同位素生态水文学01：D、18O

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生态水文学中的氢氧同位素分析

生态水文学中的氢氧同位素分析一、生态水文学基础生态水文学是研究地表水和地下水在生态系统中的过程及其生态效应的一门交叉学科。

它紧密结合了生态学、土壤学、气候学、水文学等多学科知识，是理解和管理自然水系统和生态系统的关键。

生态水文学的主要任务是评估水资源开发和利用的生态风险，确定生态保护与水资源利用的平衡点。

氢氧同位素分析在生态水文学中起着至关重要的作用。

氢氧同位素分析可以用来研究水循环、水稳定同位素的来源、改变和在不同地理环境中的分布规律，从而推断出水文地质特征和生态水文环境的演变历程。

二、氢氧同位素分析的原理氢氧同位素分析利用水稳定同位素中的氢原子和氧原子的不同相对丰度，确定不同水样之间的关系。

水稳定同位素分别表现为δD和δ18O，并且比常规微生物探测技术更为敏感和精确。

水的氢氧同位素分布不仅受到各种自然因素的影响，例如降水、蒸发、渗漏等，也受到人为活动等人为因素的影响。

因此，在生态水文学中，氢氧同位素分析可以用来追踪衡量水体和生物之间的互动关系，并进行相关研究。

三、氢氧同位素分析的应用1. 研究地面水循环地球的气候和水文循环以及全球变化要素之间的相互作用是复杂且错综复杂的，而氢氧同位素分析可以用来研究这些过程。

氢氧同位素分析可以直接检测地表水蒸发及水循环的过程。

通过分析δD和δ18O，可以推断蒸发水的重要性，了解水稳定同位素在雨水中的分布规律和地下水水文地质形态的特点，以及水循环的速率和过程。

2. 研究水的来源和变化氢氧同位素分析可以揭示水的来源和变化过程。

例如，在山区、平原、河流、湖泊和草地等不同地理环境中分别采集水样并进行分析，可以了解不同水体的来源及其变化过程。

氢氧同位素分析还可用于分析水与土壤、地下水及大气的相互作用，并推断水的运动方向和热力学变化。

3. 研究河流水生态环境河流是生态系统和水资源系统紧密联系的环节，而氢氧同位素分析则可以用来研究河流水生态环境。

氢氧同位素分析可以揭示河流的水源、流量和水文水质特征，指示河流水的循环和运动趋势，构建河流生态系统的重要网络。

同位素水文学与水资源_水环境

同位素水文学与水资源、水环境汪集(中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029)收稿日期:2002-06-09作者简介:汪集(1935-),男,中国科学院院士,研究员,长期从事理论和应用地热研究.同位素水文学(isotope hydrolog y)是20世纪50年代发展起来的一门新兴学科,它主要利用同位素技术解决水文学中一些关键问题.众所周知,同位素是指原子核内质子数相同中子数不同的那些原子,可分为稳定同位素和放射性同位素2种.前者指目前尚未发现存在放射性衰变的同位素,而后者则指具有放射性衰变的同位素.存在于自然界的上述2种同位素称为天然同位素或环境同位素,目前在水文学中常用的环境同位素有2H 、3H 、3H e 、4He 、13C 、14C 、18O 、34S 、36Cl 等.不同类型的水(海水、湖水、河水、地下水, ),其化学成分会有很大变化,但同位素组成却相对稳定.因此,水的同位素成分可视作水的指纹 (finger print)或 DNA .也正是基于这一点,水同位素或同位素水文学技术被广泛用来解决或帮助解决各类水资源、水环境问题,诸如水的成因、各类水(雨水、地表水、地下水)的相互作用及转化、地下水系统的封闭程度及水交替强度、各类水体的污染程度及污染源问题等.正是由于同位素水文学的重要性,目前在国际原子能机构(IAEA)内建有同位素水文学部,并设有一个设备齐全、技术先进的同位素水文学实验室.20世纪50年代后期,国际原子能机构(IAEA)与国际气象组织(WM O)共同建立了全球大气降水同位素监测网 (GNIP),自1961年起即向世界各国公布有关数据.最近,IAEA 正拟与联合国教科文组织(UNESCO)联手,在全球42条大江大河(包括我国长江在内)建立类似的水同位素监测网,这对推动同位素水文学的发展将起到不可限量的作用.我国同位素水文学的工作始于20世纪60年代,当时在珠峰地区曾取冰、雪样品做2H 、18O 同位素分析.之后,不同学者在北京、上海及我国东部地区对大气降水的2H 、18O 及3H 进行了测定,得出一些很有意义的结果.1988年,在水利部的大力支持下,我国首批建立的10个大气降水同位素监测站开始运转,并纳入IAEA/WMO 的GNIP 之中.目前,在GNIP 中的中国网站已增至30个.当前,水资源短缺及水环境恶化已成为全球性的大问题.据世界银行(World Bank)预测,若按现有的耗水模式及耗水速率继续下去,则至2025年全球2/3的人将生活在水资源短缺的窘迫状态之中.目前世界银行为解决水资源、水环境问题而投放到发展中国家的资金为每年700~800亿美元.全球对水资源的需求量在未来15年内将增加2倍.为此,包括IAEA 在内的联合国下属24个机构正在制定世界水资源评价计划,以根本解决水资源短缺问题.水多(洪水)、水少(短缺)、水脏(污染)亦是我国水资源、水环境面临的三大问题.黑河流域水资源短缺,太湖地区水环境退化、水污染问题严重已引起国务院的重视并要求切实加以解决.同位素水文学技术对解决上述问题将起到独特甚至是不可替代的作用.总之,机遇与挑战并存,风险与希望同在.目前正是我国在加速同位素水文学发展及水同位素技术中大显身手的大好时机.第27卷第5期地球科学中国地质大学学报Vol.27 No.52002年9月Ear th Science Journal of China University of Geosciences Sep. 2002Isotope Hydrology and Water Resources plus Hydro -EnvironmentWANG J-i y ang(I nstitute of Geology and Geop hysics,Chinese A cademy o f Sciences,Beij ing 100029,China)Abstract:Isotope hy drology is a new discipline in earth sciences developed since 1950s.Its main targ et is to use isotope technique to solve various problems in hydrology.It is w ell know n that isotope refers to those atoms whose numbers of proton are the same but w hose numbers of neutron are different.Isotopes can be d-i vided into two ty pes:stable and radioactive.For stable isotopes,no radioactive decay has been found so far.But for radioactive isotope,there ex ists radioactive ually,the term natural and/or environmen -tal isotopes w ere used for the tw o types of isotope mentioned above.The environmental isotopes commonlyused in hydrology are:2H ,3H,3He,4He,13C,14C,18O,34S,36Cl,etc.It must be noted that for different types of w a -ter,such as sea w ater,lake water,river water and ground w ater,the isotope com position seems to be quite different but relatively stable,althoug h the w ater chemistry varies greatly.T herefore,the isotope composition can be,to certain degree,regarded as the finger print and/or DNA of the w ater.Also for this reason,the isotope com position in the w ater and the isotope hydrology technique are w idely used to solve various prob -lems in w ater resources assessment and hydro -environment evaluations such as the origin of w ater,the interac -tion of surface and g roundw ater,the rain -off w ater,the degree of openness of a groundw ater system ,the in -tensity of w ater cycling,the pollution deg ree and the pollution source of a w ater body.In recognition of the importance of isotope hydrolog y,an isotope hydrology section has been established in the International Atomic Energy Agency (IAEA)and an isotope hydrolog y laboratory is set up simultaneously w ith advanced technique and equipment.Since late 1950s,a Global Netw ork for Isotopes in Precipitation (GNIP)has been initiated jointly by IAEA and WM O (World Meteorological Organization)and all the data have been published since 1961.Recently,sponsored by IAEA/UNESCO,a similar global netw ork for isotopes in the large rivers in the w orld is under the w ay to set up.It is of significant importance in promoting isotope hydrology development w orldw ide.In China,isotope hydrolog y studies can be traced back to the late 1960s.In the scientific investigation of w ater resources in Jolmo Lungma reg ion,2H and 18O w ere determ ined in snow and ice sam ples.Since then,2H and 18O have been analyzed for precipitations in Beijing,Shanghai and East China by different researchers with g reat achievement.In 1988,Supported by the M inistry of Water Resources,the first 10stations ,for mon-i toring the isotopes in precipitation in China w ere established and now they have been included in the IAEA/WM O GNIP.At present,the total number of stations has increa sed to 30.Now adays,water resources shortage and hydro -environments degradation become more and more serious w orldw ide.According to the prediction by the World Bank,2/3world population w ill live in a serious water -shortage environment if we follow the present w ater -consuming model.At present,70-80billions of U S do-l lars has been offered to the developing countries to alleviate the annual w ater resources shortag e.The global demand for w ater resources w ill be doubled in the coming 15years.For this reason,altogether 24internation -al organizations including IAEA are w orking on a World Project for Water Resources Assessment to reduce the g lobal w ater shortag e. flood , w ater shortage and water pollution have become three main problems in China now adays.Both the w ater shortages in the Heihe river reg ion and the deg radation of hydro -environment in T aihu lake area have attracted g reat attention from the State Council.The isotope hydrology technique m ay play a particular role in solving these problems.All in all,opportunities and challenges co -exist and it is a right time to ex pedite the development of isotope hydrology in China.533第5期汪集:同位素水文学与水资源、水环境。

