西南地区大气降水中氢氧稳定同位素特征与水汽来源_朱磊
04第四章(氢氧同位素)
1.氢氧同位素概述 2.天然水的氢氧同位素组成及分布特征 3.氢氧稳定同位素的应用
1概 述
1.1 氢、氧同位素的主要地球化学性质
氢和氧是自然界中的两种主要元素，它们 以单质和化合物的形式遍布全球。
冰雪的堆积与融化对海水同位素组成的影响
北极冰的δD值为-160 ‰，δ18O值为-22 ‰ ； 南极雪的δD 值为-440 ‰ ，δ18O为-55 ‰。
当极地有大量冰雪堆积时， 海洋水的同位素组成变重； 若全球冰雪融化，海洋水 的同位素组成变贫。 据计算海水的δ18O将降到 -1‰，δD降到-10‰。
降水线的斜率也是反映分馏程度的一个参数
1965年Craig和Gordon指出，云团的冷凝过程基本上属于平衡过程，没 有明显的动力分馏，分馏系数介于封闭的平衡蒸发和瑞利蒸发之间，因 此，全球降水线的斜率S＝8。
大量的研究证明，海水蒸发形成云团蒸气的过程实际上是一个动力过程， 蒸发速度受水－空气界面的扩散速度控制，而大气中的湿度、风速等因 素都会影响扩散速度。由于氢氧同位素分子有不同的扩散速度，所以得 到的斜率不等于8，而往往在5-6之间。由于受蒸发作用的影响而斜率小 于8。
2.4 地下水
1) 渗入水
不论古代还是现代，由大气降水补给的渗入水的同位素组成与其补给 源的大气降水的同位素组成相近，这是一种普遍的现象。在δD－ δ18O关系图上，数据点都落在世界降水线或地方降水线附近。
利用大气降水的高度效应，可以推测计算地下水补给区的高度和 位置。
穿过起伏较大的大陆边缘加拿大西部山脉降水的δ18O变化
-7.0
-8.0
碳氢氧稳定同位素在草地生态系统水循环研究中的应用
收稿日期：２０１９０５１７ 修回日期：２０１９０７０８ 基金项目：国家自然科学基金项目（３１６７０７２０，３１１７０６６１，３１８７０７１６）；林业公益性行业专项（２０１５０４４２３）。 通讯作者：徐庆，博士，研究员，主要从事稳定同位素生态学研究．Ｅｍａｉｌ：ｘｕｑｉｎｇ＠ｃａｆ．ａｃ．ｃｎ
第 ６期
本文综述了碳氢氧稳定同位素在草地生态系统 水循环研究中的国内外进展，并展望其未来的应用 前景，对我国草地资源保护、科学利用以及退化草地 生态系统恢复等具有重要的指导意义。
１ 稳定同位素基本概念和原理
稳定同位素是指某元素中不发生或极不容易发 生放射性衰变的同位素。天然存在于水分子中的氢 有１Ｈ（氕）和 Ｄ（氘）共 ２种稳定同位素，氧有１６Ｏ、１７Ｏ 和１８Ｏ共 ３种稳定同位素；天然碳有１２Ｃ和１３Ｃ共 ２种 稳定同位素。不同环境条件下，各水体 （包括植物 水）氢氧稳定同位素和植物组织中碳稳定同位素组 成不同，因此，可通过分析其微小变化，定量研究陆
δＸ（‰）＝（Ｒｓａｍｐｌｅ／Ｒｓｔａｎｄａｒｄ－１）×１０００‰ 式中：Ｒｓａｍｐｌｅ是样品中元素的重轻同位素丰度比 （如 Ｄ／Ｈ，１８Ｏ／１６Ｏ，１３Ｃ／１２Ｃ）；Ｒｓｔａｎｄａｒｄ是国际通用标准 物的重轻同位素丰度之比 （氢、氧稳定同位素采用 ＶＳＭＯＷ 标准）。
２ 氢氧稳定同位素在草地生态系统水 循环中的应用
摘要：碳氢氧稳定同位素是存在于天然水体和植物组织中的良好的示踪剂，具有较高的灵敏度与准确性，可系统
和定量地阐明草地生态系统水循环过程及各水体的转化关系、植物水分利用策略以及植被对全球变化的响应机
制等。本文概述了稳定同位素的基本概念和原理，总结和分析了草地生态系统水循环的研究方法和现状，重点
探讨和综述了氢氧稳定同位素技术在草地生态系统水循环过程（包括大气降水、地表水、土壤水、地１１４９８（２０１９）０６０１３００７
同位素水文地质学
重庆利用2006年5月至2007年4月期间的δD、δ18O数据，建立了当地大气降水线方程(LMWL): δD =8.73δ18O+ 15.73，相关系数r= 0.97。
相对于全球以及中国大气降水线斜率与截距都偏大。
这是由于该大气降水线的数据建立在次降水的数据基础上，由于“降水量效应”（淋滤效应），即多次降水过程，同位素分馏作用会导致残余水汽中稳定同位素比例持续减轻。
重庆每年11月至第2年4月主要以锋面降水为主，西风气流以及偏北气流带来的亚洲内陆地区的水汽来源于干旱半干旱地区，风速大，蒸发比较旺盛，因此同位素偏重，这在δ18O和d中均有体现。
而在5～ 10月期间，偏南气流的影响显著;特别是在夏季风影响深刻的6～ 9月期间，来自于热带和副热带大洋的温暖潮湿气团给当地带来大量降水，使得降水中的过量氘d值减小。
结论：(1)初步建立了重庆大气降水线方程: δD= 8.73δ18O+ 15.73。
(2)重庆雨水中的稳定同位素值在年内具有明显的季节变化，夏季降水中稳定同位素值比冬季降水中明显偏轻。
夏季海洋性的水汽来源以及水汽由海洋到陆地运移过程中的多次凝结降水是导致这一现象的主要原因。
稳定同位素值最偏重的降水事件出现在春末夏初，表明了由温度、湿度等控制的蒸发作用对重同位素的富集效应。
(3)当地大气降水稳定同位素组成没有体现出温度效应，与温度呈现出一种负相关的关系（与南方一致）但体现出一定的降水量效应。
(4)重庆春季和秋季的降水量占全年降水量的比例可达30%左右，这些非夏季风影响时期的大气降水及其稳定同位素组成对当地全年大气降水稳定同位素的加权平均值有重要影响。
特别是在当夏季出现伏旱天气而导致降水显著减少的年份。
成都1）成都地区大气降水同位素值表现出非常明显的季节变化：夏半年偏负，冬半年偏正，符合季风气候的降水特征。
成都地区是典型的季风影响区，夏季受东亚季风、印度季风的双重影响，来源于海水蒸发的暖湿气团在每年的夏半年形成丰富的季风降水；而由于大巴山的阻挡，本区受冬季风的影响比较微弱，所以冬半年的水汽可能主要来源于当地地表水的蒸发。
贵州纳朵洞滴水氢氧同位素变化特征及气候意义
贵州纳朵洞滴水氢氧同位素变化特征及气候意义王家录;王建力;蒋先淑;毛庆亚;沈蔚【摘要】通过对贵州关岭纳朵洞洞内滴水和池水及洞顶上方土壤渗透水、表层岩溶泉点和大气降水的水文水化学特征及氢氧同位素2个水文年的动态观测,结合当地气象数据,分析了纳朵洞洞穴滴水δ18 O和δD变化特征及其对地表气候变化的响应.结果表明:① 纳朵洞4处滴水点的δ18 O和δD均分布在靠近当地大气降水线的右下方,说明滴水的δ18 O和δD体现了当地大气降水δ18 O和δD的平均水平;② 纳朵洞大气降水和土壤渗透水中δ18 O和δD存在明显的季节变化,冬春偏重,夏秋偏轻;③纳朵洞滴水、池水和表层岩溶泉的δ18 O和δD季节变化不明显,但变化趋势趋于一致,记录了年际降水量的变化,反映了研究区的旱涝情况.研究结果可为利用洞穴石笋研究古气候特征提供依据.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2016(047)021【总页数】5页(P25-29)【关键词】洞穴滴水;氢氧稳定同位素;气候意义;贵州纳朵洞【作者】王家录;王建力;蒋先淑;毛庆亚;沈蔚【作者单位】安顺学院资源与环境工程学院,贵州安顺561000;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715【正文语种】中文【中图分类】P642现代地球科学面临预测未来的新任务，为了解未来气候演变，古气候研究受到愈来愈多的重视，成为全球变化研究的重要组成部分，而氧同位素的研究仍是比较重要的定量方法。
溶解于溶洞内洞穴水中的CaCO3会沉淀形成石笋，若已知δ18Ow和δ18Oc的值，就可以测定他们沉淀时的温度，这种温度可以看作当地的年平均温度[1]。
国内外学者虽然对石笋氧同位素记录研究古气候已取得较多成就[2-7]，但目前亚洲季风区中国石笋氧同位素的气候意义分歧较大。
稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响
第４０卷第５期２０２０年３月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４０，Ｎｏ．５Ｍａｒ．，２０２０基金项目：国家自然科学基金项目（４１２７１２０３，４１７６１１１５）收稿日期：２０１９⁃０１⁃１７；㊀㊀网络出版日期：２０１９⁃１２⁃１７∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｍｊｉａｏ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１９０１１７０１４２徐秋娥，刘澄静，角媛梅，肖敏轩，丁银平，张育豪，马帆，张园园．稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响．生态学报，２０２０，４０（５）：１７０９⁃１７１７．ＸｕＱＥ，ＬｉｕＣＪ，ＪｉａｏＹＭ，ＸｉａｏＭＸ，ＤｉｎｇＹＰ，ＺｈａｎｇＹＨ，ＭａＦ，ＺｈａｎｇＹＹ．ＩｍｐａｃｔｓｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｒｅｃｈａｒｇｅｏｆＨａｎｉＲｉｃｅＴｅｒｒａｃｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２０，４０（５）：１７０９⁃１７１７．稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响徐秋娥，刘澄静，角媛梅∗，肖敏轩，丁银平，张育豪，马㊀帆，张园园云南师范大学旅游与地理科学学院，昆明㊀６５０５００摘要：稳定氢氧同位素可有效示踪区域降水水汽来源，旱季降水补给对大规模哈尼梯田的持续存在具有重大影响㊂以哈尼梯田世界遗产核心区的全福庄河流域为研究对象，在２０１５年１１月 ２０１６年４月间的旱季期间逐月采集处于不同海拔的７个样点的降水样品４２个，分析其稳定氢氧同位素组成的变化及其影响因子，并利用后向轨迹模型（ＨＹＳＰＬＩＴ）追踪其水汽来源㊂结果表明：１）该区局地大气降水线方程为δＤ＝７．３１δ１８Ｏ＋１９．８（Ｒ２＝０．９４，Ｐ＜０．０１，ｎ＝４２），斜率较全球降水线小而截距偏大，说明研究区有多个水汽来源地㊂２）旱季降水δ１８Ｏ和ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ在前期快速富集，后期δ１８Ｏ富集的速度减缓，ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ则快速降低，体现出水汽来源具有时间差异，但两者在空间变化上不明显㊂３）旱季降水δ１８Ｏ与降水量㊁温度和相对湿度的多元线性回归方程为：δ１８Ｏ＝－０．００２Ｐ－０．８６Ｔ－０．３９Ｈ＋３８．２２（Ｒ２＝０．９６，Ｐ＝０．０５），表明其变化是多因素综合影响的结果㊂４）结合δ１８Ｏ㊁ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ和ＨＹＳＰＬＩＴ模型分析，该区旱季主要有３条水汽来源路径，其中西风南支和局地水汽补给较少，占优势的西南季风除２月份外其余各月占７０％左右㊂５）研究区旱季降水量总体较少，但西南季风在１１月带来的降水为 灌水养田 提供了水源，在４月的降水为 冲水肥田 和 栽插准备 活动提供了必要水源，从而保障了梯田旱季的用水需求㊂关键词：哈尼梯田；稳定氢氧同位素；氘盈余；ＨＹＳＰＬＩＴ模型；水汽来源；降水补给ＩｍｐａｃｔｓｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｒｅｃｈａｒｇｅｏｆＨａｎｉＲｉｃｅＴｅｒｒａｃｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎＸＵＱｉｕｅ，ＬＩＵＣｈｅｎｇｊｉｎｇ，ＪＩＡＯＹｕａｎｍｅｉ∗，ＸＩＡＯＭｉｎｘｕａｎ，ＤＩＮＧＹｉｎｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｕｈａｏ，ＭＡＦａｎ，ＺＨＡＮＧＹｕａｎｙｕａｎＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｏｕｒｉｓｍａｎｄＧｅｏｇｒａｐｈｙ，ＹｕｎｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５０５００，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｔｒａｃｅｔｈｅｍｏｉｓｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ．ＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｒｅｃｈａｒｇｅｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＨａｎｉＲｉｃｅＴｅｒｒａｃｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｅｌｅｃｔｅｄｔｈｅＱｕａｎｆｕｚｈｕａｎｇＲｉｖｅｒＢａｓｉｎｉｎｔｈｅｃｏｒｅａｒｅａｏｆＨａｎｉＲｉｃｅＴｅｒｒａｃｅｓＷｏｒｌｄＨｅｒｉｔａｇｅａｓｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎｆｒｏｍＮｏｖｅｍｂｅｒ２０１５ｔｏＡｐｒｉｌ２０１６．Ｗｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｓｏｔｏｐｅａｎｄｉｔｓｉｍｐａｃｔｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄｕｓｅｄＨＹＳＰＬＩＴｍｏｄｅｌｔｏｔｒａｃｋｍｏｉｓｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ：１）ｔｈｅＬｏｃａｌＭｅｔｅｏｒｉｃＷａｔｅｒＬｉｎｅｅｑｕａｔｉｏｎｗａｓδＤ＝７．３１δ１８Ｏ＋１９．８（Ｒ２＝０．９４，Ｐ＜０．０１，ｎ＝４２），ｗｉｔｈｓｍａｌｌｅｒｓｌｏｐｅｔｈａｎｔｈｅＧｌｏｂａｌＭｅｔｅｏｒｉｃＷａｔｅｒＬｉｎｅａｎｄｌａｒｇｅｒｉｎｔｅｒｃｅｐｔ．２）Ｔｈｅδ１８Ｏａｎｄｄ⁃ｅｘｃｅｓｓｒａｔｅｒａｐｉｄｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｈｅｅａｒｌｙｄｒｙｓｅａｓｏｎ，ｂｕｔδ１８Ｏｒａｔｅｗａｓｓｌｏｗｄｏｗｎｉｎｔｈｅｌａｔｅｐｅｒｉｏｄ，ａｎｄｔｈｅｄ⁃ｅｘｃｅｓｓｒａｔｅｒａｐｉｄｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｏｉｓｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅｓｈａｄｔｉｍｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｗａｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ．３）Ｔｈｅｍｕｌｔｉｐｌｅｌｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆδ１８Ｏａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｍｏｕｎｔ，ａｎｄ０１７１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀ｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔｙｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎｉｓδ１８Ｏ＝０．００２Ｐ－０．８６Ｔ－０．３９Ｈ＋３８．２２（Ｒ２＝０．９６，Ｐ＝０．０５），ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｓｏｔｏｐｉｃｃｈａｎｇｅｓｗａｓｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｆａｃｔｏｒｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ．４）Ｔｈｅｂａｃｋｗａｒｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｍｏｄｅｌｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｗｅｒｅｍａｉｎｔｈｒｅｅｍｏｉｓｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅｒｏｕｔｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ．ＴｈｅｍｏｉｓｔｕｒｅｖａｐｏｒｆｒｏｍＳｏｕｔｈＢｒａｎｃｈｏｆｗｅｓｔｅｒｌｙａｎｄｌｏｃａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｗｅｒｅｌｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎｍｏｎｓｏｏｎａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒａｂｏｕｔ７０％ｉｎｅｖｅｒｙｍｏｎｔｈｅｘｃｅｐｔＦｅｂｒｕａｒｙ．５）Ｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｗａｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｓｍａｌｌｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ，ｂｕｔｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｓｏｕｔｈｗｅｓｔｍｏｎｓｏｏｎｐｒｏｖｉｄｅｄｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｉｎＮｏｖｅｍｂｅｒ．ＴｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｆｒｏｍｓｏｕｔｈｗｅｓｔｍｏｎｓｏｏｎｎｅｘｔｙｅａｒｗａｓｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｐｌａｎｔｉｎｇｉｎＡｐｒｉｌ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｐｒｏｖｉｄｅｄｎｅｃｅｓｓａｒｙｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｗａｔｅｒｄｅｍａｎｄｏｆｔｅｒｒａｃｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＨａｎｉＲｉｃｅＴｅｒｒａｃｅ；ｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓ；ｄｅｕｔｅｒｉｕｍｅｘｃｅｓｓ；ＨＹＳＰＬＩＴｍｏｄｅｌ；ｍｏｉｓｔｕｒｅｓｏｕｒｃｅ；ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｒｅｃｈａｒｇｅ利用稳定氢氧同位素追踪降水的水汽来源是国际大气和水文科学的热点领域［１⁃３］㊂降水中稳定氧（Ｏ１８）和氘（Ｄ）同位素是水汽来源的天然示踪剂［４⁃５］，是区域及全球水循环中的一个重要输入项，其丰度与形成时的气象条件及水汽源区的初始状态存在密切联系［３，６］㊂因此，同位素环境效应可作为降水来源的自然示踪剂来反演大气过程［７］，判别不同区域的水汽来源［４，８］，反映区域气候特征［９］，进而深入了解区域水循环过程［１０］㊂目前关于降水稳定氢氧同位素组成及其水汽来源的研究，已在中国的西南地区［１１］㊁西北地区［１２］㊁东北地区［１３］㊁东部沿海地区［１４］㊁青藏高原［１５］等地区展开，这些研究深入探讨了不同区域水汽来源的方向㊁数量等特征，以及季风区与非季风区㊁冬季风与夏季风的水汽来源差异等方面㊂整体上，大区域乃至全国范围的大气稳定氢氧同位素分布特征㊁同位素效应及其输送过程变化规律与机制等已经取得了重要的研究成果［１６⁃２０］㊂但目前的研究，在空间上对北方非季风区水汽来源的研究要多于对南方季风区的研究；在尺度上则缺乏对于小尺度地区的水汽来源及其运移过程的精细研究；在时间上则比较注重对雨季（夏季风）水汽来源的研究而缺乏对旱季（冬季风）的研究㊂在季风区，相比于降水较多的雨季，旱季较少的降水和水汽来源及其区域效应则更应该受到较多的研究和关注㊂哈尼梯田世界文化景观遗产位于我国西南部，属典型的亚热带季风气候区，旱季（１１月 次年４月）降水较少和雨季（５月 １０月）降水较多［２１］㊂研究区内降水水汽来源及其影响因素非常复杂，旱雨季存在明显差异［２２］㊂水作为维系哈尼梯田遗产景观稳定性的关键因素，尤其在降水匮乏的旱季梯田内 灌水养田 和 冲水肥田 等农业生产活动都需要大量水源支持，降水作为哈尼梯田区最主要的补给水源，明晰旱季降水水汽来源㊁循环过程及其影响因素对哈尼梯田的农业生产㊁遗产保护都具有十分重要的作用㊂因此，本研究通过对哈尼梯田区旱季降水稳定氢氧同位素时空变化特征的分析，旨在揭示１）影响旱季降水稳定同位素组成的主要环境因子及其相互关系；２）旱季水汽来源及其比例；３）哈尼梯田区旱季降水对梯田的补给情况及其生态意义㊂１㊀研究区与研究方法１．１㊀研究区研究区位于全福庄河小流域，属于哈尼梯田文化景观遗产核心区的坝达片区［２３］，地处云南省红河哈尼族彝族自治州元阳县㊂经纬度范围在１０２ʎ４３ᶄ１６ᵡ １０２ʎ５０ᶄ３９ᵡＥ㊁２３ʎ５ᶄ２０ᵡ ２３ʎ１３ᶄ１８ᵡＮ之间㊂研究区地处哀牢山南段，属红河一级支流麻栗寨河的源头区为扇形小流域，流域地势南高北低，呈阶梯状逐渐降低，海拔范围在１４５０ ２２６１ｍ之间，相对高度８１１ｍ，面积约１３．９２ｋｍ２㊂区内垂直气候差异明显，１８００ｍ以上为北亚热带气候和温带气候，年均温在１５ħ左右，年均降水量１８００ｍｍ；海拔１８００ｍ以下地区为中㊁南亚热带气候，为梯田主要分布区，年均温为１７ħ，年均降水量１５００ｍｍ㊂旱雨季分明［２４］，雨季降水量１０８９．７ｍｍ，旱季降水量仅为３０７．９ｍｍ，降水的水汽来源与影响降水的因素比较复杂㊂１．２㊀降水样品采集与测试在收集研究区相关资料和前人研究方法的基础上结合研究区实际情况，于２０１５年１１月和１２月至２０１６年１月至４月在研究区按月采集研究区旱季降水，采样点位置通过手持ＧＰＳ确定，所设置的７个样点按海拔梯度分布：样点１（１５００ｍ）㊁样点２（１６８０ｍ）㊁样点３（１７９８ｍ）㊁样点４（１８８９ｍ）㊁样点５（１９５７ｍ）㊁样点６（２００４ｍ）和样点７（２０２４ｍ），共采集有效大气降水样品４２个（图１）㊂采集样品时，先用自制的雨水收集器收集雨水，到该月结束后对桶内收集的雨水进行采集，并记录月降水量㊂收集雨水收集器中雨水样品时，先将１００ｍＬ聚乙烯瓶用雨水清洗３次，迅速灌满，使瓶内无气泡后用密封胶封口，贴好标签㊂气象数据采集来自设立于全福庄中寨（样点３）的ＤＡＶＩＳＶａｎｔａｇ自动气象站，每小时一个数据，具体采集气象数据包括降水量㊁室外温度㊁室外湿度㊁风速㊁风向㊁气压等㊂图１㊀研究区与采样点分布图Ｆｉｇ．１㊀Ｓｔｕｄｙａｒｅａａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓａｍｐｌｉｎｇｓｉｔｅｓ稳定氢氧同位素测试在云南师范大学高原湖泊生态与全球变化重点实验室进行㊂采用ＰｉｃａｒｒｏＬ２１３０⁃ｉ超高精度液态水和水汽同位素分析仪上测定，液态水测试结果的δ１８Ｏ确保精度ʃ０．１ɢ，δＤ确保精度ʃ０．５ɢ，最终分析结果是用相对于维也纳标准平均海洋水（Ｖ⁃ＳＭＯＷ）的千分差表示：δ１８Ｏ＝（ＲＯ－ｓａｍｐｌｅＲＶ－ＳＭＯＷ－１）ˑ１０００ɢ（１）δＤ＝（ＲＤ－ｓａｍｐｌｅＲＶ－ＳＭＯＷ－１）ˑ１０００ɢ（２）式中，ＲＯ－ｓａｍｐｌｅ为水样中稳定氧同位素比率Ｒ（１８Ｏ／１６Ｏ），ＲＤ－ｓａｍｐｌｅ为为水样中稳定氢同位素比率Ｒ（Ｄ／Ｈ），ＲＶ－ＳＭＯＷ为维也纳标准平均海洋水中稳定氧和氢同位素比率Ｒ（１８Ｏ／１６Ｏ）和Ｒ（Ｄ／Ｈ）㊂１９６４年Ｄａｎｓｇａａｒｄ［１］根据Ｃｒａｉｇ［７］得出的全球大气降水线提出并定义了氘盈余值（又称过量参数，简称ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ值），用来反映本地降水与全球降水的稳定氢氧同位素分馏程度㊂ｄ＝δＤ－８ˑδ１８Ｏ（３）１．３㊀数据处理与后向轨迹模型（ＨＹＳＰＬＩＴ）研究区采样点和地形图由地理空间数据域提供的３０ｍˑ３０ｍ的数字高程模型（ＤｉｇｉｔａｌＥｌｅｖａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ，ＤＥＭ）在ＡｒｃＧＩＳ１０．０软件中进行制图综合得出㊂稳定氢氧同位素测试结果采用ＳＰＳＳ２０软件进行统计分析，主要分析方法包括相关性分析㊁一元回归分析和假设检验等，分析结果图采用Ｇｒａｐｈｅｒ１２软件制作㊂１１７１㊀５期㊀㊀㊀徐秋娥㊀等：稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响㊀旱季不同时间大气降水水汽的来源轨迹，采用的是后向轨迹模型（ＨｙｂｒｉｄＳｉｎｇｌｅＰａｒｔｉｃｌｅＬａｇｒａｎｇｉａｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＴｒａｊｅｃｔｏｒｙＭｏｄｅｌ，简称ＨＹＳＰＬＩＴ模型）［２５⁃２６］的轨迹模拟结果，该模型是由美国国家海洋和大气管理局（ＮＯＡＡ）的空气资源实验室和澳大利亚气象局联合研发的用于计算和分析大气污染物输送㊁扩散轨迹，并可以实时预报风场形势㊁研究水汽输送轨迹的专业模型㊂模型运行的初始时间为ＵＴＣ时间０时，高度为５００ｍ（距研究区地面），追踪点为位于研究区样点中间位置的样点３，向后追踪５ｄ，即１２０ｈ，这样即可覆盖连续性降水，还可提高追踪水汽来源的精度㊂同时结合实际情况和前人相关研究对轨迹模拟结果进行聚类分析和ＧＩＳ制图综合，得出旱季大气运动的后向轨迹图㊂２㊀结果与分析２．１㊀降水中稳定氢氧同位素分析２．１．１㊀本地大气降水线依据研究区所采旱季降水稳定氢氧同位素数据，得出研究区局地大气降水线（ＬｏｃａｌＭｅｔｅｏｒｉｃＷａｔｅｒＬｉｎｅ，ＬＭＷＬ）方程为：δＤ＝７．３１δ１８Ｏ＋１９．８（Ｒ２＝０．９４，Ｐ＜０．０１，ｎ＝４２），表明研究区旱季降水的稳定氢氧同位素组成具有极好的相关性（图２）㊂如图２所示，研究区降水稳定氢氧同位素值全部位于全球大气降水线（ＧｌｏｂａｌＭｅｔｅｏｒｉｃＷａｔｅｒＬｉｎｅ，ＧＭＷＬ）上方，且ＬＭＷＬ的斜率７．３１要小于ＧＭＷＬ的斜率８，这表明该区降水来源于具有不同稳定氢氧同位素比率的源地，且降水形成过程中还受到蒸发等其他环境因素的影响，故出现１８Ｏ偏离ＧＭＷＬ的现象㊂此外在局地降水上，旱季降水稳定氢氧同位素值存在明显的月间差异，同位素值呈现出随时间变化而不断富集的趋势，这种趋势在一定程度上也反映了研究区不同月份降水的形成过程存在差异㊂２．１．２㊀大气降水δ１８Ｏ㊁ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ变化特征根据旱季７个样点降水同位素δ１８Ｏ在不同月份的分布情况可知（图３），δ１８Ｏ的变化范围在－８．９７ɢ －０．９２ɢ之间，平均值为－４．４７，总体上旱季δ１８Ｏ富集㊂从时间上看，旱季降水同位素δ１８Ｏ值随旱季的深入逐渐富集，并呈现出旱季前期（１１月至次年１月）和后期（次年２月至次年４月）两个不同的增长阶段㊂其中，在旱季前期降水同位素素δ１８Ｏ值快速富集，变化率为２．６９ɢ／月；在旱季后期降水δ１８Ｏ值富集的速度减缓，变化率为０．６０ɢ／月㊂从空间上看，各月样点降水同位素值差异较小，随海拔变化的情况不明显，这与相对较小的海拔梯度有关㊂图２㊀大气降水δ１８Ｏ和δＤ的关系Ｆｉｇ．２㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎδ１８ＯａｎｄδＤ图３㊀旱季降水δ１８Ｏ和ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ的时间变化㊀Ｆｉｇ．３㊀Ｔｈｅｍｏｎｔｈｌｙｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｄｅｕｔｅｒｉｕｍｅｘｃｅｓｓａｎｄδ１８Ｏｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ２１７１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀㊀㊀从降水同位素ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ值在不同月份的分布情况来看（图３），研究区旱季ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ值范围在１２．４４ɢ ３１．１１ɢ之间，平均值为２２．８７，要明显大于全球ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ值的１０ɢ㊂在旱季氘盈余值随时间的变化也存在两个阶段的特征，在旱季前期ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ不断上升，变化率为３．７１ɢ／月；在旱季后期ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ不断降低，变化率为－４．８０ɢ／月㊂在空间上，各月样点降水ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ值差异较小，随海拔变化的情况不明显㊂２．２㊀影响降水δ１８Ｏ的环境因子将各样点降水稳定氧同位素的月平均值与各环境因子（降水量㊁温度和相对湿度）进行分析，结果见表１和图４㊂表１㊀研究区旱季降水平均δ１８Ｏ与主要环境因子的关系Ｔａｂｌｅ１㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｖｅｒａｇｅδ１８Ｏａｎｄｍａｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ环境因子Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒ一元回归Ｕｎａｒｙｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ二元回归Ｂｉｎａｒｙｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ方程ＥｑｕａｔｉｏｎＲ２Ｐ方程ＥｑｕａｔｉｏｎＲ２Ｐ降水量Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ／ｍｍδ１８Ｏ＝－０．０３Ｐ－２．３６０．２００．３８δ１８Ｏ＝－０．０１Ｐ２＋０．９８Ｐ－５．８００．２１０．７０温度Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／ħδ１８Ｏ＝０．１１Ｔ－５．８６０．０２０．７９δ１８Ｏ＝０．４６Ｔ２－１１．８６Ｔ＋６７．９２０．８２０．０８相对湿度ＲｅｌａｔｉｖｅＨｕｍｉｄｉｔｙ／％δ１８Ｏ＝－０．１７Ｈ＋９．４５０．４９０．３０δ１８Ｏ＝－０．０１Ｈ２＋１．８３Ｈ－６６．０６０．５５０．１２图４㊀旱季降水量㊁温度㊁相对湿度的变化Ｆｉｇ．４㊀Ｃｈａｎｇｅｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔｙｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ２．２．１㊀大气降水δ１８Ｏ与各环境因子的一元回归分析７个样点降水δ１８Ｏ平均值与降水量㊁温度和相对湿度的一次和二次拟合方程Ｐ值均大于０．０５（表１），表明三者均不是影响降水δ１８Ｏ变化的主要因素㊂这是由于大气降水在凝结过程中，由于旱季相对湿度较低且温度较高，降水分馏以动力过程为主，雨滴在下降过程中经历了二次蒸发过程或雨滴凝结时混入了一定量的局地循环的水汽㊂２．２．２㊀大气降水δ１８Ｏ与各环境因子的多元回归分析通过以上分析，在旱季，各样点旱季降水同位素值与温度㊁降水量和相对湿度的相关性未通过相关系数临界值检验，即旱季降水δ１８Ｏ没有明显的主导性环境因子㊂综合考虑旱季降水同位素δ１８Ｏ与降水量㊁温度和相对湿度各主要环境因子的影响，对旱季降水δ１８Ｏ值与各环境因子做多元回归分析，回归方程为：δ１８Ｏ＝－０．００２Ｐ－０．８６Ｔ－０．３９Ｈ＋３８．２２（Ｒ２＝０．９６，Ｐ＝０．０５），式中Ｐ为降水量（ｍｍ），Ｔ为温度（ħ），Ｈ为相对湿度（％），其相关系数为０．９８，说明旱季降水同位素变化是多因素综合影响的结果，局地水汽循环过程显著㊂２．３㊀旱季降水的水汽来源２．３．１㊀氘盈余指示的水汽来源从降水同位素ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ值在不同月份的变化特征来看（图３），旱季氘盈余值随时间的变化也存在两个阶３１７１㊀５期㊀㊀㊀徐秋娥㊀等：稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响㊀４１７１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀段的特征，在旱季前期ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ不断上升，变化率为３．７１ɢ／月；在旱季后期ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ不断降低，变化率为－４．８０ɢ／月㊂在与环境因子的相关性方面，ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ与温度和相对湿度都有显著的相关性，在０．０５的显著性水平下，ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ与温度和相对湿度相关系数分别为－０．８９，０．８１㊂这说明旱季降水的ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ更能够展现局地环境因子对降水同位素的影响，而与降水量较低的相关性则是由旱季降水较少和影响因素较多造成的㊂从图３可知，可根据ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ变化情况将研究区的水汽来源分为旱季前期和后期两类，旱季前期不断升高的ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ说明研究区水汽来源正逐渐从海洋水汽向大陆水汽转变，降水δ１８Ｏ逐渐富集，整体上呈现出同位素富集的情况；旱季后期ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ逐渐降低则说明的水汽来源又从大陆水汽逐渐转变为海洋水汽，降水δ１８Ｏ虽然没有逐渐贫化，但富集趋势开始变得平缓，这可能与这个时段的降水量偏少有关㊂２．３．２㊀基于后向轨迹模型的水汽来源不同的水汽来源是影响降水同位素组成的关键因素，利用ＨＹＳＰＬＩＴ模型对旱季水汽来源进行轨迹模拟得出旱季大气运动的后向轨迹图（图５），结果如下：在整个旱季，水汽输送主要有西南输送水汽（ＳＷ）㊁西风南支输送水汽（ＳＢ）㊁西风北支输送水汽（ＮＢ）㊁北方冷空气输送水汽（ＮＥ）以及东南太平洋水汽（ＳＥ），此外还有部分局地水汽（Ｌｏｃａｌ）等６个主要水汽来源㊂其中以西南输送水汽最多，约占整个旱季的６７％；其次为西风南支输送水汽，约占整个旱季的１２％；其余水汽贡献比例较少，整体上均小于１０％，但在个别月份略有上升㊂因此，在整个旱季西南水汽和西风南支水汽是研究区主要的水汽来源㊂在旱季各月间，１１月至次年２月，西南输送水汽来源比例逐渐较少，次年３月至４月又逐渐增多，同时西南输送水汽比例又在一定程度上与西风南支和局地水汽比例成反比，这与ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ的分析结果基本一致㊂其中，西风南支输送水汽比例在１１月至次年１月逐渐增加，而次年２月至４月又逐渐减小；局地水汽比例则在次年２月急剧增加，而２月以后又逐渐减少㊂在降水δ１８Ｏ方面，由于旱季前期源于西南输送的海洋水汽逐渐减少，局地水汽和西风南支输送的大陆水汽逐渐增多，δ１８Ｏ也在不断富集；虽然在旱季后期西南季风输送水汽的比例逐渐增加，局地水汽和西风南支输送水汽比例不断减少，但由于降水量较少且相对湿度较高（图５），降水δ１８Ｏ没有出现逐渐贫化的情况，只是富集趋势有所降低㊂这说明，不同水汽来源的水汽也会受到局地环境因素的影响，影响结果大小一定程度上取决于水汽所形成的降水量的大小㊂３㊀讨论３．１㊀旱季大气降水δ１８Ｏ与各环境因子的关系在本研究中，旱季降水同位素值与降水量㊁温度和相对湿度的相关性并不显著，即旱季降水δ１８Ｏ没有明显的主导性环境因子㊂而一般认为降水稳定同位素组成变化受到了水汽凝结时温度㊁水汽输送方式㊁降水的季节变化㊁降水期间的温度和湿度等因素影响［１１］㊂Ｄａｎｓｇａａｒｄ定义了降水中δ１８Ｏ与温度之间存在显著正相关性关系为温度效应，而降水中δ１８Ｏ与降水量之间存在反相关性，将此现象定义为降水量效应［１］㊂田立德㊁刘忠方等［２７］人认为高纬度地区影响降水稳定同位素组成变化的主要是温度因素，而在低纬度热带及亚热带地区则为降水量㊂在季节尺度上，哈尼梯田地区的大气降水稳定氢氧同位素组成具有明显的季节性，旱雨季差异较大，由于雨季平均气温较旱季大，且降水量集中在雨季，旱季与雨季水汽来存在差异，雨季存在明显的温度效应［１］，这与环境同位素的分馏作用主要受制于相变过程中的温度的说法一致［２８⁃２９］，旱季降水量少，旱季没有主导性因子㊂但在年尺度上看，由于季风的控制哈尼梯田区降水多集中在温度较高的雨季，全年降水δ１８Ｏ值存在明显降水量效应［２１］㊂３．