OIPC和RCWIP降水氢氧稳定同位素数据在新疆天山地区的适用性

降水中氢氧稳定同位素的空间分布是同位素水文学和同位素生态学研究的基础资料,近年来高空间分辨率的氢氧稳定同位素分布数据产品获得了越来越多的重视。利用新疆天山地区实测降水同位素数据,评估两套常用的全球降水同位素分布模拟数据(OIPC和RCWIP)的适用性。结果表明:从时间尺度来看,两套产品在夏半年(4-10月)的模拟效果明显优于冬半年(11月-次年3月);在各自然区中,准噶尔盆地荒漠自然区的模拟效果相对较好,而吐鲁番盆地-哈密(戈壁)荒漠自然区模拟效果相对较差。通过均方根误差、线性判定系数、平均偏置误差、平均绝对误差等指标的比较,在本研究区内RCWIP数据产品对降水同位素值的模拟效果比OIPC的效果好。结合乌鲁木齐多年降水氢氧稳定同位素数据,发现降水同位素年际变化差异并未明显影响到代表性,在缺乏长期监测的情况下这两套数据仍有重要的使用价值。

鄂尔多斯盆地大气降雨氢氧同位素的组成与季节效应

通过对鄂尔多斯盆地雨水同位素的分析，建立了盆地雨水线方程，计算出雨水氢氧同位素的加权平均值，为开展鄂尔多斯盆地地下水氢氧同位素的研究提供了依据；分析了雨水δ^18O与气温、降雨量和季节的变化关系，总结出鄂尔多斯盆地冬季雨水δ^18O较低，春季雨水δ^18O较高，夏季雨水δ^18O亏损的特点，得出雨水来源和形成温度是鄂尔多斯盆地雨水同位素组成随季节变化根本原因的结论。

大气水汽稳定同位素组成在生态系统水循环中的应用

水汽稳定同位素组成(δv)可以为水循环研究提供大量有价值的信息。近年来,稳定同位素红外光谱技术(isotope ratio infrared spectroscopy,IRIS)的发展为获得高时间分辨率的水汽稳定同位素原位测量数据提供了可能。在水汽稳定同位素组成研究取得了巨大进展的同时,适时对δv及其在生态系统水循环应用的研究进展进行综述,可以为后续研究提供借鉴和参考。从5个方面对水汽稳定同位素组成的研究进行了详述,分别是:1水汽稳定同位素分析仪的在线校正;2δv的变化规律;3氘过量的变化特征;4蒸散发组分的区分;5叶片水18O富集的估算。目前水汽稳定同位素的观测站点十分稀少,尽快建立全球的水汽稳定同位素观测网络并进行长时间的连续观测,将大大促进生态系统水循环和生态过程解析及其模拟方面的研究。同时,将稳定同位素在线观测数据和通量观测以及遥感模型结合起来,可以更好地揭示区域乃至全球水循环模式和机理机制。

稳定性C、H、O、N、S同位素在绿茶产区溯源的应用

为确定稳定同位素对绿茶溯源的可行性。利用同位素质谱仪测定来自安徽、福建、贵州、山东、四川、浙江、西藏7地区的绿茶样品的碳、氢、氧、氮、硫同位素。通过比较分析不同地域来源的绿茶中稳定性碳、氢、氧、氮、硫同位素组成特征。结果表明,各地区绿茶中稳定性碳、氢、氧、氮、硫同位素存在一定差异。多同位素指标组合判别效果好于单一同位素指标的判别效果,稳定性碳、氢、氧、氮、硫同位素指标组合分析是绿茶产地溯源的有效指标,准确率可达84.8%。利用稳定性碳、氢、氧、氮、硫同位素指标与多元统计分析方法相结合可以对不同地域来源的绿茶进行有效区分。