内蒙古达里诺尔湖水体稳定同位素空间分布特征指示的区域补给差异

ke Sci.（湖泊科学），2019,31（5）：1334-1343DOI10.18307/2019.0511©2019by Jooroal g Lake Sciences内蒙古达里诺尔湖水体稳定同位素空间分布特征指示的区域补给差异”李文宝，杜蕾，王旭阳，杨旭，史小红（内蒙古农业大学水资源保护与利用自治区重点实验室，呼和浩特010018）摘要：基于内蒙古寒旱区达里诺尔湖（简称“达里湖”）无河流外泄、冬季湖面冰封、水体流动缓慢等典型区域水文气象特征，对夏、冬季湖泊底层、表层水（冰）、入湖河水、浅层地下水（井水、泉水）等样品中稳定氢、氧同位素！0D、018O）值的变化进行对比分析，结果显示湖区不同水体8D和S18O平均值均存在湖泊水体（水、冰体）〉大气降水〉入湖河水〉浅层地下水的变化特征.在达里湖，夏、冬季底层水0D、018O值均比表层水（含湖冰）中0D、018O值偏负且季节变化幅度较小.此外，冬季不同采样点底层水0D、018O平均值的区域差异性比夏季明显，这反映了湖泊底层水体相对封闭、稳定的储存环境，也说明地下水补给过程存在一定程度的区域差异.而基于不同区域底层水0D、018O值及t盈余指数（d）值和水深变化间相互关系的分析，发现水深变化可能是影响达里湖底层水0D、018O值分布区域差异及补给过程的主要因素之一:东北部水体较浅（水深小于8m）区域采样点水体0D、018O平均值多数比达里湖整体平均值偏负且d值偏正，指示浅层地下水输入及二次蒸发作用的影响;西南部水体较深（水深超过8m）区域采样点水体0D、018O平均值多数比达里湖整体平均值偏正且d值偏负，说明水体相对稳定，受二次蒸发作用的影响较弱.关键词：氢一氧同位素;空间分布;湖泊水体;补给特征;达里诺尔湖Regional groundwater recharges based on the characteristics of stable isotope distribution in Dali-noo Lake io Inneo MongolioLI Wenbao,DU Lei,WANG Xuyang,YANG Xu&SHI Xiaohong*of Water Resources Protection and Utilization,Hohhot010018 ,（Inner Mongolia Agricultural University1MAR Key LaboratoP.R.China）Abstract:The Dali-ncs Lake O a typical closed lake in Innes Mongolia,the colU and aVd area in NoVhem China,which has no suoaacewaeeodischaogesbyoieeos.In paoeicuaao,ehesuoaacewaeeooaeheaakewouad beaoooen wieh eeoysaowaywaeeoaaowsin wineeo. The lake can be reaarded as nearly sealed and only Oauenced by groundwater recharges in winter.According to agOnal hydrologic and meteorological chaacteVshcs,the winter O an ideal stage to study the recharge process of bwtom water in Dali-ncs Lake. Thvefore,we collected samples of lake water,lake ice,river water,shallow gixundwater and rainfall,and analyzed the values of hydrogen and oxygen Ootopes（SD and S18O）of these water samples from the lake.The results show that the average values of SD and S18O are the heaviest in samples from the lake water and ice,and We average values of SD and S18O in shallow groundwater are the lightest,alahvely.Meanwhile,the average values of SD and S18O are about-31.51"and-2.05"in bwtom water and about-32.77"and-2.51"in suface water in winter,respectively.But the average values of SD and S18O in bwtom water are lighter than those in sunface water and ice,with values of about-29.12"and-1.84".In summer,the average values of SD and S18O in bwtom