２㊀旱季降水水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响章新平等［３０］的研究表明，中国西南地区旱季降水稳定同位素比率和ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ较大，主要受大陆性气团影响，水汽主要来源于西风带的输送和内陆再蒸发水汽的补给㊂本研究的水汽来源分析表明，哈尼梯田区不仅受少量的西风南支和局地水汽补给，更多的是受西南季风的影响，除２月份占比为４３％外，其余月份均占图５㊀研究区旱季水汽来源后向轨迹示意图Ｆｉｇ．５㊀Ｃｌｕｓｔｅｒｏｆｂａｃｋｗａｒｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｆｒｏｍｓｔｕｄｙａｒｅａｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ７０％左右（图５），使１１月和次年４月都出现较多的降水量（图４），从而为哈尼梯田秋末（１１月）的 灌水养田 活动和春初（４月）的 冲水肥田 活动所需的水源提供有效补给㊂在研究区的梯田内，旱季灌水养田时的水深一般为２０ ２５ｃｍ，梯田储水量为０．２５ｍ３／ｍ２［３１］㊂由于旱季灌水养田时田水一般不会排出，且梯田底泥底一般为黏土，透水性弱，因此蒸发是旱季田水损失的主要原因㊂要保证研究区旱季梯田水体的稳定和持续，５１７１㊀５期㊀㊀㊀徐秋娥㊀等：稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响㊀图６㊀旱季降水量和蒸发量Ｆｉｇ．６㊀Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｙｓｅａｓｏｎ研究区旱季的降水量必须要大于蒸发量㊂根据研究区２０１５ ２０１６年的旱季降水量（４２４．９３ｍｍ）和旱季蒸发量（３９３．２４ｍｍ）计算出的干燥度为０．９３，小于１（图６），研究区在旱季依然达到了湿润地区的指标㊂这说明研究区旱季的降水能够完全保证梯田区旱季灌水养田的需求，保障了旱季哈尼梯田农业生产活动，是实现哈尼梯田千年的可持续发展的关键因素㊂４㊀结论哈尼梯田世界遗产核心区全福庄河流的局地大气降水线方程为δＤ＝７．３１δ１８Ｏ＋１９．８（Ｒ２＝０．９４，Ｐ＜０．０１，ｎ＝４２），δ１８Ｏ和ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ前期均快速富集，后期则是δ１８Ｏ富集速度减缓但ｄ⁃ｅｘｃｅｓｓ快速降低㊂在旱季中，降水δ１８Ｏ与降水量㊁温度和相对湿度等因子方程为δ１８Ｏ＝－０．００２Ｐ－０．８６Ｔ－０．３９Ｈ＋３８．２２（Ｒ２＝０．９６，Ｐ＝０．０５，ｎ＝４２）㊂ＨＹＳＰＬＩＴ模型结果显示旱季主要有西南季风（６７％）㊁西风南支（１２％）和局地水汽（８％）等３个水汽来源，西南季风带来的降水在旱季末期（１１月）为 灌水养田 ，以及次年最干旱月份（４月）的 冲水肥田 和 栽插准备 等梯田农事活动提供了充足的水源保障㊂致谢：云南师范大学高原湖泊生态与全球变化重点实验室对同位素测试给予支持，特此致谢㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＤａｎｓｇａａｒｄＷ．Ｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｅｌｌｕｓ，１９６４，１６（４）：４３６⁃４６８．［２］㊀ＤａｎｓｇａａｒｄＷ．ＴｈｅａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆＯ１８ｉｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｗａｔｅｒａｎｄｗａｔｅｒｖａｐｏｕｒ．Ｔｅｌｌｕｓ，１９５３，５（４）：４６１⁃４６９．［３］㊀ＨｏｌｌｉｎｓＳＥ，ＨｕｇｈｅｓＣＥ，ＣｒａｗｆｏｒｄＪ，ＣｅｎｄóｎＤＩ，ＭｅｒｅｄｉｔｈＫＴ．ＲａｉｎｆａｌｌｉｓｏｔｏｐｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｖｅｒｔｈｅＡｕｓｔｒａｌｉａｎｃｏｎｔｉｎｅｎｔ－Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｈｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄｉｓｏｓｃａｐｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＳｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅＴｏｔａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１８，６４５：６３０⁃６４５．［４］㊀Ａｒａｇｕáｓ－ＡｒａｇｕáｓＬ，ＦｒｏｅｈｌｉｃｈＫ，ＲｏｚａｎｓｋｉＫ．ＳｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｖｅｒｓｏｕｔｈｅａｓｔＡｓｉａ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ：Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ，１９９８，１０３（Ｄ２２）：２８７２１⁃２８７４２．［５］㊀李广，章新平，吴华武，张剑明，魏乃琼，黄煌．云南大气降水中δ１８Ｏ与气象要素及水汽来源之间的关系．自然资源学报，２０１４，２９（６）：１０４３⁃１０５２．［６］㊀胡勇博，肖薇，钱雨妃，刘强，谢成玉，张秀芳，张文庆，温学发，刘寿东，李旭辉．水汽源地和局地蒸发对大气降水氢氧稳定同位素组分的影响．环境科学，２０１９，４０（２）：５７３⁃５８１．［７］㊀ＣｒａｉｇＨ．Ｉｓｏｔｏｐｉｃｖａｒｉａｔｉｏｎｓｉｎｍｅｔｅｏｒｉｃｗａｔｅｒｓ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９６１，１３３（３４６５）：１７０２⁃１７０３．［８］㊀陈曦，李志，程立平，刘文兆，王锐．黄土塬区大气降水的氢氧稳定同位素特征及水汽来源．生态学报，２０１６，３６（１）：９８⁃１０６．［９］㊀章新平，姚檀栋．全球降水中氧同位素比率的分布特点．冰川冻土，１９９４，１６（３）：２０２⁃２１０．［１０］㊀郭政昇，郑国璋，赵培，肖杰．水汽源区变化对黄河中游降水稳定同位素的影响．自然资源学报，２０１８，３３（１１）：１９７９⁃１９９１．［１１］㊀李维杰，王建力，王家录．西南地区不同地形降水稳定同位素特征及其水汽来源．长江流域资源与环境，２０１８，２７（５）：１１３２⁃１１４２．［１２］㊀刘洁遥，张福平，冯起，李宗省，朱艺文，聂硕，李玲．西北地区降水稳定同位素的云下二次蒸发效应．应用生态学报，２０１８，２９（５）：１４７９⁃１４８８．［１３］㊀李小飞，张明军，马潜，李亚举，王圣杰，汪宝龙．我国东北地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源．环境科学，２０１２，３３（９）：２９２４⁃２９３１．［１４］㊀薛积彬，钟巍，赵引娟．广州大气降水中δ１８Ｏ与气象要素及季风活动之间的关系．冰川冻土，２００８，３０（５）：７６１⁃７６８．［１５］㊀田立德，马凌龙，余武生，刘忠方，尹常亮，赵中平，唐威，王瑜．青藏高原东部玉树降水中稳定同位素季节变化与水汽输送．中国科学Ｄ辑：地球科学，２００８，３８（８）：９８６⁃９９２．［１６］㊀ＪｉａＷＸ，ＭａＸＧ，ＸｕＸＴ，ＹｕａｎＲＦ，ＤｉｎｇＤ，ＺｈｕＧＦ．ＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖａｐｏｒｓｏｕｒｃｅｓｉｎｔｈｅｅａｓｔｅｒｎＱｉｌｉａｎＭｏｕｎｔａｉｎｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｕｎｔａｉｎＳｃｉｅｎｃｅ，２０１８，１５（１０）：２２０７⁃２２１７．６１７１㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀［１７］㊀ＺｈａｎｇＭＪ，ＷａｎｇＳＪ．ＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｓｏｔｏｐｅｓｉｎｔｈｅＴｉａｎｓｈａｎＭｏｕｎｔａｉｎｓａｓａｋｅｙｔｏｗａｔｅｒｃｙｃｌｅｉｎａｒｉｄｃｅｎｔｒａｌＡｓｉａ．ＳｃｉｅｎｃｅｓｉｎＣｏｌｄａｎｄＡｒｉｄＲｅｇｉｏｎｓ，２０１８，１０（１）：２７⁃３７．［１８］㊀ＧｕｏＸＹ，ＦｅｎｇＱ，ＷｅｉＹＰ，ＬｉＺＸ，ＬｉｕＷ．ＡｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｓｏｔｏｐｅｓｏｖｅｒｔｈｅＥｘｔｅｎｓｉｖｅＨｅｘｉＲｅｇｉｏｎｉｎＮＷＣｈｉｎａ．ＡｒａｂｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１５，８（７）：４３６５⁃４３７８．［１９］㊀ＺｈａｎｇＸＰ，ＬｉｕＪＭ，ＳｕｎＷＺ，ＨｕａｎｇＹＭ，ＺｈａｎｇＪＭ．ＲｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｏｘｙｇｅｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏｓｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｒｅｌｅｖａｎｔｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓｉｎＳｏｕｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａ．ＳｃｉｅｎｃｅｉｎＣｈｉｎａＳｅｒｉｅｓＤ：ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００７，５０（４）：５７１⁃５８１．［２０］㊀ＬｉｕＪＲ，ＳｏｎｇＸＦ，ＹｕａｎＧＦ，ＳｕｎＸＭ，ＬｉｕＸ，ＷａｎｇＳＱ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆδ１８ＯｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｖｅｒＥａｓｔｅｒｎＭｏｎｓｏｏｎＣｈｉｎａａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｖａｐｏｒｓｏｕｒｃｅｓ．ＣｈｉｎｅｓｅＳｃｉｅｎｃｅＢｕｌｌｅｔｉｎ，２０１０，５５（２）：２００⁃２１１．［２１］㊀刘澄静，角媛梅，刘志林，刘歆，高璇．哈尼梯田区降水稳定氢氧同位素的旱雨季变化特征及其影响因素．山地学报，２０１８，３６（４）：５１９⁃５２６．［２２］㊀张贵玲，角媛梅，何礼平，刘歆，刘澄静，闫晓景，王梅．中国西南地区降水氢氧同位素研究进展与展望．冰川冻土，２０１５，３７（４）：１０９４⁃１１０３．［２３］㊀章侃丰，角媛梅，刘歆，刘志林，刘澄静，尚升海．基于敏感度⁃主观偏好矩阵的哈尼梯田视觉景观关键区识别．生态学报，２０１８，３８（１０）：３６６１⁃３６７２．［２４］㊀王声跃．云南地理．昆明：云南民族出版社，２００２：６６⁃６７．［２５］㊀ＤｒａｘｌｅｒＲＲ，ＨｅｓｓＧＤ．ＡｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｈｅＨＹＳＰＬＩＴ＿４ｍｏｄｅｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ，ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＡｕｓｔｒａｌｉａｎＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＭａｇａｚｉｎｅ，１９９８，４７（４）：２９５⁃３０８．［２６］㊀ＣｏｈｅｎＭ，ＬａｕｒｉｎＲ，ＭａｔｈｅｗｓｏｎＬ，ＭｃＤｏｎａｌｄＪＦ，Ｍｅｙｅｒ⁃ＷｅｆｅｒｉｎｇＤ．ＨＹＳＰＬＩＴｍｏｄｅｌｅｓｔｉｍａｔｅｓｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｏｘｉｃｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓｔｏｔｈｅＧｒｅａｔＬａｋｅｓ（ＡｎＯｖｅｒｖｉｅｗ）．ＡｉｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＭｏｄｅｌｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＢｅｒｌｉｎＨｅｉｄｅｌｂｅｒｇ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２００２：３０⁃４１．［２７］㊀刘忠方，田立德，姚檀栋，柴旭荣．中国大气降水中δ１８Ｏ的空间分布．科学通报，２００９，５４（６）：８０４⁃８１１．［２８］㊀章新平，姚檀栋．我国降水中δ１８Ｏ的分布特点．地理学报，１９９８，５３（４）：３５６⁃３６４．［２９］㊀ＹｕＷＳ，ＹａｏＴＤ，ＴｉａｎＬＤ，ＭａＹＭ，ＩｃｈｉｙａｎａｇｉＫ．ＷａｎｇＹ，ＳｕｎＷＺ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎδ１８Ｏｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｏｒｉｇｉｎｏｎａｓｏｕｔｈ⁃ｎｏｒｔｈｔｒａｎｓｅｃｔｏｆｔｈｅＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ．ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＲｅｓｅａｒｃｈ，２００８，８７（２）：１５８⁃１６９．［３０］㊀章新平，刘晶淼，中尾正义，谢自楚．我国西南地区降水中过量氘指示水汽来源．冰川冻土，２００９，３１（４）：６１３⁃６１９．［３１］㊀角媛梅．哈尼梯田自然与文化景观生态研究．北京：中国环境科学出版社，２００９：１⁃１２．７１７１㊀５期㊀㊀㊀徐秋娥㊀等：稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响㊀。
【国家自然科学基金】_稳定氢氧同位素_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
推荐指数 4 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 稳定同位素 铜矿床 流体包裹体 氢氧稳定同位素 re-os年龄 输入水 蒸发 碳氢氧同位素 瑞利分馏 环境同位素 混合作用 污染机理 水化学 氧同位素(δ 18o) 氢氧同位素 氢同位素(δ d) 氘过量参数(d值) 气候变化 树木年轮 松花江 新疆 新乡市 拉萨河流域 微分方程模型 垂向浓度差异 地表径流 地下水流系统 土壤水 哈腊苏,新疆 哈腊苏 含水层 同位素混合模型 同位素吸附 参数确定 冰雪融水 green-ampt入渗模型
同位素方法在判定某水电站坝址河床承压水补给源中的应用
河床承 压 水 含 水 带 在 较 深 位 置 为 东 西 向带 状 含 水 ， 盖层 为裂 隙 不发 育 的岩 体 。承 压 水 在河 床 部位 其 不存 在严格 的完整 盖 层 ， 河 床底 部 以点 状 隐 伏 泉 的 在
第２ ６卷 第 ５期
２１ ０ ２年 １ ０月
资 源 环 境 与 工 程
Ｒｅ ｏ ｃ ｓＥｎ ｉｏ ｍ ｅ ｓ ｕｒ ｅ ｖｒ ｎ ｎｔ＆ Ｅｎｇｎｅ ｒｎ ｉ ｅｉｇ
Ｖｏ ＿ ６． ． ｌ ２ Ｎｏ ５ Ｏｃ ．２ ２ ｔ． ０１
同位 素 方 法 在 判 定 某 水 电站 坝 址 河 床 承 压 水 补 给 源 中 的 应 用
介质 间 的 同位素 交换 和再 分配 规律 ｊ 。 某水 电站坝址工 程勘察论 证时 ， 床部 位钻 孔揭 示 河
发现 有多处基 岩 裂 隙性 承 压水 ， 因此 ， 判定 其 补 给来 源 对大 坝坝基采 取什 么 样 的 防渗工 程 措施 具 有 关键 技术 （ 咸水 ） ， 明显有别 于冲沟水 、 江水 、 洞地下 水 和钻孔 平
一
平行 ， 左岸 及 河床左 侧走 向为 ３ ～１。倾 向近 Ｅ； 。 ５， 右岸 及河 床 右侧走 向为 ３５ ２ 。倾 向近 ｗ。区 内主要发 ４ 。一 ５ ，
碎裂 岩 带及 Ｆ Ｆ ． 断层 由碎 裂 岩 系 构 造 岩组 成 ， 括 包 碎粒 一 碎斑 岩和少 量碎 粉岩 、 造角砾 岩 ， 中碎 裂 岩 构 其 带 宽度 ３ ６—８ Ｆ Ｆ２ Ｆ， 层 倾 向 Ｅ， 角７ 。 ４ ｍ； 、 、 断 倾 ２～ ８ 。 为逆一 平移 性 质 ， 在 主 断 面 处 形 成 的 软 弱构 造 ２， 系
滇中地区水库水环境特征分析—以楚雄州境内28座水库为例
环境科学导刊2021，44（1）CN03-1600/X ISSN1673-9655滇中地区水库水环境特征分析—以楚雄州境内28座水库为例段立曾（云南大学生态与环境学院/高原湖泊生态与治理研究院，云南昆明657570）摘要：通过野外监测和室内分析，获取了楚雄州境内28座水库水体的水温、pH值、溶解氧、浊度、电导率、叶绿素o浓度、藻蓝蛋白浓度、氢氧稳定同位素（D、8150）等参数。
梳理了水环境特征及变化，利用相关分析探讨了各参数之间的相互关系。
结果表明：浅水湖库的水温与太阳辐射同步变化,水体的pH值为7~9.3，呈弱碱性至碱性，水体溶解氧浓度为0.0~16.5mg/L，三个水质参数随深度增加而递减。
受风力扰动的影响，水体浊度较高且随深度呈递增趋势。
电导率与溶解性固体总量相对较低，两者在垂向上的变化趋势具有一致性。
大部分水库水中叶绿素a浓度在16p,g/L以内，藻蓝蛋白浓度在5000 cells/mL以内，垂向变化特征一致，表征了蓝藻为水体中的优势藻群。
稳定同位素指示了区域性的降水为水库水源补给的主要形式。
部分水库的水温与叶绿素a、pH，以及藻蓝蛋白与溶解氧、pH之间呈显著的正相关关系。
