)f与Δd的线性关系的斜率均小于1‰·%^-1,这可能与该地区干旱半干旱气候具有较大关系。当气温较高,相对湿度、水汽压、降水量和雨滴直径较小时,Δd值较小,云下二次蒸发效应较明显。