water are also lighter than those in suface water,with values of about-32.95"and2.13"in bwtom water and -32.61"and-1.99"in su?aacewaee,?especeieeay.IeNsaikeayehaeehedi a eeneSDand S18O eaauesbeeween bo e o m and su?aace waee had been inaauenced byseasonaachangesand aooen p?oce s esin Daai-no Lake.Asawhoae,eheeaauesoaSD and S18O in bwtom water are lighter than those in sunface water,and the regOnal diherences of SD and S18O values are also more distinct than <hosein summeoboom waeo.On<heoheohand,<heoeaaionshipsbeween waeodep<h and aakewaeosabaeisoopeshad shown国家自然科学基金项目(51669021,51469025)和内蒙古自治区自然科学基金项目(2016MS0552)联合资助.2018-11-20收稿;2019-03-21收修改稿.李文宝(1980〜)，男，博士，副教授;E-mhi：tian S hiOD@.李文宝等：内蒙古达里诺尔湖水体稳定同位素空间分布特征指示的区域补给差异1335ehaechangesin ehewaeeodepeh weoeonepoimaoyaaceooehaeinaauenced eheeaauechangesoaSDand S18Oin bo e o m waeeoin Daai-nor Lake.As results,the shallow water area,where water depth O lower than8m in the northeastern Dali-ncs Lake,O infuenced visibly by groundwater recharge and again evaporation process.Relatively,the deep water area,which depth O deeper than8m in ehesouehweseen Daai-no Lake,isscaceayinaauenced byehe eeaaoioaeions,and ehebo e o mwaee ma s ismoeseabaeand aonge? ?esidenceeimeehan ehaein sha a o w?egion.Keywords：SD and S18O;dOthbutWn；lake water；recharge characteVshcs;Dali-nw Lake湖泊是重要的地表水资源库,作为汇水盆地和陆地生态系统的一部分,不仅参与了“水一陆一气”相互作用过程，也是区域水文循环的关键节点，湖泊水体的补一排循环过程不仅能够充分记录湖区水文循环特征，而且会对区域生态环境等演变产生影响'1O（.近年来，作为水体主要组成部分的氢、氧稳定同位素（SD、S18O）已经被广泛应用到湖泊补一排特征等水文循环过程研究中［8J，］.通过对不同水体SD$S18O值变化分析，可以了解来源水体特性、主要影响因素等信息，进而建立流域不同水体间s d$s18o的相互关系，据此可判断不同水体间的变化过程［10-12］.自二十一世纪初期以来,Ohba、Gmson、Biggs等就对湖泊水文循环过程中SD、S"O 值的变化进行分析研究，建立了相应的湖泊水量平衡方程'13-6（;在国内，陈建生、章新平、姚檀栋等也已经广泛开展了青藏高原、内陆沙漠等区域不同水体中s d、s18o值变化过程的分析研究［17-20］.不过,相对于其他区域，中国内蒙古高原寒旱区气候变化存在蒸发作用强烈、冬季结冰期漫长等显著的区域气候环境特征［4,21］，这导致面状存在的湖泊排泄一补给过程在不同季节会遭受不同气候因素的影响.例如，夏季，集中的大气降水不断补给湖水，水体交换相对较快;冬季,湖面被厚层湖冰覆盖，一定程度上阻隔了湖水与大气等外界系统的交换，湖水受蒸发作用的影响相对减弱，补给过程主要受区域地下水输入的影响，湖水性质整体相对稳定;春、秋季，大气降水明显减少,湖水受到地下水补给的同时又受到强烈蒸发作用的影响，湖泊水体呈减少趋势［21］.因此,显著的区域气候水文特征也使内蒙古高原内陆封闭型湖泊成为分析寒旱区湖泊地下水补给区域特征的理想目标.由此，本文将以内蒙古中东部赤峰市克什克腾旗境内的达里诺尔湖（以下简称“达里湖”）为研究目标区域，在前期对达里湖流域不同水体间补排关系初步判定和对开放条件下达里湖水体垂向结构变化的具体分析基础上'22O3（,将通过夏、冬季湖泊底层、表层水（冰）及入湖河水、区域浅层地下水（泉水、井水）等样品的连续采集，综合对比不同样品SD、S18O含量变化，对达里湖冬季底层水体SD、S18O值的空间分布特征及主要影响因素展开深入分析，为寒旱区封闭型湖泊的水文循环过程研究提供理论参考.1达里湖概况达里湖（43。