关键词：水质参数；特征及变化；水库水体；楚雄中图分类号：X52文献标志码：A文章编号：1673-9655（2221）01-0041-160前言水库是介于河流与湖泊之间半自然、半人工的生态系统，具有水位不稳定、水置换周期长、生产力低等特点［1-9］o云南省楚雄州境内的水库众多（232余座），水库类型和功能各异，在区域粮食安全、经济发展、生态稳定等方面具有重要作用［］o 楚雄州水库多修建于20世纪五六十年代，运行年代久远，随着城市发展和人口剧增，点源、面源污染负荷的增加，水质日益恶化、富营养化不断加剧+5］o导致水库功能的减弱或丧失，制约地区社会经济的发展甚至危及人类的健康o水体的基本理化指标如水温、pH、溶解氧、透明度、浊度，氮、磷等营养盐，以及如叶绿素a 和藻蓝蛋白等生物指标，是深入认识湖库水体环境的基础［To其中，水温是水环境评价的重要因子之一，对水生态环境系统中的物理、化学和生物过程起着重要作用5］o叶绿素n浓度、溶解氧含量作为衡量水体富营养化及自净能力的指标5］,两者之间相互影响。
滇东黔西地下水氢氧同位素特征
滇东黔西地下水氢氧同位素特征张明亮(四川省地质矿产勘查开发局九一五水文地质工程地质队，四丿11眉山620010)摘要：通过大气降雨氫氧同位素进行分析，得出了滇东黔西的大气降水线为8(0)=7.848 8(180)+11.00,地 下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近，说明研究区地下水是由大气降雨补给。
从贵州中部向西云 南昆明，地下水中越来越贫重同位素，显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。
研究区自东向西地下 水中氧漂移越来越明显，说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。
研究区就过量系数d 为9.9,显示了淇东黔西 地区不平衡蒸发强烈。
滇■东黔西地区地下水出露高程和6‘9值的关系为8 180(%o)=-0.00259H-5.657,地下水出 露高程与6D 值得关系为8D(%o)=-0.0236H-31.080即在滇东黔西地区海拔毎上升100m,地下水中b ”O 值下 降 0.259%o, 5D 值下降 2.36%o 。
关键词：地下水；氢氧同位素；大气降水；滇东黔西中图分类号：P641.6 文献标识码：A文章编号：1006-0995(2019)02-0508-04DOI : 10.3969刀.issn.1006-0995.2019.03.032氢氧稳定同位素是水体的一种天然示踪剂，已广泛应用于水文地质学、气候学⑴、生态地质学⑵］等 领域。
由蒸发、凝聚、降落和径流等过程形成的水体，在运移过程中发生不同程度的同位素分馆，水中 稳定同位素叱和'll 受气候过程的影响，提供了它们起源的标志特征，对水分的来源具有指示意义，因 此可以通过水体的氢氧同位素组成变化来示踪水循环、判别其来源3】。
水中环境同位素记录了水循环的 过程信息，是研究区域水文循环的理想方法於、5。
前人对氢氧同位素特征做了不少研究卩如，但云贵高原 地区研究相对较少。
云贵高原地理位置特殊，位于二级台阶之上，前人对该区域的地下水同位素特征研 究甚少。
稳定同位素在植物水分来源及利用效率研究中的应用
稳定同位素在植物水分来源及利用效率研究中的应用吴骏恩;刘文杰;朱春景【摘要】This paper described the application of stable hydrogen,carbon and oxygen isotopes techniques in tracing sources of plant water and water use efficiency.Since the process that plant roots uptake water is non-frac-tionating,plant xylem water has the same composition of stable hydrogen and oxygen isotopes as soil water utilized by the plant.By analyzing the composition of hydrogen and oxygen isotopes of plant xylem water and potential sources of water,we could quantitatively determine the contributions of the sources to plants.For the study of water use efficiency,there were many researches showed that the composition of stable carbon isotopes of leaves can be an indirect indicator of plant water use efficiency.Photosynthesis is one of the most significant processes of carbon iso-tope fractionation in nature.So,stable carbon isotopes techniques had become the best way to study the long-term water use efficiency of plant leaves presently.As a safe tracer material,stable isotopes technique will help people to understand the plant’s ecophysiological process.Anyway,with the continuous improvement of techniques,sta-ble isotope techniques will be widely used in many areas of ecology.%介绍了稳定氢、氧、碳同位素技术在定量区分植物水分来源及利用效率研究中的应用。
基于稳定同位素的SPAC_系统水分转化研究进展
第４７卷㊀第２期２０２３年３月南京林业大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．２Ｍａｒ．，２０２３㊀收稿日期Ｒｅｃｅｉｖｅｄ：２０２１⁃０７⁃１１㊀㊀㊀㊀修回日期Ａｃｃｅｐｔｅｄ：２０２２⁃０３⁃２２㊀基金项目：国家自然科学基金项目（４１８７７１５２）；北京林业大学大学生创新创业训练计划（Ｓ２０２０１００２２２０３）㊂㊀第一作者：林雯淇（１０４０９６４１４９＠ｑｑ．ｃｏｍ）㊂∗通信作者：贾国栋（ｊｉａｇｕｏｄｏｎｇ＠ｂｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ），副教授㊂㊀引文格式：林雯淇，贾国栋．基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展［Ｊ］．南京林业大学学报（自然科学版），２０２３，４７（２）：２３４－２４２．ＬＩＮＷＱ，ＪＩＡＧＤ．ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｏｆｗａｔｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＳＰＡＣｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎ⁃ｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ），２０２３，４７（２）：２３４－２４２．ＤＯＩ：１０．１２３０２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２００６．２０２１０７０１６．基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展林雯淇１，贾国栋１，２∗（１．北京林业大学水土保持学院，北京㊀１０００８３；２．水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京㊀１０００８３）摘要：大气⁃土壤⁃植被连续体（ｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ，ＳＰＡＣ）系统水分转化过程是生态水文学重要的研究内容㊂稳定同位素作为天然的示踪剂能有效示踪㊁整合和指示ＳＰＡＣ系统中的水分输入㊁输出以及转化过程㊂笔者在简述稳定同位素应用原理的基础上，以垂直方向上ＳＰＡＣ系统水分运移的视角，阐释基于稳定同位素技术的土壤⁃根系界面水分运移㊁植物传输水分中存在的分馏和植物冠层⁃大气界面水分交换的研究进展，探讨了ＳＰＡＣ系统水分转化研究中稳定同位素技术在分馏机制㊁时间分辨率与空间异质性方面的局限性㊂认为未来基于稳定同位素的ＳＰＡＣ水分转化研究还需着重在以下３个方面进行：①借助广泛应用于其他领域的便携式同位素分析仪对各种同位素水池同位素组成进行原位观测；②结合多种同位素分析水体同位素组成来分析土壤⁃根系界面水分运移过程，进一步确定树木水分来源，提高识别和划分的准确性，并以此完善稳定同位素应用模型；③利用同位素标记盆栽实验精准控制叶片吸水的水源，高分辨率地解析叶片吸水的发生位置以及时间；④结合控制性同位素标记实验并利用离心技术提取木质部导管中的汁液水，对比分析各水池同位素偏差，以深入开展同位素分馏机制的研究㊂关键词：大气⁃土壤⁃植被连续体（ＳＰＡＣ）；稳定同位素；水分来源；叶片吸水；同位素分馏中图分类号：Ｓ７１５㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１０００－２００６（２０２３）０２－０２３４－０９ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｏｆｗａｔｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＳＰＡＣｓｙｓｔｅｍＬＩＮＷｅｎｑｉ１，ＪＩＡＧｕｏｄｏｎｇ１，２∗（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＤｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｂａｔｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ（ＳＰＡＣ）ｓｙｓｔｅｍｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｐｉｃｉｎｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｈｙｄｒｏｌｏｇｙ．Ｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓ，ａｓｎａｔｕｒａｌｔｒａｃｅｒｓ，ｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｔｒａｃｅ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅａｎｄｉｎｄｉｃａｔｅｗａｔｅｒｉｎｐｕｔ，ｏｕｔｐｕｔａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎｔｈｅＳＰＡＣｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄｏｎａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｔｈｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｗａｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｔｈｅｓｏｉｌ⁃ｒｏｏｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｉｎｐｌａｎｔｗａｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔ；ａｎｄｗａｔｅｒｅｘｃｈａｎｇｅａｔｔｈｅｐｌａｎｔｃａｎｏｐｙ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂａｓｅｄｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｅｘｐｌｏｒｅｄｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｅｌｕｃｉｄａｔｉｎｇｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｔｅｍｐｏｒａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｓｐａｔｉａｌｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙｉｎｗａｔｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓｏｆＳＰＡＣｓｙｓｔｅｍｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅｃｏｎｃｌｕｄｅｂｙｐｒｏｖｉｄｉｎｇｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ，ｗｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄｔｈａｔｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｔｈｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｓｐａｃｗａｔｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｓｈｏｕｌｄｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓ：（１）Ｉｎｓｉｔｕｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｉｓｏｔｏｐｉｃｐｏｏｌｓｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｐｏｒｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｉｃａｎａｌｙｚｅｒｓ．（２）Ｍｕｌｔｉｉｓｏｔｏｐｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｏｌｉｓｏｔｏｐｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｗａｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｃｅｓｓａｔｔｈｅｓｏｉｌｒｏｏｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｏｆｕｒｔｈｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｏｆｔｒｅｅｓ，ａｎｄｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｏｕｒｃｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｉｖｉｓｉｏｎ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．（３）Ｕｓｉｎｇｉｓｏｔｏｐｅｌａｂｅｌｅｄｐｏｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｏｆｌｅａｆｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｔｉｍｅｏｆｌｅａｆｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｔａｍｏｒｅｆｉｎｅｌｅｖｅｌ．（４）Ｕｓｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｉｓｏｔｏｐｅｌａｂｅｌｉｎｇａｎｄｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｅｘｔｒａｃｔｊｕｉｃｅｆｒｏｍｘｙｌｅｍｖｅｓｓｅｌｓ，ｔｈｅｉｓｏｔｏｐｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｐｏｏｌｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｔｈｅ㊀第２期林雯淇，等：基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展ｉｓｏｔｏｐｅｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ（ＳＰＡＣ）；ｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅ；ｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅ；ｆｏｌｉａｒｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅ（ＦＷＵ）；ｉｓｏｔｏｐｅｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｓ㊀㊀植物作为大气⁃土壤⁃植物连续体（ｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔ⁃ｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ，ＳＰＡＣ）系统水分循环中的重要纽带，能通过蒸腾作用将土壤水从地表内转移到大气，通过获取和转移地表与深层地下之间的元素驱动地球的养分循环［１］㊂植物水分通量受土壤和大气间水分梯度驱动，植物通过树木根系吸水㊁木质部运输水分和气孔蒸腾失水在调节ＳＰＡＣ系统的水量平衡方面发挥着重要作用［２－５］㊂自然界稳定同位素间丰度范围较大，质量差异明显，导致各界面同位素组成有差别，使得在ＳＰＡＣ系统中能够以稳定同位素为 示踪剂 分析各个界面的同位素特征，反映各界面间的水分转化过程，并由此理解生态系统中植物的生理活动［６］㊂降水作为ＳＰＡＣ系统的水分输入来源，其同位素组成差异较大，原因是来自不同大洋的水汽受温度㊁海拔等因素影响，在蒸发过程中的同位素分馏和水汽由沿海到内陆的同位素贫化都标记了不同场次降雨的同位素信息，进一步标记不同水体（如地表水㊁地下水㊁植物水和土壤水等）成为示踪水分转换的基础㊂其中，土壤水因降雨㊁蒸发以及土壤本身存在的水分运移标记了不同层次土壤水的氢㊁氧同位素值［７］㊂从ＳＰＡＣ各个生态系统的角度，稳定同位素技术广泛应用于森林［４］㊁灌草地［８］㊁沙地［２］㊁农田［９］㊁农林混合［１０］㊁沿海红树林［１１］等生态系统，包括植物水分利用策略与水分竞争㊁系统蒸散发拆分㊁干旱胁迫下水分传输机制等诸多领域；从ＳＰＡＣ系统各个界面角度，稳定同位素技术也广泛应用于水分在ＳＰＡＣ系统传输过程中途经的植被冠层㊁土壤包气带与饱和带［１２］㊁植物根系［７］㊁植物茎干与枝条［３］㊁叶片［１３］等各个部位的监测㊂然而，稳定同位素技术如何有效应用于ＳＰＡＣ系统水分转换的各个界面，该技术目前取得的成果与存在的局限性等尚缺少系统的梳理和总结，因此，沿着ＳＰＡＣ系统由下及上的视角，笔者系统阐述稳定同位素技术在土壤⁃根系土界面㊁植物体㊁冠层⁃大气界面的应用研究成果，总结当前的研究进展，分析技术应用的局限，以期为未来稳定同位素技术应用的发展提供相应建议㊂１㊀土壤⁃根系界面水分运移１．