有机物对红外光谱技术测定植物叶片和茎秆水δ^(18)O和δD的影响

植物叶片、茎秆和土壤水δ18O和δD是研究土壤植被大气系统生态水文循环过程的重要示踪剂。与传统的稳定同位素质谱(IRMS)技术相比,稳定同位素红外光谱(IRIS)技术具有测量速度快、运行成本低等优势,将促进稳定同位素生态学的发展。但是利用低温真空蒸馏抽提技术获得的植物叶片和茎秆水中含有甲醇和乙醇类有机污染物,造成δ18O和δD的IRIS测量值偏离IRMS测量值(2.64±0.43)‰和(3.6±0.8)‰,超过了仪器精度。本研究利用纯水混入不同浓度的色谱纯甲醇或乙醇,结合Los Gatos公司的光谱分析软件确定甲醇(NB)和乙醇(BB)类物质污染程度的光谱度量值,建立了δ18O和δD的光谱污染校正方法。研究表明,同一台分析仪建立的校正曲线无明显的时间漂移;不同分析仪建立的校正曲线存在显著差异;IRIS校正值与IRMS测量值的交叉验证表明,IRIS测定冬小麦和夏玉米叶片和茎秆水的δ18O和δD可以被准确地校正,与IRMS的差值分别为(0.11±0.12)‰和(0.7±0.4)‰。

新疆鄯善县水环境氢氧同位素特征及其指示作用

根据鄯善县氢氧稳定同位素资料及氘盈余(d)值,分析了地表与地下水体的δD、δ18O和d值的分布规律,并得到地下水的主要补给来源及其与地表水的相互作用关系;地下水的δD在-87.88‰^-65.97‰间,δ18O在-9.4‰^-12.37‰间;地表水的δ18O在-10.08‰^-13.63‰间,d在14.12‰~32.19‰间。结果表明:鄯善县地下水和地表水同源于大气降水,且经历了较强的蒸发作用;地下水与地表水之间的水力联系较弱,深层地下水主要接受河水在洪积扇区的入渗补给,浅层地下水主要接受河流引水灌溉入渗;不同深度地下水之间的水力联系较为密切,为统一的地下水系统。

上海降水中氢氧同位素特征及与ENSO的关系

基于收集2014年8月至2015年8月上海70个降水样品,分析上海降水同位素特征与温度、降水量的相关关系,分析不同时间尺度下降水中δ^(18)O、氘盈余与ENSO事件的联系.结果表明上海地区大气降水中δD与δ^(18)O冬春较高,夏秋较低.上海大气降水线方程截距和斜率比全球降水线方程偏小,可能是因为降水过程中受到不平衡的二次蒸发.在不同的时间尺度下,上海地区降水中δ^(18)O与气温和降水量具有不同的相关关系,冬季存在着较弱的温度效应,而全年呈现出较显著的降水量效应,受大气环流过程影响明显.取样期间,降水中δ^(18)O与d值(过量氘)清晰记录了La Ni1a向El Ni1o之间的过渡,拉尼娜期间,降水中δ^(18)O与d值偏负;El Ni1o期间,δ^(18)O与d值偏正.

塔里木河上游胡杨(Populus euphratica、柽柳(Tamarix ramosissima)水分来源的稳定同位素示踪

通过分析塔里木河上游胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)茎干水和各潜在水源(河水、土壤水、地下水)的δD、δ^(18)O同位素组成,应用多水源混合模型(IsoSource模型)研究了胡杨、柽柳的水分来源和对各潜在水源的利用比例。结果表明:0~100cm土壤水受蒸发影响大,土壤水δ^(18)O值偏大;100~300cm土壤水和地下水δ^(18)O值偏小且各点不存在显著差异。柽柳茎干水的δ^(18)O值小于胡杨,且均随河岸距离增加而减小;在河岸,胡杨最多能利用14.2%的河水,柽柳对河水的利用比例最大达到35.3%,二者对浅层0~100cm土壤水的利用比例较高;远离河岸,胡杨主要利用大于120cm的土壤水和地下水,对地下水的利用比例40%~50%,柽柳以地下水作为其主要水源,最大利用比例达到94.5%。胡杨生长需要适宜的地下水埋深条件(350~420cm),柽柳在浅地下水埋深和大于450cm的深地下水埋深条件下均能良好生长,对不同水分条件的适应能力优于胡杨。