同位素水文地质学

同位素水文地质学同位素水文地质学是研究地下水的同位素特征和其在地质和水文过程中的应用的学科。

同位素水文地质学的研究对于理解地下水系统的起源、补给和流动方式以及水资源管理具有重要意义。

背景和定义同位素水文地质学是地理学、地球化学和水文学交叉的学科，利用同位素的比例和分布特征来研究地下水的起源、水文动态以及水文地质过程。

同位素可以是地球自然界中存在的稳定同位素（如氢同位素、氧同位素、碳同位素等）或放射性同位素（如放射性碳-14、放射性锶-90等）。

地质学和水文学的重要性同位素水文地质学在地质学和水文学领域中发挥着重要的作用。

在地质学中，通过分析同位素特征，可以推断地下水体的来源、年龄及其受到的影响。

同位素水文地质学也可以用于研究水文过程，如水循环、水体补给、地下水的流动路径以及地下水与地表水之间的相互作用。

总之，同位素水文地质学在地质学和水文学的研究中具有重要的地位，为我们深入理解地下水体的形成和运动提供了有力的工具和方法。

同位素示踪技术是一种常用于水文地质研究的方法，它能够通过测量水中不同同位素的比例来揭示水文地质过程和水体来源。

同位素示踪技术主要包括同位素稳定性示踪和同位素放射性示踪。

同位素稳定性示踪同位素稳定性示踪是通过测量水体中不同同位素的稳定性同位素比例变化来推断水文地质过程。

稳定性同位素是指在天然环境中相对稳定的同位素，如氢（D/H）、氧（18O/16O）和碳（13C/12C）等。

这些同位素在水文地质中的应用广泛，能够揭示水的源地、水体的混合和水体的循环过程。

例如，氢同位素（D/H）可以用于确定水体的来源和补给方式。

氧同位素（18O/16O）常用于研究地下水与地表水之间的相互作用和补给关系。

碳同位素（13C/12C）则可以用于探究有机污染物的来源和迁移途径。

同位素放射性示踪同位素放射性示踪是利用放射性同位素分析方法来研究水文地质问题。

放射性同位素主要包括碳-14和氚等。

放射性同位素的测量可以揭示水体的循环速率、补给方式以及水体演化的时间尺度。

同位素水文学

同位素水文学齐孟文中国农业大学同位素水文学，是一门应用同位素理论与方法,根据天然的同位素指纹及水中溶质物质的同位素组成特征，对自然界水汽运动和循环过程中的水文学问题进行研究的学科。

自20 世纪50 年代末期提出以来,至今已得到长足的发展，在水文、水资源及环境地质等诸多领域，诸如水汽来源、降雨径流关系、干旱半干旱区水资源评价、地表水与地下水相互作用、地下水起源及测年、湖泊蒸发及换水周期、水体污染物的来源、地热资源以及气候变化和人类活动对水循环的影响等研究领域应用十分广泛，方法学上也日臻完善。

1. 相关基本知识1.1同位素丰度的一般表示在用环境同位素进行相关示踪的研究中，示踪元素稀有稳定性同位素核素的丰度，常用与普通同位素核素的比率对参考物质的偏差δ给出，并以千分数表示：S/R δ(‰)10001-R R (reference sample×=）其中，R 代表同位素比率，如，下角标S 和代表样品和标准，的标准为标准平均海水 (SMOW),的为Pee Dee Belemnite(PDB)。

C C/R O,O/R H,H/R 121313161818122===和等R OD 18δδ、C 13δ物质相变过程的同位素分馏效应一般采用分馏因子α描述，其定义为同位素比率在两相中的比值，即 AB B/A R R =α 因1≈α,为明显起见，同位素效应常用同位素分馏ε表示，定义为 1-R R 1-A B B/A B/A ==αε 1.2蒸发过程的同位素效应自然条件下的蒸发，常为由裸露水面向不饱和大气所进行的非平衡过程，此时同位素效应是热力学和动力学分馏共同作用的结果，且为相关环境参数的函数，蒸汽中同位素构成可由Graig 和Gordon（1965）模型描述：diffdiff V/L A L V/L E -h -1--h -εεεδδαδ= 这里，A L δδ和分别为水体及水面上方自由大气的同位素构成，V/L α为水汽在两相平衡时的分馏系数，为温度的函数，由实验确定的计算关系，对分别为D O 18和233-V/L 18T 10137.1-T 4156.0100667.2ln ×+×=α 233-V/L 2T 10844.24-T 248.7610612.52-ln ×+×=α 另外，)0(1V/L V/L <−=αε,diff ε为动力学分馏（扩散），有diff diff )h -1(n Δ=φε式中，表示扩散亚层在完全扩展状态（diff Δ），，1n 10h ===φ时，重同位素的最大贫化Δ，对分别为-25.1‰和-28.5‰,。