１㊀植物利用水分的季节性变化分布在土壤中的植物根系主要吸收土壤水以支持植物各项生理活动㊂降水是土壤水的主要来源，在气候变化大背景下，降雨的季节性变化会引起如旱期延长㊁降雨量减少和汛期洪水频发等现象［１４－１５］，都对土壤含水量产生深刻影响㊂一般情况下，植物更倾向于从相对饱和或含水量较高的土层中吸收水分［１６］，土壤含水量的季节变化使植物根系吸水深度发生季节性变化，可能会对植物生长的可持续性和生产力产生影响㊂大多数植物雨季利用浅层土壤水，旱季利用更为稳定的深层土壤水，这种随外界环境转变水分利用条件的现象得益于根的 二态性 ［１７］㊂Ｍｅｉｎｚｅｒ等［１８］评估了巴拿马热带森林中１２种冠层树种的水分利用时空变化，结果发现树木倾向于吸收大于８０ｃｍ的土壤水，且随着旱季缺水情况的加剧，树木从土壤剖面的更深处汲取水分㊂在中国黄土高原中部干旱半干旱地区，Ｗａｎｇ等［１９］发现长芒草（Ｓｔｉｐａｂｕｎｇｅａｎａ）主要利用０ １２０ｃｍ的土壤水，由于在生长季需水量大对深层土壤水的利用从５月的１４ ５０％增加到８月的４２．４０％㊂相反，Ｍｕñｏｚ⁃Ｖｉｌｌｅｒｓ等［２０］在墨西哥的热带森林中发现，乔木在旱季增加对０ ３０ｃｍ浅层土壤水的利用，可能与夜间 水力提升 以及树木的其他资源，如营养的可利用性有关㊂Ｗａｎｇ等［１５］发现研究区入侵物种通过特殊的形态㊁生理反应或短暂的生活史来避免干旱或暂时性洪水造成的水分胁迫，无论是旱季还是雨季都主要利用浅层（０ ３０ｃｍ）土壤的水分㊂同时，由于生活型差异，同一生境下植物的水分利用方式也存在明显差异㊂由此可知，植物利用水分的季节变化是一个普遍的现象，既存在于各生态系统的植物中，也存在于各生活型的植物中，但植物如何在季节间转变水分利用方式，以及相应的季节性水分利用方式会对植物产生什么影响等仍需进一步研究㊂１．２㊀植物水力再分配中的水分转化植物根系受环境条件影响转变水分利用方式，选择更为稳定的潜在水分来源时，也存在利用根系再分配水分，反向改善土壤水分条件或者邻木的情况㊂植物根系水分吸收过程的水力再分配（ｈｙ⁃ｄｒａｕｌｉｃｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＨＲ），是指根系在水势梯度驱动下将湿润土层的水分释放至干燥土层的被动过５３２南京林业大学学报（自然科学版）第４７卷程［２１－２２］，包括水力提升（ｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｉｆｔ，ＨＬ）［２３］㊁逆向水力提升（ｉｎｖｅｒｓｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｉｆｔ，ＩＨＬ）［２４］和侧向再分配（ｌａｔｅｒａｌｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＬＲ）［２５］３种类型㊂２０２１年ＢａｒｒｏｎＧｒｆｆｏｒｄ等［２６］观察到一种水力再分配类型，即收敛水力再分配（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ㊀ｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＣＨＲ）㊂水力再分配通常发生在蒸腾停止或蒸腾较慢的夜间［２７］，而景天酸代谢植物（Ｃｒａｓｓｕｌａｃｅａｎａｃｉｄｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ）存在水分白天重新分配的现象［２８］，以及在较高的饱和水汽压差下，一些树种的气孔于日间闭合也可能导致水力再分配［２９］㊂对于ＨＲ，常利用同位素（如Ｄ和１８Ｏ）局部标记根系或土壤，并通过监测根系的其他部分或根系周围土壤同位素值的变化来判断是否发生水力再分配［３０］㊂ＨＲ已经在超过１１０种树木中得到验证［３１］，如：非洲南部草原的木本植物和草本植物［３２］，中国西北部沙漠的木本植物［３３］，欧洲西南部的灌木丛［３４］，亚马逊中东部的阔叶林［３５］和欧洲㊁北美西部的针叶林［３６－３７］㊂现阶段的ＨＲ研究多集中在温带和（半）干旱气候区［３８－３９］，ＨＲ作用普遍存在于该类区域的树木中㊂但是，在某些生物群落中，如土壤湿度高而且相当均匀的非盐碱湿地群落，或者是根的深度不足以使植物到达不同含水量土壤层的草原群落，可能不会发生ＨＲ［４０］㊂ＨＲ虽然普遍存在，但是其水文和生态意义取决于ＨＲ发生时间及其通量大小［４１］㊂就个体水平而言，ＨＲ可以促进植物蒸腾［４２－４３］；ＨＲ导致根系中额外增加的水分能够改善干燥土壤层的水势条件，在一定程度上维持根系的水力传导，且当ＨＲ发生时，根系栓塞往往可以恢复，延长了根系的生长期［４４－４５］，使根系更加充分地吸收水分和养分㊂而对于生态系统水平而言，如果ＨＲ只贡献了很小的一部分蒸腾水，可能不会产生直接的水文效应㊂此外，ＨＲ有助于基岩淋溶，增加磷和金属离子等的养分含量，促进深层土壤养分流动和植物吸收［４６］，还对表层土壤的保水性有积极影响［４７］㊂对邻近植物，在干旱情况下，树木利用邻木所释放的８０％的水分来支持生长，增强抗旱性［４８－４９］㊂相反，Ｍｕｌｅｒ等［５０］发现，在野外实验和温室实验中作为源植物的山茂樫（Ｂａｎｋｓｉａａｔｔｅｎｕａｔａ）带给附近植物的影响并不具有普遍的积极意义㊂但是，即使在干燥条件下，ＨＲ也并不会对附近植物带来负面影响［５１］㊂关于ＨＲ通量的大小，在Ｈａｆｎｅｒ等［５２］的模型中，干燥条件下的植物吸收邻木再分配水的数量取决于其根长以及根长和茎尖数量的交互作用，并且较高的黎明前水势梯度㊁水力传导率和较大的导管能够显著增加ＨＲ通量㊂同时，随着根系密度的增加，ＨＲ的通量也会增加［５３－５４］㊂此外，根系的其他特征如水通道蛋白也可能调控再分配水的通量大小［５５］㊂综上可以看出，ＨＲ普遍存在于各种生态系统中，且就个体水平而言ＨＲ能够产生较积极的影响，但ＨＲ对群落水平和生态系统水平所产生的影响尚缺乏深入研究㊂１．３ 植物利用水分的滞后性关于植物对不同空间水分来源的利用如植物利用水分的季节性变化和植物的水力再分配过程的研究较多，植物对不同时间水分来源利用方面的研究尚不多见㊂由于水分来源的补给需要时间，包括降水㊁河水㊁地下水补给土壤水的过程和土壤水被植物吸收利用的过程［５６］，因此在时间尺度植物往往存在利用前几场降雨或前几个季节水分来源的情况，造成了植物吸水的滞后性㊂受温度㊁海拔等因素影响，源于不同大洋的水汽同位素组成不同，且存在季节性动态变化，使各潜在水分来源呈现时间异质性㊂通常来说，来自海洋性气团的降水重同位素含量较低，而局地蒸发形成的降水重同位素含量较高［６］；雨季降水量充沛且同位素较贫化，而旱季的同位素则较雨季富集；来自冰雪融水的河水同位素偏贫化，来自上游地下水出流的河水同位素偏富集［５６］；同时，地下水同位素也存在一定的动态变化㊂土壤水受降水㊁地下水㊁地表水补给，往往以优先流的形式流经大孔隙，同时将水储存在较细的基质中，因此可能会保留混合多个降水事件［５７－５８］㊂鉴于土壤水的同位素组成在不同季节㊁不同深度表现出明显的异质性，可将土壤水视作能够划分为多个不同水龄的混合水池㊂但是，植物根系无规则的分布特性，使植物并不会按照时间顺序逐个利用各潜在水分来源㊂因此，植物根系分布和土壤水入渗规律的相互作用导致植物不均衡地利用前几个季节的降水而不是最近的降水［５９］，造成了植物吸水的滞后性㊂如在干旱或地中海气候下，植物主要利用过去的降水［６０－６１］㊂Ｂｒｉｎｋｍａｎｎ等［５８］发现两个常见的共生物种欧洲云杉（Ｐｉｃｅａａｂｉｅｓ）和欧洲水青冈（Ｆａｇｕｓｓｙｌｖａｔｉｃａ）吸收的水分中分别有４５％和３９％是来自前一个秋冬（即１１月至次年４月）的降水，有１１％和８％甚至来自１２个月前或更早的降水事件㊂Ｇóｍｅｚ⁃Ｎａｖａｒｒｏ等［６２］以北美犹他州５个城市公园树木为研究对象，利用Ｄ与１８Ｏ同位素标记发现，城市公园树木依赖灌溉用水的同时似乎也依赖于前一个冬季的６３２㊀第２期林雯淇，等：基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展降水㊂另外，土壤水被植物根系吸收并运送到木质部需要时间，因此受标记的土壤水需要一定时间才能在木质部中检测到㊂在Ｄａｗｓｏｎ［６３］设计的实验中，不同的生活型和物种间，氢同位素组成标记的水在木质部中出现所需要的时间均有差异，如单子叶植物绒毛草（Ｈｏｌｃｕｓｌａｎａｔｕｓ）需要４０ ６０ｍｉｎ，草本植物北美桃儿七（Ｐｏｄｏｐｈｙｌｌｕｍｐｅｌｔａｔｕｍ）需要２ ０４ ５ｈ，灌木北美山胡椒（Ｌｉｎｄｅｒａｂｅｎｚｏｉｎ）需要７．５ １１ ０ｈ，乔木美洲椴（Ｔｉｌｉａｈｅｔｅｒｏｐｈｙｌｌａ）则需要３０ ３７ｈ㊂Ｇａｉｎｅｓ等［６４］开始实验后的１ ７ｄ，在槭㊁山核桃和栎的树冠中监测到了氘的标记水㊂２㊀植物传输水分中存在的分馏同位素分馏（ｉｓｏｔｏｐｉｃｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）一般用来衡量同位素差异大小，是同位素效应的一种表现，同位素间的质量差异，使其表现出不同的物理化学性质，是同位素在物理㊁化学和生物过程中发生同位素分馏的基础［６５］㊂其中，同位素在两种物质（或物相）之间的分馏程度可用同位素分馏系数α定量表达，反映了两种物质之间同位素相对富集或亏损的大小㊂其中，由于根部内皮层的径向细胞壁上具有高度发达的凯氏带，阻碍了水的非胞质运动，迫使水分流经共质体（由胞间连丝或水通道蛋白连接的连续介质），使其与流经根部质外体相比，发生更明显的同位素分馏，且更倾向于发生氢同位素而不是氧同位素的分馏［６６－６８］㊂Ｐｏｃａ等［６７］研究发现，丛枝菌根可能通过阻碍水分流经质外体迫使水分流经共质体，引起同位素分馏㊂但在包括半干旱灌丛［１９］㊁针叶林［６９］㊁阔叶林［７０］和热带雨林［４，７１］等不具有高度发达的凯氏带的树木中都发现了同位素分馏，这与以往的研究结论有所出入，需要进一步的研究㊂同时，在一定条件下，植物体内导管水和组织水以及土壤的自由水和束缚水中［３，７２］也存在同位素分馏㊂如，Ｃｈｅｎ等［７３］利用经验公式量化了吸附水和非束缚水之间存在的同位素分馏；Ｂａｒｂｅｔａ等［３］在染色的基础上利用特殊的离心技术分离植物木质部汁液水和木质部组织水并对比二者同位素特征，发现组织水相对汁液水表现出明显的同位素分馏㊂有研究认为木质部组织水中贫化的同位素可能是细胞形成过程中水通道蛋白介导转运造成的，但是没有直接的证据［７２，７４］㊂在未来的研究中可以进一步验证水通道蛋白介导转运是否为一个分馏过程㊂３㊀植物冠层⁃大气界面的水分交换过程３．１㊀叶片吸水中的水分交换一般，研究者们假定叶片内部的水汽压在所有条件下接近饱和［７５］，而大气水汽压不饱和，则水分在水势的驱动下由叶片净流出（即蒸腾作用）㊂但是，由于环境㊁树木内部条件的改变，叶片水汽压降低至比叶片周围的大气水汽压更负或大气水汽压接近饱和时，水势驱动梯度逆转，叶片直接吸收水分［７６］，这一植物生理活动称为叶片吸水（ｆｏｌｉａｒｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅ，ＦＷＵ），常伴随着树木体内水分逆向运移的过程［７７］㊂研究发现，当空气湿度饱和至叶片表面截留液态水，如薄雾㊁浓雾和露水时期，树木通过叶片吸收水分或凝结水［７８－８２］㊂但是，叶片对截留水分的吸收不仅存在雾㊁露期间，也发生在降雨期间［８１］㊂在全球范围内，能够湿润叶片的降水（＞０．１ｍｍ）平均每年超过１００ｄ，在热带和亚热带生态系统中甚至能达到１７４ｄ，即使在沙漠和旱生灌丛生态系统中也有２９ｄ［８３］，其中大部分降雨无法接触根区土壤和根系，因此在以往的研究中往往忽略这些小量级降雨㊂Ｂｅｒｒｙ等［８１］总结认为，至少有７７科２３３个种表现出叶片吸水的能力；在Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ等［８４］的研究中，８５％的物种具有叶片吸水的能力㊂也有证据表明，在空气没有凝结成液态水（即水仍以蒸汽形式存在）时，存在对水蒸气形态的叶片吸水过程［７５］㊂毫无疑问，树木叶片频繁且长时间持续地暴露在湿润条件下，对包括云雾林㊁沿岸和干旱半干旱地区在内大部分树木的水分利用方式产生了普遍的关键意义［８５－８７］㊂研究证明，叶片可通过多种途径在叶表进行水分吸收，与盐离子相结合的凹陷气孔㊁表皮（发生在气孔大部分关闭的晚上）㊁特殊结构（毛状体㊁鳞片等）都被认为是叶片吸水的路径，同时角质层中的某些化合物（如多糖）以及细菌和内生细菌能够促进叶片吸水［７６，７９，８８－９４］㊂因此，叶片边界层对树木叶片吸水的影响十分明显㊂叶片表面特性，如角质层特性能改变边界层特性，造成叶片吸水的差异［７６］；叶片表面的结构，如表皮的组成与结构受叶片水势降低影响，可能会增强进入叶片的水势梯度［９５］㊂并且，只要给定一个足够的水势梯度，如较高的木质部水势和较低的土壤水势，叶片吸收的水分就可能释放至土壤中㊂如Ｃａｓｓａｎａ等［９２］证明，在水分胁迫下，暴露在雾中的巴拉那松（Ａｒａｕｃａｒｉａ７３２南京林业大学学报（自然科学版）第４７卷ａｎｇｕｓｔｉｆｏｌｉａ）发生水流逆向流动，其根际可释放出叶片所吸收的雾水至土壤㊂Ｅｌｌｅｒ等［１３］以巴西药用植物巴西林仙（Ｄｒｉｍｙｓｂｒａｓｉｌｉｅｎｓｉｓ）为研究对象，发现叶片吸水对于叶片含水量的贡献率达到了４２％，叶片吸水可以在很大程度上缓解土壤水分亏缺㊂车力木格等［９６］以科尔沁沙地常见植物差不嘎蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｈａｌｏｄｅｎｄｒｏｎ）㊁小叶锦鸡儿（Ｃａｒａｇａｎａｍｉｃｒｏｐｈｙｌｌａ）和猪毛菜（Ｓａｌｓｏｌａｃｏｌｌｉｎａ）为研究对象，发现三者均存在叶片吸水现象，且降雨后的茎叶水势值分别相比降雨前升高了约６６．７％㊁５９．５％和８７．９％，且都呈现先上升后稳定的趋势㊂张欢［７７］以北京山地侧柏（Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ）为研究对象，发现侧柏长期处于干旱胁迫状态时，叶片可以利用绝大多数降雨，并能从中获益来缓解叶片的干旱胁迫状态㊂Ｄａｗｓｏｎ等［８３］分析Ｄａｗｓｏｎ和Ｊａｃｏｂｓ的数据得出，降水事件的季节性变化导致了加利福尼亚州海岸红杉（Ｓｅｑｕｏｉａｓｅｍｐｅｒｖｉｒｅｎｓ）生态系统和荷兰草地生态系统的叶片湿润，使两个生态系统在冬天都受到雾㊁露的 额外补贴 ，并在干燥的夏季产生很大的影响㊂Ｃａｖａｌｌａｒｏ等［９７］以巴塔哥尼亚大草原的树木为研究对象，发现所有树木在湿润后都表现出叶片吸水，使叶片水势增加０ ６５ １ ６７ＭＰａ㊂杨利贞等［８９］以干旱荒漠区柠条（Ｃａｒａｇａｎａｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ）㊁油蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｏｌｅｉｆｅｒａ）和花棒（Ｈｅｄｙｓａｒｕｍｓｃｏｐａｒｉｕｍ）为研究对象，发现三者均有叶片吸水现象，且不同种植物间㊁不同建植年限的植物叶片吸水潜力有所差异㊂有关叶片吸水的实验方法很多，主要包括液流法［７７，９１］㊁染料示踪法㊁质量法［９８］和水势法［９９］，但较为广泛使用的是稳定同位素法［７７，９２，１００］㊂稳定同位素法主要是利用人工降雨㊁超声雾化器等手段，将叶片暴露在以富集或贫化氢氧同位素标记水模拟的湿润环境中，一段时间后再测量叶片中是否出现这种标记水，并与木质部水的同位素值进行对比㊂值得注意的是，在关于叶片吸水的同位素标记实验中，往往不能忽视叶片的水分交换过程㊂由于叶片水分交换会改变叶片水分的同位素比值，却不一定使叶片含水量和水势发生改变，因此关于叶片吸水（净获得Ｈ２Ｏ）的研究不能仅观察叶片同位素比值是否改变［８４］㊂稳定同位素技术在叶片吸水过程研究的应用十分广泛㊂Ｌｅｈｍａｎｎ等［１０１］以干湿土壤条件下的夏栎（Ｑｕｅｒｃｕｓｒｏｂｕｒ）树苗为研究对象，将树木暴露在相对湿度高且１８Ｏ同位素贫化的水汽中来示踪水汽经叶片吸收后的运输过程㊂Ｓｃｈｗｅｒｂｒｏｃｋ等［１００］通过在５种温带林地蕨类植物叶表面施加氘水（Ｄ２Ｏ）示踪实验，探究蕨类植物的叶片吸水过程㊂Ｅｍｅｒｙ［１０２］基于稳定同位素标记实验，探究了加利福尼亚州主要灌木树种叶片吸水能力的差异，并认为这种叶片吸水能力将在气候变化下影响物种生理耐受性及分布㊂Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ等［１０３］认为虽然稳定同位素技术在标记水汽并探究叶片吸水机制的研究中具有良好的应用效果，但需要重新审视其计算叶片吸水率的问题，因为即便是叶片内外水汽浓度平衡的条件下，也能监测到叶片内外水同位素组成的交换过程㊂３．