托来河流域不同海拔降水稳定同位素的环境意义

为了探讨祁连山中段托来河流域不同海拔降水稳定同位素的环境意义,依据该流域托勒站(3 367 m)和嘉峪关站(1 658 m)的降水样品和气象数据,分析了降水稳定同位素的时间变化、局地大气水线、海拔变化,讨论了降水稳定同位素与温度、降水量、平均水汽压和相对湿度的关系.结果表明,研究时段内托勒站和嘉峪关站降水稳定同位素具有一定的季节变化特征,托勒站表现为夏秋较高值,冬春季为较低值,与托勒不同的是,嘉峪关站春季较高,其他季节较低.嘉峪关站降水δ^(18)O和d-excess值展现出显著的反向变化趋势,托勒站则不显著,随海拔升高对应的相关系数呈下降趋势,反映了内陆河流域低海拔地区存在较强的云下蒸发,同时高海拔地区受局地水汽再循环的强烈影响;从嘉峪关到托勒站大气降水线的斜率和截距都明显升高,表现出从低海拔到高海拔的增加趋势;处于高海拔地区托勒站的温度效应比低海拔地区的嘉峪关站更显著,对于气温在10℃以上的降水事件而言,托勒站δ^(18)O与气温呈显著正相关,嘉峪关站则表现出相反的变化趋势,可能是嘉峪关站云下蒸发对高降水量事件稳定同位素的富集作用减弱,使得呈现降水量效应;从托勒站到嘉峪关站,δ^(18)O和dexcess与平均水汽压的正相关关系减弱,变化幅度也明显减小,原因可能是从高海拔到低海拔地区,水汽压升高,饱和水汽压升高,降水难以形成,降水量较小,降水稳定同位素受云下蒸发影响作用明显,δ^(18)O和δD偏正,高海拔地区受局地水汽再循环的作用明显,δ^(18)O和δD偏负;嘉峪关站降水δ^(18)O与平均相对湿度呈不显著正相关,托勒站则相反.研究结果为托来河流域同位素水文过程研究提供了理论依据.

黑河下游典型生态系统水分补给源及优势植物水分来源研究

通过对黑河源区降水、黑河下游河岸林生态系统、人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统土壤水和浅层地下水稳定氢氧同位素组成(δD、δ18 O)的测定,对黑河下游典型生态系统土壤水和浅层地下水的补给源进行了研究.同时通过对比分析河岸林生态系统胡杨和柽柳、人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统红砂等优势植物根系水及其对应的土壤水及浅层地下水的δ18 O,对黑河下游典型荒漠植物水分来源进行了研究,并对不同潜在水源对植物水分来源的贡献率进行了计算.结果表明:河岸林生态系统和人工梭梭林生态系统的土壤水和浅层地下水来自黑河源区的降水,源区降水通过黑河河道输水补给河岸林进而形成土壤水和浅层地下水,但人工梭梭林的土壤水蒸发作用强烈.戈壁红砂生态系统由于远离黑河,土壤水不受黑河源区中上游输水的补给.就植物水分来源而言,在河岸林生态系统中,乔木胡杨主要利用40～60cm的土壤水和地下水,灌木柽柳主要利用40～80cm的土壤水;人工梭梭主要利用200cm至饱和层土壤水和地下水;戈壁红砂主要利用175～200cm的土壤水.因此,在黑河下游极端干旱区,土壤水和地下水是维持荒漠植物生存、生长及发育的主要来源.

西藏雨季主要水体氢、氧同位素特征

通过对2014年雨季西藏境内63处水体中δD和δ^(18)O值的测定,分析其中氢、氧稳定同位素组成特征。结果表明:水体δD和δ^(18)O的取值范围分别为-152.06‰^-19.05‰和-16.96‰~4.66‰,δD较δ^(18)O的标准差大,平均值分别为-101.38‰和-9.67‰;3种水体的δD和δ^(18)O值关系为湖泊δD相对河流δD富集,河流δD相对沼泽δD富集,湖泊δ^(18)O相对河流δ^(18)O和沼泽δ^(18)O富集,河流δ^(18)O和沼泽δ^(18)O无差异;蒸发趋势方程分别为δD湖泊=6.14δ^(18)O-45.48(n=22,R2=0.855),δD河流=7.83δ^(18)O-26.22(n=32,R2=0.858),δD沼泽=5.93δ^(18)O-52(n=9,R2=0.723),河流相比湖泊和沼泽水体的δD与δ^(18)O更易受大气降水的影响;氘过量参数特征为湖泊-79‰^-17‰,河流-40‰^-5‰,湿地沼泽-34‰^-7‰,表现出蒸发强烈的水体特征;沼泽水体δ^(18)O与纬度的一元线性回归方程为y=1.67x-63.23。