２㊀植物冠层存在的同位素分馏植物冠层通过参与光合作用㊁蒸腾作用以及叶片吸水过程与大气进行频繁的水汽交换，改变了叶片的同位素值㊂在蒸腾作用下，较轻的同位素相比较重的同位素优先扩散到大气中，形成明显的同位素分馏［１０４］㊂而在光合作用中存在的ＣＯ２吸收和同化过程中的分馏是影响叶片１３Ｃ同位素组成的主要因素［１０５］，且光合作用后的分馏（包括Ｒｕｂｉｓｃｏ羧化后的同位素分馏）也可能影响１３Ｃ的同位素组成㊂但是，光合作用中的生化分馏对氢氧同位素组成产生的影响还不清楚，尚需进一步地研究㊂４㊀结㊀语稳定同位素已经普遍应用于量化ＳＰＡＣ系统的水分转化研究，用于阐明ＳＰＡＣ系统中水分在植物和土壤间的双向运移机制㊁分馏机制以及冠层和大气间的水分交换机制㊂但稳定同位素在ＳＰＡＣ系统水分转化中的应用还存在诸多限制：①在基于稳定同位素识别和划分植物水分来源的研究中，多采用传统的 采集样品⁃抽提水分⁃上机分析 方法分析植物及其潜在水分来源的同位素组成，这种方法破坏性较大，对同位素组成的确定造成了很大程度的不确定性㊂②当前研究大多集中利用单一同位素来确定树木水分来源，但是不同的同位素对同一水体的同位素组成分析存在差异，如Ｄ和１８Ｏ间分馏速率存在差异，基于Ｄ和１８Ｏ确定植物水分利用来源由此也存在差异，因此利用单一同位素分析水池同位素增加了研究的不确定性㊂③叶片吸水发生在能使叶片湿润的天气条件下，如降雨事件㊁雾事件㊁露事件时，但成熟树木的冠层往往呈现复杂的空间异质性，树木叶片湿润的时间参差不齐，单个叶片的湿润特征只能代表某一特定区域而无法代表整体，使得难以准确测量叶片吸水发生的时８３２㊀第２期林雯淇，等：基于稳定同位素的ＳＰＡＣ系统水分转化研究进展间和地点，并且水分进入叶片细胞或细胞间隙后的去向，以及是否进一步参与树木的生理活动尚未可知㊂④受现有技术限制，对植物生理活动中存在的同位素分馏机制尚不清楚㊂未来基于稳定同位素的ＳＰＡＣ水分转化研究还需重点在以下３个方面进行：①借助广泛应用于其他领域的便携式同位素分析仪对各种水分来源同位素组成进行原位观测，有利于高效解析同位素组成的短期动态变化，统一各水分来源的时间分辨率以分析ＳＰＡＣ系统水分移动过程㊂②结合多种水分来源同位素组成，来分析土壤⁃根系界面水分运移过程，从而进一步确定树木水分来源，提高识别和划分的准确性，并以此完善多元混合模型（ＩｓｏＳｏｕｒｃｅ）㊁贝叶斯混合模型（ＭｉｘＳＩＲ㊁ＳＩＡＲ㊁Ｍｉｘ⁃ＳＩＡＲ）等稳定同位素应用模型㊂③利用同位素标记盆栽实验精准控制叶片吸水的水源，高分辨率地解析叶片吸水的发生位置以及时间㊂同时，由于树冠湿润事件在各类型生态系统的频繁发生，叶片吸水很可能成为各生态系统中的一般性事件，因此是否将叶片吸水纳入各地尤其是干旱地区的水文循环模型也需要进一步讨论㊂④结合控制性同位素标记实验并利用离心技术［１０６］提取木质部导管中的汁液水，对比分析各水分来源同位素偏差，以深入开展同位素分馏机制的研究㊂参考文献（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）：［１］ＤＡＷＳＯＮＴＥ，ＨＡＨＭＷＪ，ＣＲＵＴＣＨＦＩＥＬＤ⁃ＰＥＴＥＲＳＫ．Ｄｉｇｇｉｎｇｄｅｅｐｅｒ：ｗｈａｔｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｚｏｎｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅａｄｄｓｔｏｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｐｌａｎｔｅｃｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＮｅｗＰｈｙｔｏｌ，２０２０，２２６（３）：６６６－６７１．ＤＯＩ：１０．１１１１／ｎｐｈ．１６４１０．［２］ＰＡＮＹＸ，ＷＡＮＧＸＰ，ＭＡＸＺ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏ⁃ｓｉｔｉｏｎｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｅｓｅｒｔｐｌａｎｔｓａｎｄｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｉｎａｎａｒｔｉｆｉｃｉａｌｒｅｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＣＡＴＥ⁃ＮＡ，２０２０，１８９：１０４４９９．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃａｔｅｎａ．２０２０．１０４４９９．［３］ＢＡＲＢＥＴＡＡ，ＢＵＲＬＥＴＴＲ，ＭＡＲＴÍＮ⁃ＧÓＭＥＺＰ，ｅｔａｌ．Ｅｖｉｄｅｎｃｅｆｏｒｄｉｓｔｉｎｃｔｉｓｏｔｏｐｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｓａｐａｎｄｔｉｓｓｕｅｗａｔｅｒｉｎｔｒｅｅｓｔｅｍｓ：ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓｆｏｒｐｌａｎｔｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＮｅｗＰｈｙｔｏｌ，２０２２，２３３（３）：１１２１－１１３２．ＤＯＩ：１０．１１１１／ｎｐｈ．１７８５７．［４］ＢＲＵＭＭ，ＶＡＤＥＢＯＮＣＯＥＵＲＭＡ，ＩＶＡＮＯＶＶ，ｅｔａｌ．ＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｎｉｃｈｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｄｅｆｉｎｅｓｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｄｒｏｕｇｈｔｔｏｌｅｒａｎｃｅｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｉｎａｓｅａｓｏｎａｌＡｍａｚｏｎｆｏｒｅｓｔ［Ｊ］．ＪＥｃｏｌ，２０１９，１０７（１）：３１８－３３３．ＤＯＩ：１０．１１１１／１３６５－２７４５．１３０２２．［５］贾国栋．基于稳定氢氧同位素技术的植被⁃土壤系统水分运动机制研究［Ｄ］．北京：北京林业大学，２０１３．ＪＩＡＧＤ．Ｗａｔｅｒｍｏｖｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｌａｎｔ⁃ｓｏｉｌｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｓｔａｂｌｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉ⁃ｖｅｒｓｉｔｙ，２０１３．［６］李雨芊，孟玉川，宋泓苇，等．典型林区水分氢氧稳定同位素在土壤⁃植物⁃大气连续体中的分布特征［Ｊ］．应用生态学报，２０２１，３２（６）：１９２８－１９３４．ＬＩＹＱ，ＭＥＮＧＹＣ，ＳＯＮＧＨＷ，ｅｔａｌ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｏｆｗａｔｅｒｉｎｓｏｉｌ⁃ｐｌａｎｔ⁃ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｃｏｎｔｉｎｕｕｍ（ＳＰＡＣ）ｓｙｓｔｅｍｏｆａｔｙｐｉｃａｌｆｏｒｅｓｔａｒｅａ［Ｊ］．ＣｈｉｎＪＡｐｐｌＥｃｏｌ，２０２１，３２（６）：１９２８－１９３４．ＤＯＩ：１０．１３２８７／ｊ．１００１－９３３２．２０２１０６．０２０．［７］ＲＯＴＨＦＵＳＳＹ，ＪＡＶＡＵＸＭ．Ｒｅｖｉｅｗｓａｎｄｓｙｎｔｈｅｓｅｓ：ｉｓｏｔｏｐｉｃａｐ⁃ｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｑｕａｎｔｉｆｙｒｏｏｔｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅ：ａｒｅｖｉｅｗａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０１７，１４（８）：２１９９－２２２４．ＤＯＩ：１０．５１９４／ｂｇ－１４－２１９９－２０１７．［８］ＺＨＵＷＲ，ＬＩＷＨ，ＳＨＩＰＬ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄｉｎｔｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｃｏｍ⁃ｐｅｔｉｔｉｏｎｆｏｒｗａｔｅｒａｆｔｅｒａｆｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎｗｉｔｈＲｏｂｉｎｉａｐｓｅｕｄｏａｃａｃｉａｉｎｔｏａｎａｔｉｖｅｓｈｒｕｂｌａｎｄｉｎｔｈｅＴａｉｈａｎｇＭｏｕｎｔａｉｎｓ，ｎｏｒｔｈｅｒｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．Ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ，２０２１，１３（２）：８０７．ＤＯＩ：１０．３３９０／ｓｕ１３０２０８０７．［９］吴友杰．基于稳定同位素的覆膜灌溉农田ＳＰＡＣ水分传输机制与模拟［Ｄ］．北京：中国农业大学，２０１７．ＷＵＹＪ．ＷａｔｅｒｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳＰＡＣｉｎｉｒｒｉｇａｔｅｄａｎｄｆｉｌｍ⁃ｍｕｌｃｈｉｎｇｆａｒｍｌａｎｄｂａｓｅｄｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＡｇ⁃ｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１７．［１０］ＭＵÑＯＺ⁃ＶＩＬＬＥＲＳＬＥ，ＧＥＲＩＳＪ，ＡＬＶＡＲＡＤＯ⁃ＢＡＲＲＩＥＮＴＯＳＭＳ，ｅｔａｌ．Ｃｏｆｆｅｅａｎｄｓｈａｄｅｔｒｅｅｓｓｈｏｗｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｕｓｅｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒｉｎａｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｇｒｏｆｏｒｅｓｔｒｙｅｃｏｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＨｙｄｒｏｌＥａｒｔｈＳｙｓｔＳｃｉ，２０２０，２４（４）：１６４９－１６６８．ＤＯＩ：１０．５１９４／ｈｅｓｓ－２４－１６４９－２０２０．［１１］梁杰．红树林叶和冠层的水同位素分馏机制及其应用研究［Ｄ］．北京：清华大学，２０１９．ＬＩＡＮＧＪ．Ｓｔｕｄｉｅｓｏｎｗａｔｅｒｉｓｏｔｏｐｉｃｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎｓｉｎｌｅａｆ⁃ｃａｎｏｐｙｏｆｍａｎｇｒｏｖｅｆｏｒｅｓｔｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａ⁃ｔｉｏｎｓ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１９．［１２］ＨＡＨＭＷＪ，ＲＥＭＰＥＤＭ，ＤＲＡＬＬＥＤＮ，ｅｔａｌ．Ｏａｋｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎｄｒａｗｎｆｒｏｍｔｈｅｗｅａｔｈｅｒｅｄｂｅｄｒｏｃｋｖａｄｏｓｅｚｏｎｅｉｎｔｈｅｓｕｍｍｅｒｄｒｙｓｅａｓｏｎ［Ｊ］．ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒＲｅｓ，２０２０，５６（１１）：ｅ２０２０ＷＲ０２７４１９．ＤＯＩ：１０．１０２９／２０２０ＷＲ０２７４１９．［１３］ＥＬＬＥＲＣＢ，ＬＩＭＡＡＬ，ＯＬＩＶＥＩＲＡＲＳ．Ｆｏｌｉａｒｕｐｔａｋｅｏｆｆｏｇｗａｔｅｒａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｂｅｌｏｗｇｒｏｕｎｄａｌｌｅｖｉａｔｅｓｄｒｏｕｇｈｔｅｆｆｅｃｔｓｉｎｔｈｅｃｌｏｕｄｆｏｒｅｓｔｔｒｅｅｓｐｅｃｉｅｓ，Ｄｒｉｍｙｓｂｒａｓｉｌｉｅｎｓｉｓ（Ｗｉｎｔｅｒａｃｅａｅ）［Ｊ］．ＮｅｗＰｈｙｔｏｌ，２０１３，１９９（１）：１５１－１６２．ＤＯＩ：１０．１１１１／ｎｐｈ．１２２４８．［１４］ＺＨＡＮＧＢＢ，ＸＵＱ，ＧＡＯＤＱ，ｅｔａｌ．ＡｌｔｅｒｅｄｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＰｏｐｕｌｕｓｄｅｌｔｏｉｄｅｓｉｎｍｉｘｅｄｒｉｐａｒｉａｎｆｏｒｅｓｔｓｔａｎｄｓ［Ｊ］．ＳｃｉＴｏｔａｌＥｎｖｉｒｏｎ，２０２０，７０６：１３５９５６．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｓｃｉｔｏｔｅｎｖ．２０１９．１３５９５６．［１５］ＷＡＮＧＰＹ，ＬＩＵＷＪ，ＺＨＡＮＧＪＬ，ｅｔａｌ．Ｓｅａｓｏｎａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｗａｔｅｒｕｓｅａｍｏｎｇｒｉｐａｒｉａｎｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｉｎｔｒｏｐｉｃａｌｍｏｎ⁃ｓｏｏｎｒｅｇｉｏｎｏｆＳＷＣｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｃｏｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，２０１９，１２（４）：ｅ２０８５．ＤＯＩ：１０．１００２／ｅｃｏ．２０８５．［１６］ＭＡＹ，ＳＯＮＧＸＦ．Ｕｓｉｎｇｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｓｉｎｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅｏｆｓｕｍｍｅｒｍａｉｚｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｅｒｔｉｌｉ⁃ｚａｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＳｃｉＴｏｔａｌＥｎｖｉｒｏｎ，２０１６，５５０：４７１－４８３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｓｃｉｔｏｔｅｎｖ．２０１６．０１．１４８．［１７］刘自强，余新晓，贾国栋，等．北京山区侧柏利用水分来源对降水的响应［Ｊ］．林业科学，２０１８，５４（７）：１６－２３．ＬＩＵＺＱ，ＹＵＸＸ，ＪＩＡＧＤ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｐｏｎｓｅｔｏｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒＰｌａｔｙｃｌａｄｕｓｏｒｉｅｎｔａｌｉｓｉｎＢｅｉｊｉｎｇｍｏｕｎｔａｉｎａｒｅａ［Ｊ］．ＳｃｉＳｉｌｖａｅＳｉｎ，２０１８，５４（７）：１６－２３．［１８］ＭＥＩＮＺＥＲＦＣ，ＡＮＤＲＡＤＥＪＬ，ＧＯＬＤＳＴＥＩＮＧ，ｅｔａｌ．Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇｏｆｓｏｉｌｗａｔｅｒａｍｏｎｇｃａｎｏｐｙｔｒｅｅｓｉｎａｓｅａｓｏｎａｌｌｙｄｒｙｔｒｏｐｉｃａｌｆｏｒｅｓｔ［Ｊ］．Ｏｅｃｏｌｏｇｉａ，１９９９，１２１（３）：２９３－３０１．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ００４４２００５０９３１．［１９］ＷＡＮＧＪ，ＦＵＢＪ，ＬＵＮ，ｅｔａｌ．Ｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎｗａｔｅｒｕｐｔａｋｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｔｈｒｅｅｐｌａｎｔｓｐｅｃｉｅｓｂａｓｅｄｏｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｉｎｔｈｅｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕ［Ｊ］．ＳｃｉＴｏｔａｌＥｎｖｉｒｏｎ，２０１７，６０９：２７－３７．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｓｃｉｔｏｔｅｎｖ．２０１７．０７．１３３．［２０］ＭＵÑＯＺ⁃ＶＩＬＬＥＲＳＬＥ，ＨＯＬＷＥＲＤＡＦ，ＡＬＶＡＲＡＤＯ⁃ＢＡＲＲＩ⁃９３２。
福建地热水氢氧环境同位素特征浅析
福建地热水氢氧环境同位素特征浅析陈礼明【摘要】福建省地热水氢氧环境同位素研究结果表明,大气降水是地下热水主要的补给来源.地热水的补给高程分布于165.5～1 853.3 m,各地区的补给高程差异明显.地热水氢氧环境同位素的分布特征显示受高程效应、蒸发效应及水-岩同位素交换反应等共同影响.矿化度大于1.0 g/L的地热水,氢氧环境同位素含量与氯离子含量、矿化度呈正相关,认为主要是海水混入的影响.【期刊名称】《福建地质》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】8页(P61-68)【关键词】地热水;环境同位素;补给高程;福建【作者】陈礼明【作者单位】福建省地质调查研究院,福州,350013【正文语种】中文环境同位素在研究地热水方面主要有4个用途：揭示地热水补给机制；评价地热水年龄或运动模式；追溯地热水形成历史；跟踪开采条件下地热水的动态变化。
针对福建省地热水环境同位素的研究较少，且一般多限于对单个地热田中地热水补给高程的计算、研究补给区等补给机制方面。
笔者通过对全省范围地热水氢氧环境同位素较系统的测试研究，主要展现其在区域上的分布特征以及形成差异的原因。
地热水样品测试结果来源于“福建省地热资源现状调查评价与区划”项目，在同一时期内完成了福建省194处主要地热点(当时全省已知共204处)的流体采样测试(图1)，基本覆盖全省陆域范围，是有史以来全省地热水化学分析测试研究涉及面最广、分析元素最全的一次，也是首次在全省地热普查中进行较系统的环境同位素测试分析研究工作。
为了便于比对研究，同时还在福州等地采集了6处地表水进行相关测试。
样品氢氧环境同位素测试均由中国地质科学院矿产资源研究所完成。
1 环境同位素研究水分平衡是决定降水中稳定同位素分布的基础。
各种地理因素、气象因素只是这种平衡中的一些基本条件，当某一要素占主导作用时就表现出了所谓的某种“效应”[1]。
大气降水中氢氧同位素组成的分布很有规律，主要受蒸发和凝结作用制约。
23563423_四川鲜水河-安宁河断裂带温泉氢氧稳定同位素特征
１０００ ０５６９／２０２１／０３７（０２） ０５８９ ９８ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ 岩石学报ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２１ ０２ １６四川鲜水河 安宁河断裂带温泉氢氧稳定同位素特征张磊１，２ 郭丽爽１，２ 刘树文３ 杨耀４ 施得 ５ＺＨＡＮＧＬｅｉ１，２，ＧＵＯＬｉＳｈｕａｎｇ１，２，ＬＩＵＳｈｕＷｅｎ３ ，ＹＡＮＧＹａｏ４ａｎｄＳＨＩＤｅＹａｎｇ５１ 应急管理部国家自然灾害防治研究院，北京 １０００８５２ 中国地震局地壳动力学重点实验室，北京 １０００８５３ 北京大学地球与空间科学学院，北京 １００８７１４ 四川省地震局，成都 ６１００４１５ 中国地震局地球物理研究所，北京１０００８１１ ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮａｔｕｒａｌＨａｚａｒｄｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｍｅｒｇｅｎｃｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８５，Ｃｈｉｎａ２ ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｒｕｓｔａｌＤｙｎａｍｉｃｓ，ＣｈｉｎａＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８５，Ｃｈｉｎａ３ ＳｃｈｏｏｌｏｆＥａｒｔｈａｎｄＳｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＰｅｋｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７１，Ｃｈｉｎａ４ ＳｉｃｈｕａｎＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｇｅｎｃｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ５ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎａＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ２０２０ ０８ ０１收稿，２０２０ １０ ２１改回ＺｈａｎｇＬ，ＧｕｏＬＳ，ＬｉｕＳＷ，ＹａｎｇＹａｎｄＳｈｉＤＹ ２０２１ ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓｏｆｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｉｎＸｉａｎｓｈｕｉｈｅ Ａｎｎｉｎｇｈｅｆａｕｌｔｚｏｎｅ，ＳｉｃｈｕａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，３７（２）：５８９－５９８，ｄｏｉ：１０ １８６５４／１０００ ０５６９／２０２１ ０２ １６Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｓｏｔｏｐｉｃｆｅａｔｕｒｅａｎｄｒｅｃｈａｒｇｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓａｒｅｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｍｏｎｉｔｏｒａｆａｕｌｔｚｏｎｅａｃｔｉｖｉｔｙ Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓａｎｄｈｙｄｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｔｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓ，ｃｏｌｄｓｐｒｉｎｇ，ｒｉｖｅｒｓａｎｄｓｎｏｗｍｅｌｔｗａｔｅｒｉｎｔｈｅＸｉａｎｓｈｕｉｈｅ ＡｎｎｉｎｇｈｅｆａｕｌｔｚｏｎｅｉｎｔｈｅｅａｓｔｅｒｎｍａｒｇｉｎｏｆｔｈｅＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ Ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅδ１８Ｏｖａｒｉａｔｉｏｎｒａｎｇｅｆｒｏｍ－１９ ０４‰ｔｏ－１２ ７１‰ｗｉｔｈａｎａｖｅｒａｇｅｏｆ－１６ ４２‰，ａｎｄｔｈｅｒａｎｇｅｏｆδ２Ｈｆｒｏｍ－１４４ ０７‰ｔｏ－８８ ６３‰ｗｉｔｈａｎａｖｅｒａｇｅｏｆ－１２２ ３７‰ｉｎｔｈｅｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓ Ｔｈｅδ１８Ｏａｎｄδ２Ｈｖａｌｕｅｓｉｎｒｉｖｅｒｗａｔｅｒｃｈａｎｇｅｆｒｏｍ－１５ ９０‰ｔｏ－１０ ８５‰ａｎｄｆｒｏｍ－１１８ ２１‰ｔｏ－７１ １２‰ｗｉｔｈａｖｅｒａｇｅｓｏｆ－１３ ８６‰ａｎｄ－９８ ９９‰，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｔｈｅδ１８Ｏａｎｄδ２ＨｖａｌｕｅｓｏｆｃｏｌｄｓｐｒｉｎｇａｔＫａｎｇｄｉｎｇａｒｅ－１３ ６６‰ａｎｄ－１０６ ７４‰，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｔｈｅδ１８Ｏａｎｄδ２ＨｖａｌｕｅｓｏｆｓｎｏｗｍｅｌｔｗａｔｅｒａｔＤａｏｆｕａｒｅ－１０ ２７‰ａｎｄ－６５ ４１‰，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｔｈｅｉｓｏｔｏｐｅｒａｔｉｏｓｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎａｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｒｏｕｎｄｔｈｅｇｌｏｂａｌｍｅｔｅｏｒｉｃｗａｔｅｒｌｉｎｅ（ＧＭＷＬ）ａｎｄｌｏｃａｌｍｅｔｅｏｒｉｃｗａｔｅｒｌｉｎｅ（ＬＭＷＬ），ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｃｈａｒｇｅｓｏｕｒｃｅｓａｒｅｍｅｔｅｏｒｉｃｗａｔｅｒｗｉｔｈｕｎｏｂｖｉｏｕｓｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓｈｉｆｔ Ｔｈｅｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｔｅｒｔｙｐｅｓｓｈｏｗｗｉｄｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓ，ｉｎｄｉｃａｔｉｖｅｏｆｔｈｅｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｏｆｒｅｃｈａｒｇｅｓｏｕｒｃｅｓａｍｏｎｇｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓ，ｒｉｖｅｒｓａｎｄｓｎｏｗｍｅｌｔｗａｔｅｒ Ｔｈｅｉｓｏｔｏｐｉｃｖａｌｕｅｓｏｆｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓｈａｖｅｃｌｅａｒｌｙｉｓｏｔｏｐｉｃａｌｔｉｔｕｄｅｅｆｆｅｃｔ Ｔｈｅａｌｔｉｔｕｄｅｅｆｆｅｃｔｏｆｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｉｓ－０ ２３‰／１００ｍａｎｄｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｉｓ－１ ９５‰／１００ｍｉｎｔｈｅＸｉａｎｓｈｕｉｈｅ Ａｎｎｉｎｇｈｅｆａｕｌｔｚｏｎｅ Ｔｈｅｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓｈｉｆｔ，ｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｉｏｎｓｒａｔｉｏｓ，ａＮａ Ｋ ＭｇｔｒｉａｎｇｕｌａｒｄｉａｇｒａｍａｎｄＬｉａｎｄＳｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｍｏｓｔｏｆｔｈｅｈｏｔｓｐｒｉｎｇｓａｒｅｗｉｔｈｗｅａｋｗａｔｅｒ ｒｏｃｋｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ Ｔｈｅｉｓｏｔｏｐｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｗａｔｅｒ ｒｏｃｋｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｎｄｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｄｅｐｔｈｓｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｒｅｃｈａｒｇｅｓａｒｅｔｈｅｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅｍｉｇｒａｔｉｏｎｍｅｔｅｏｒｉｃｗａｔｅｒ，ａｎｄｔｈｅｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒａｒｅｈｅａｔｅｄｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓａｎｄｔｈｅｎｒｉｓｅｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｌｏｎｇｔｈｅｆａｕｌｔｓ ＴｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｖｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｗａｔｅｒｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｆａｕｌｔａｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｅａｓｔｅｒｎｍａｒｇｉｎｏｆｔｈｅＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕＫｅｙｗｏｒｄｓ Ｘｉａｎｓｈｕｉｈｅ Ａｎｎｉｎｇｈｅｆａｕｌｔｚｏｎｅ；Ｈｏｔｓｐｒｉｎｇ；Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｓｔａｂｌｅｉｓｏｔｏｐｅｓ；Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｒｅｃｈａｒｇｅ；Ａｌｔｉｔｕｄｅ本文受应急管理部国家自然灾害防治研究院基本科研业务专项（ＺＤＪ２０１９ ０７）、国家自然科学基金项目（４１７０３００９）和国家重点研发计划（２０１８ＹＦＣ１５０３８０６）联合资助．第一作者简介：张磊，男，１９８７年生，副研究员，从事水文地球化学研究，Ｅ ｍａｉｌ：ｌｚｈａｎｇ８７＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：刘树文，男，１９５８年生，教授，从事前寒武纪地质学研究，Ｅ ｍａｉｌ：ｓｗｌｉｕ＠ｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎｅｆｆｅｃｔ；Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｄｅｐｔｈ；ＥａｓｔｅｒｎｍａｒｇｉｎｏｆｔｈｅＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕ摘 要 温泉地下水同位素特征对确定断裂带地下水来源、循环过程和断裂带活动性至关重要。
南京与西安地区降水同位素的氘盈余和水汽压分析
南京与西安地区降水同位素的氘盈余和水汽压分析王兴;李王成【摘要】在全球大气降水同位素观测网(GNIP)西安和南京站点大气降水氢氧稳定同位素资料的基础上,结合2个地区实际气象数据资料,研究分析了南京和西安地区大气降水稳定同位素的组成,并建立了2个地区大气降水线方程和氘盈余多年月平均变化曲线.通过对比分析,揭示了2个地区大气降水线分布特征的差异性、氘盈余的变化趋势、以及水汽压对大气降水稳定同位素的影响.结果表明:南京地区氘盈余相对西安地区较平稳,变化幅度相对较小;年度尺度上,西安地区大气降水稳定同位素中δD与水汽压成负相关,δ18O与水汽压之间为正相关关系,而南京地区大气降水中氢氧稳定同位素与水汽压皆为负相关关系.【期刊名称】《安徽农学通报》【年(卷),期】2018(024)021【总页数】4页(P126-129)【关键词】大气降水线;氘盈余;降水同位素;水汽压;南京;西安【作者】王兴;李王成【作者单位】宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川 750021;宁夏大学土木与水利工程学院,宁夏银川 750021;宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心,宁夏银川 750021;旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心,宁夏银川750021【正文语种】中文【中图分类】P332大气降水主要是指覆盖全球大部分的海洋、河流、湖泊等地表水，以及少部分的地下水，经过蒸发、水汽输送、冷凝等环节而降落的气象循环水。
大气降水是大气水文循环中的基本环节，是水量平衡方程中的基本参数。
从闭合流域的年均降水量平衡方程P=R+E可得，大气降水既是地表径流的本源，又是地下水的主要补给来源。
查明大气降水中稳定同位素的影响因素、分布特征，对水文循环过程研究和地下水起源、形成问题的研究具有深远的意义。
国外1929年开始对大气降水中δD、δ18O进行研究，如Giauque、Johnston使用光谱吸收发现了17O和18O；Johnston分析研究已发现的同位素，总结得出自然界中存在17O和18O；Dansgaard对水循环过程中稳定同位素进行研究［1］。
氢氧稳定同位素示踪旱区植物水分来源与利用策略
氢氧稳定同位素示踪旱区植物水分来源与利用策略韩磊;韩永贵;黄晓宇;高阳;孙兆军【期刊名称】《安徽农业大学学报》【年(卷),期】2020(47)3【摘要】植物吸收和利用水分的模式决定了生态系统对环境水分的响应,示踪不同条件下植物水分来源,可以为植物水分利用策略研究提供科学依据。
在土壤-植被-大气连续体系统水分传输研究中,传统方法越来越不能满足学者对水分传输机理的了解,而稳定氢氧同位素示踪技术因其高灵敏度和示踪性等特点已成为研究水分运动机制的重要手段。
国内外相关学者已从多时间尺度、不同层次方向来研究,但对不同区域植物水分来源的定量区分、不同植物的水分利用策略及叶片水同位素分馏机制尚未达成共识。
在简述氢氧同位素示踪原理的基础上,系统阐述了定量区分植物水分来源的方法,讨论了不同生境、不同季节、不同生长期、降雨前后的植物水分利用策略和植物叶片水同位素动力分馏过程及其影响因素,旨在为区域生态用水研究提供新的研究手段和理论依据。
【总页数】7页(P435-441)【作者】韩磊;韩永贵;黄晓宇;高阳;孙兆军【作者单位】宁夏大学环境工程研究院;宁夏大学资源环境学院;宁夏中阿旱区资源评价与环境调控重点实验室;教育部中阿旱区特色资源与环境治理国际合作联合实验室【正文语种】中文【中图分类】S157.1;S715.4【相关文献】1.稳定氢氧同位素在定量区分植物水分利用来源中的应用2.应用氢氧稳定同位素对极端干旱区蒸发水分来源的确定3.稳定氢氧同位素示踪水汽来源对哈尼梯田降水补给的影响4.鄱阳湖湿地典型中生植物水分利用来源的同位素示踪5.干旱区植物水分来源的D、^(18)O同位素示踪研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
东华理工水文地球化学 孙占学习题
第一章地下水的无机化学成分一、名词解释1、侵蚀性CO 2 2、游离CO 2 3、平衡CO 2 4、Ph 5、去硝化作用6、硝化作用7、微量组分8、大量组分9、组分二、填空题1、地下水中的化学组分可以分为四组：（），（），（），和（）；水的中性点的pH 值随温度的升高而（）。
2 、Cl - 具有很强的迁移性能，其原因在于：（），（），（）。
碳酸衍生物的存在形式与水的pH 值有关，当pH>8 时，以（）占优势：当pH<5 时，则以（）占优势。
3、细菌按呼吸方式分有和两大类。
三、简答题1、地下水中氟的来源简况。
2、地下水中的主要气体成分及来源。
3、何谓地下水中的微量元素？研究它有何意义？4、什么是硝化作用或去硝化作用，它们各在什么环境中进行？四、论述题试论地下水中二氧化碳的起源及其水文地球化学意义。
第二章地下水中的有机物质及其地球化学意义一、简答题1、机物质对元素的迁移与沉淀有何影响? 2、溶性有机物质对地下水中元素迁移和富集的影响？3、下水中的有机质的来源有哪些？其中哪个最重要？4、机物质对铀的迁移和富集有何影响？5、溶性有机物质对化学元素在水中的迁移和富集有哪些影响？6、什么情况下有机物有利于铀的水迁移，在什么情况下它有利于铀的沉淀？二、填空题1、地下水中有机质的主要来源有（）和（）。
三、论述题根据表3.12 和3.13，分析地下水中有机物的来源。
表3.12 补给、迳流和排泄区地下会中有机物的含量补给区迳流区排泄区化合物平均值mg/L 分布率% 平均值mg/L 分布率% 平均值mg/L 分布率% 挥发性有机酸6.7 58 60.0 58 25.6 70 有机酸6.7 88 26.0 93 20.1 100 环烷酸1.9 34 1.3 38 2.3 67 高分子酸0.09 65 0.15 71 0.12 61 酚类 1.1 50 1.2 46 0.5 59 表3.13 地下水中有机碳的含量地下水有机碳平衡含量，毫克/升潜水27.4 层间承压水48.5 层间承压水的排泄区52.5 石油矿床附近的层间承压水370～826 油汽凝结矿床附近的层间承压水（以酸性挥发有机物为主）石油矿床外围的层间承压水110 石油矿床中不产油的地层水60第三章水及水中元素的同位素成分（一）名词解释1、同位素效应2、同位素分馏3、温度效应4、纬度效应5、高程效应6、大陆效应7、季节效应8、雨量效应9、山体屏蔽效应10、氧漂移11、降水氢氧稳定同位素的高程效应（二）填空题1、氧同位素的国际标准英文缩写为（），而碳同位素的国际标准缩写为（）。
大气降水中氢氧同位素的高程梯度
大气降水中氢氧同位素的高程梯度我对这大气降水中氢氧同位素的高程梯度啊，那可真是有不少的话想说。
你看啊，这大气降水，它就像老天爷撒下的一把神秘的种子，氢氧同位素就藏在这“种子”里。
我每次琢磨这高程梯度，就感觉像是在爬一座看不见顶的山。
这高程一变化啊，氢氧同位素就跟着调皮起来。
我到那些有高山的地儿去考察过，山脚下的空气里都弥漫着一种踏实的味道，那时候看着周围的环境，花草树木都像是在给我讲关于大气降水的故事。
那些树啊，长得郁郁葱葱的，叶子上有时候还挂着刚下过雨的小水珠，在阳光底下亮晶晶的，就像氢氧同位素在跟我眨眼睛呢。
我瞅着那些水珠就想，这里面的氢氧同位素是不是和山顶上的不一样呢？到了半山腰，风呼呼地吹着，吹得我头发乱得像个鸟窝。
我脸上的表情估计也严肃得很，皱着眉头，眼睛紧紧盯着周围的一切。
同行的伙伴有时候会跟我打趣说：“你看你，像个要跟这山过不去的样子。
”我就会回他：“我这是在跟大气降水中的氢氧同位素较劲儿呢。
”这半山腰的大气降水啊，感觉和山脚下就有了点不同，氢氧同位素的比例似乎在悄悄地发生变化，就像一个孩子在慢慢长大，开始有了自己的小脾气。
等好不容易爬到山顶，那风更大了，吹得我都有点站不稳。
我站在那儿，大口喘着气，眼睛望着远方，心里想着这氢氧同位素的高程梯度到底是个啥规律呢？山顶上的大气降水啊，就像是被老天爷特殊照顾过一样，氢氧同位素的情况和山下差别可不小。
我就想象着那些氢氧同位素在不同高程的大气里飘来飘去，它们的形态、数量啥的都不一样，就像不同村子里的人有着不同的方言和习惯。
有时候我在实验室里，对着那些仪器，眼睛都看花了，就盼着能从那些数据里把氢氧同位素在高程梯度上的秘密给揪出来。
那些仪器闪着小灯，滴滴答答响着，就像在跟我对话。
我对着那些数据自言自语：“你们这些氢氧同位素啊，到底在高程变化的时候玩的啥把戏呢？”有时候数据好的时候，我就乐呵，感觉像是找到了宝贝；数据不好的时候，我就耷拉着脑袋，像个斗败的公鸡。
鹰潭地区大气降水中氢氧稳定同位素特征研究
鹰潭地区大气降水中氢氧稳定同位素特征研究沈业杰;彭新华【摘要】降水中氢氧稳定同位素组成与降水地区各种气象因素变化密切相关。
同时，降水中氢氧稳定同位素关系是水同位素应用的主要基础，对深入研究降水中水汽来源，地下水补给等水循环过程具有重要意义。
根据江西鹰潭地区2012年4月至2013年3月大气降水中氢氧稳定同位素组成和气象资料，研究了该地区大气降水中氢氧稳定同位素关系及降水量，温度等气象因素对氢氧稳定同位素组成的影响。
研究表明，该地区大气降水线方程为δD=8.61δ18O+18.34（n=72，R2=0.98），与全球大气降水线方程（δD=8δ18O+10）相比，鹰潭地区大气降水线的斜率和截距均偏大，这与凝结物在未饱和大气中降落时重同位素的蒸发富集作用有关，同时反映了该地区湿润多雨，降水过程中受二次蒸发影响较小的气候特点。
该地区降水中δD （-113.3‰～7.5‰）、δ18O（-14.9‰～-0.9‰）和氘盈余（3.8‰~23.2‰）变化幅度很大并呈现出明显的季节性变化，夏半年（4-9月）δD、δ18O与氘盈余均显著低于冬半年（10-3月）（P<0.01），反映出不同季节降水的水汽来源及蒸发条件的差异。
对该地区降水同位素与降水量和温度相关性的分析表明，降水中δ18O 与降水量和温度存在显著负相关关系，方程式分别为：y=-0.056x-4.7（R2=0.39，P<0.01）和y=-0.203x-2.99（R2=0.23，P<0.01），说明该地区降水中氢氧稳定同位素存在显著的降水量效应和反温度效应。
%TheδD and δ18O composition in precipitation are closely related to local meteorological factors. Meanwhile, being the primary basis of the isotope hydrology, stable isotopes of hydrogen and oxygen composition can be applied in the study of water cycle, such as evaluating sources of water vapor, groundwater recharge, etc. In this study, stable isotopes of oxygenand hydrogen compositions of the precipitation in Yingtan area from April, 2012 to March, 2013 were investigated. According to the isotopes of precipitation, local meteoric water regression lines could be described as: δD=8.61δ18O+18.34 (n=72,R2=0.98). Its slope and intercept were highe r than those of global meteoric water line (δD=8δ18O+10) due to the evaporation and enrichment of heavy isotopes condensation in the unsaturated atmosphere. Large ranges of δD (-113.3‰~7.5‰), δ18O (-14.9‰~-0.9‰) and dexcess values (3.8‰~23.2‰) were found i n precipitation in this region, and the values of δD, δ18O and dexcess in the summer half year (April-September) were significantly lower than those in the winter half year (March-October) (P<0.01), indicating different evaporative conditions and atmospheric water vapor sources between the two seasons. The relationship between δ18O and precipitation amount, temperature could be described as y=-0.056x-4.7 (R2=0.39, P<0.01) and y=-0.203x-2.99 (R2=0.23, P<0.01), indicating the precipitation amount effect and anti-temperature effect of isotopes in precipitation respectively.【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】5页(P101-105)【关键词】氢氧稳定同位素;大气降水;降水量效应;氘盈余【作者】沈业杰;彭新华【作者单位】中国科学院南京土壤研究所，土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏南京 210008; 中国科学院大学，北京100049;中国科学院南京土壤研究所，土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏南京 210008【正文语种】中文【中图分类】P426.61降水是水循环过程的一个重要环节，在水循环研究过程中，降水中氢氧稳定同位素关系是同位素水文学的核心概念，也是水同位素应用的主要基础，它对于我们深入了解水循环过程及其结构具有重要意义（顾慰祖，2011; 张琳等，2009）。
【国家自然科学基金】_水汽来源_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
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土地退化 同位素 华北夏季旱涝 区域性特征 区域分布 化学成分 副热带高压 冷涡 冰斗朝向 冰斗 冰冻 低纬高原 低温雨雪冰冻 低温 中尺度雨团 中尺度结构 中国 δ 18o 2008
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季风环流 季节变化 大雨 大气降水 大气水汽 大气校正 大气效应 大气影响 大气可降水量 大暴雨 夏季风 夏季旱涝 垂直分布 地理分异 土壤凝结水 哈德来环流 哀牢山 动力分析 切变线 分界线 元江-红河河谷 京津冀地区 亚洲季风区 云图特征 云南 中国降水和温度 中国东部 中国东北地区 δ d δ 18o keelingplot cimp3计划
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第26卷第5期2014年10月云南地理环境研究YUNNAN GEOGＲAPHIC ENVIＲONMENT ＲESEAＲCH Vol.26，No.5Oct.，2014收稿日期：2014－09－03；修订日期：2014－10－08．基金项目：国家自然科学基金“滇东岩溶高原峰林湖盆水源枯竭机制研究”（41261007）；云南省自然科学基金“基于稳定同位素的滇东岩溶区云南松水分策略研究”（2011FZ077）共同资助.作者简介：朱磊（1989－），女，云南省曲靖市宣威人，硕士研究生，主要研究方向为资源环境与区域发展.*通信作者.西南地区大气降水中氢氧稳定同位素特征与水汽来源朱磊，范弢*，郭欢（云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明650500）摘要：为阐明西南地区稳定同位素与大气降水的关系，对GNIP 昆明、贵阳、桂林、成都站点δD 和δ18O 进行分析，初步建立当地大气降水线方程，并与中国及全国降水线方程进行对比，揭示该降水线方程的特征。
研究表明：大气降水稳定同位素组成受到温度、蒸发、水汽源地等多种因素的相互影响，在不同时间有很大差异。
西南地区降水中的δ18O 值表现出“夏高冬低”的季节特点。
d 值呈现出降水中过量氘水汽来源不同的特点，贵阳和桂林地区d 值表现为“冬高夏低”的季节特点，而昆明和成都地区却与此相反，d 值则表现为“夏高冬低”独特的季节性特征。
关键词：大气降雨；同位素；西南地区中图分类号：P426.612文献标识码：A文章编号：1001－7852（2014）05－0061－070引言大气降水作为自然界中水气循环的一个重要的环节，在各种时空间尺度下发生着变化［1］。
降水中同位素中各元素丰度的变化与水汽源区的初始状态、大尺度的天气系统变化，以及产生降水的气象过程存在密切的联系［2，3］，并随着时间和空间的变化而异。
因此，对于降水的研究显得极其重要［4］。
降水中氢氧稳定同位素可以作为水汽源区理想的自然示踪剂或利用其变化来反演大气过程，能在一定程度上反映区域的地理因素及气候特征［5］。
近年来，国内不少学者对四川地区［6，7］、昆明［8，9］、桂林地区［10，11］、南方地区［12］等区域降水稳定氢氧同位素都进行了深入探讨，大多数对局部（或某些站点）进行研究，但对西南地区降水同位素的研究相对较少。
西南地区地处温带季风、亚热带季风相互作用的区域，地形地貌复杂多样，垂直气候差异明显，属于典型的气候区。
因此，本文试图利用全球降水同位素监测网（GNIP ）西南地区的昆明站、贵阳站、桂林站、成都站的数据为基础资料，研究西南地区主要气象要素与大气降水中氢氧同位素的变化特征的相关关系，并探讨年际变化的特征及其水汽来源的关系，对西南地区的旱涝灾害有一定的指示作用，也对西南地区近几年来气候异常变化提供科学的依据，有助于对中国西南地区水汽循环有更深入的理解。
1研究区概况昆明位于云贵高原中部（24ʎ23' 26ʎ22'N ，102ʎ10' 103ʎ40'E ），海拔约1900m ，属于低纬度亚热带高原山地季风气候，由于受印度洋西南暖湿气流的影响，年均温和年降雨量分别为15ħ、1035mm 。
贵阳地处云贵高原东部（26ʎ11' 26ʎ55'N ，106ʎ27' 107ʎ03'E ），海拔约1070m ，常年云南地理环境研究第26卷受西风带控制，属于亚热带湿润温和性气候，年均温和降雨量分别为15.3ħ、1129.5mm。
桂林地处低纬（24ʎ15' 26ʎ23'N，109ʎ36' 111ʎ29'E），海拔约为150m，属于中亚热带气候，年均温和年降雨量分别为17.8ħ、1949.5mm。
成都位于成都平原中部（30ʎ05' 31ʎ26'N，102ʎ54' 104ʎ53'E），海拔约500m，成都属于亚热带季风气候，年均温和年降水量分别为16ħ、1000mm。
2数据获取与研究方法本文采用GNIP西南地区的昆明站（19862003年）、贵阳站（1988 1992年）、桂林站（1983 1990年）、成都站（1986 1999年）的数据，由于重庆站的资料太少，所以这里就不再研究。
所有同位素数据均来自全球降水同位素监测网络GNIP（Global Network for Isotopes in Precipitati-on）。
大气降水中氢、氧稳定同位素分别采用金属铀法和CO2－H2O平衡法，采用英国的MM903质谱仪进行同位素分析，精度为CO2＜0.125ɢ、H/D＜ʃ1.0ɢ，文中的δ值均以V－SMOW为标准，单位为ɢ，表示为：δ=（Ｒ样品/ＲV－SMOW－1）ˑ1000（1）式中：Ｒ样品和ＲV－SMOW分别代表水样中氢或氧的稳定同位素比率和维也纳标准平均海洋水中稳定同位素比率。
大气降水中δD和δ18O之间存在一个关系，其定义式为d=δD－8δ18O［13］。
水汽蒸发源地状况决定d值，且同一水汽团在输送、冷凝不平衡过程中d不会发生任何变化，并能反映大气中水汽团的同位素组成特征，因此，可根据d值的变化判断水汽来源［14］。
3结果与分析3.1大气降水δ18O和δD的季节变化西南地区大气降水同位素的比值变化幅度较大。
如图1，昆明地区δ18O变化范围是－1.04ɢ －15.9ɢ，δD为－1.7ɢ －114.2ɢ；贵阳地区δ18O变化范围是－0.73ɢ －16.70ɢ，δD为10.4ɢ －121.2ɢ；桂林地区δ18O变化范围是2.72ɢ －11.82ɢ；成都地区δ18O变化范围是0.81ɢ －11.33ɢ。
全球降水平均同位素的比值，δ18O介于10ɢ －50ɢ，δD介于50ɢ －350ɢ［15］。
郑淑慧等［16］分析了中国降水δ18O变化范围是2.0ɢ －24ɢ，δD为2ɢ －210ɢ。
通过统计降水，本文把每年的5 10月作为西南地区的雨季，11月至次年的4月则为旱季。
西南地区5 10月代表夏半年，11 4月代表冬半年。
图1大气降水δ18O的月均变化Fig.1The seasonal variations of monthly weighted meanδ18O从图1可以看出，昆明和贵阳两站的月均δ18O 变化趋势大致相同，1月份到4月份呈上升趋势，且变化幅度很小，不超过－6ɢ，5月份到7月份呈直线下降的趋势，8月份之后昆明呈缓慢上升趋势，但是贵阳7月份之后呈短时间上升又直线下降，9月份之后才急剧上升。
整个11月份到次年4月份δ18O在－8ɢ －2ɢ，12月份较11月份大，均大于－8ɢ。
该地区地处低纬度，δ18O同时受到降雨量和温度的影响，在1月到4月，降水量稀少，随着气温的升高，δ18O表现出逐渐富集。
5月到7月降水逐渐增多，进入雨季，此时温度也开始升高至最大，温度效应和降水量效应的共同作用下，降水量效应起主导作用，δ18O值表现出减少。
7月到8月，贵阳站的月均δ18O与其它3个站的有所不同，表现为增加。
贵阳地区受到局部地理因素的影响，所以，分析发现贵阳地区7月至8月δ18O值明显增加，表现出反温度效应。
桂林月均δ18O变化趋势是从1月至4月缓慢上升，但变化幅度不大，5月到11月，月均δ18O在－7ɢ上下波动，11月以后增加幅度大，δ18O值高于－6ɢ，表现出降水量效应和温度效应。
成都地区1月至2月δ18O值呈直线的上升趋势，2月至5月δ18O在－3ɢ上下缓慢波动，6月至8月δ18O值呈急剧下降趋势，9月至12月δ18O值波动幅度较大。
通过分析发现，昆明、贵阳、桂林和成都4个站δ18O值呈现出明显的季节变化：夏半年偏负，冬半年偏正。
这是因为雨季，来自海洋的暖湿气流向该地区提供大量的水汽，降水量大，蒸发较弱，26第5期朱磊等：西南地区大气降水中氢氧稳定同位素特征与水汽来源从而导致降水中δ18O值相对偏低的特点。
旱季，受大陆性气团的影响，空气干燥，蒸发强，重同位素富集，所以δ18O值偏高。
3.2降水线方程大气降水线方程能够很好的反映一个区域某个时间段的δ18O和δD间的线性关系，对于研究一个区域的气候变化有重要意义。
根据IAEA/WMO/ GNIP的降水同位素数据用线性回归求得西南地区昆明、贵阳、桂林、成都大气降水线方程：昆明：δD=6.56δ18O－2.96（Ｒ2=0.91）贵阳：δD=8.82δ18O+22.07（Ｒ2=0.98）桂林：δD=8.38δ18O+16.76（Ｒ2=0.98）成都：δD=7.36δ18O+0.12（Ｒ2=0.93）通过对西南各地区大气降水线方程与Craig［17］第一次提出的全球降水线方程δD=8δ18O+10，以及郑淑慧等［18］分析的中国降水线方程δD=7.9δ18O +8.2相比较，昆明和成都地区斜率都小于8，大气降水线方程的斜率和截距都相对偏低，明显偏离了全国大气降水线方程。
说明昆明和成都两地的降水过程都是在非瑞利条件下进行的。
相反，贵阳地区和桂林地区大气降水线方程的斜率和截距都比全球降水的大，说明贵阳和桂林地区在形成降水的过程中受到温度、蒸发等因素的影响。
当形成降水的水汽经过多次蒸发时，由于不同同位素间分子质量数的差异、质量数小的分子分馏、质量数大的分子富集，氢同位素比氧同位素的分馏速度要快。
因此，在其它条件相同的情况下，在运输过程中经过多次蒸发作用的水汽所形成的降水中δD的值相对偏重，导致该地区大气降水的斜率和截距都偏大。
3.3d值的变化为了方便研究，Dansgaard［13］把d和δD的关系定义为d=δD－8δ18O。
d值既能反映水汽源区水汽团形成时的水汽平衡条件和热力条件，同时又能反映降水形成时的气候条件及地理环境［18］。
当海水的蒸发速度比凝结速度快时，水汽之间处于不平衡状态。
整个蒸发分为动力蒸发和同位素交换两个方面，受水分子分馏速度的影响，轻的同位素优先蒸发和动力分馏效应的共同作用，使得蒸发水汽中D 和18O的分馏速度之比加快，这样就出现了蒸发中δD相对于δ18O的富集，因而使得d值增大，即云团形成速度越快，d值越大［1］。
d值越偏正，则反映蒸发速率越大。
因此d值揭示了降水形成过程中的水汽团中同位素的组成及水循环方式的时空变换，含有形成水汽团源区的重要信息，包括蒸发过程的平衡或不平衡状态及蒸发速率大小等信息［19］。
根据对西南地区各站点d的监测数据统计发现（图2），桂林地区全年d值都大于10ɢ；贵阳地区除了8月的d值小于10ɢ外，其它的月份d值均大于10ɢ；昆明地区11月至6月d值均在0 10ɢ，最低值出现在3月份；成都与其它3个地区相比，全年d值在－11.7ɢ 14.6ɢ，波动幅度较大。
成都地区的氘盈余很小，说明成都地区降水中凝聚与蒸发的不平衡现象比其它地区弱，反映了成都地区海洋性的气候特征［20］。