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。

海洋环境中稳定氧同位素研究

海洋环境中稳定氧同位素研究海洋环境中稳定氧同位素研究导言稳定氧同位素是地球科学中一个重要的指标，对于研究海洋环境和古气候变化具有重要意义。

本文将从简单介绍稳定氧同位素的基本概念开始，逐步深入讨论其在海洋环境中的应用及研究成果，并分享个人观点和理解。

一、稳定氧同位素的基本概念1.1 什么是稳定氧同位素？稳定氧同位素是指氧原子核中的质子数不变，但中子数不同的同位素。

氧元素的最常见同位素是氧-16（^16O）和氧-18（^18O），其中^16O相对丰度约为99.76%，^18O约为0.204%。

稳定氧同位素的相对丰度比例可用δ值表示，即δ^18O。

1.2 δ^18O的应用稳定氧同位素的比例可以用来推测水体的来源、温度变化、地球气候环境等。

其中，海洋环境中的稳定氧同位素成为了研究海洋生态系统、水文循环以及全球气候变化的重要标志。

二、稳定氧同位素在海洋环境中的应用2.1 海洋生态系统的研究稳定氧同位素可以用于研究海洋生态系统中的生物地球化学过程。

海洋生态系统中的生物对氧的同位素存在不同的分馏效应，因此生物体中的稳定氧同位素比例可以反映其所处的海洋环境条件。

通过对不同物种或生态环境中的稳定氧同位素进行测量，可以了解海洋生态系统的结构、营养动力学和生物地球化学循环等方面的信息。

2.2 水文循环的研究稳定氧同位素还可以用来研究海洋水文循环。

海洋中的水体来源和混合过程会导致不同水质的δ^18O值不同。

通过测量不同地理位置和深度的海水样品中的稳定氧同位素比例，可以了解海洋水圈的混合状态、水体来源和垂直混合等信息。

这对于理解海洋循环、确定海流路径和预测海洋变化具有重要意义。

2.3 全球气候变化的研究稳定氧同位素在全球气候变化研究中起着重要的作用。

氧同位素与海洋温度变化存在密切关系。

通过分析古代海洋沉积物中的稳定氧同位素组成，可以重建过去海洋温度的变化。

这对于研究全球古气候变化、理解全球气候系统对人类活动的响应和预测未来气候变化有重要的启示作用。

雾水的D和 18 O同位素研究进展

摘要：凝结水的Ｄ、０同位素研究目前主要集中在雾水方面，露水和土壤吸附水的相关研究仍属
空白。由于形成时的温度较高，多数雾水的Ｄ、同位素较当地雨水富集，不同类型雾的同位大０但
素特征存在差异。平流式海洋雾为单级的蒸发一冷凝封闭循环系统的首次凝结，０同位素较Ｄ、
基金项目：国家自然科学基金项目“ 内陆干旱区凝结水对植物水分补给作用的天然Ｄ、Ｏ同位素示踪研究” 编号：０００２资助（４７２４）作者简介：自永（９８）男，孙１７・，山东菏泽人，讲师，主要从事生态水文学研究．ｍａｌｚｏｇｓｎｏｍｉｔｎＥ－ｉ：ｉｎｕ＠ｈｔａｌｏｉｙ．
中的水蒸气在与冷表面接触时凝结形成的水滴。它
是一种发生在界面上的过程，在土壤表层直接形可
径，；些地区的雾水生成量虽少，对降低植某但
收稿日期：０８）４７修回日期：０８）．２２０４５）；２０４６１．
端元混合模型的定量评价极少。露水和土壤吸附水的稳定同位素研究是干旱区凝结水研究的重要
方向；０同位素与其它同位素或化学指标的结合有助于促进凝结水生态水文效应的研究进展；Ｄ、
短间隔、高密度的长期观测和用于稳定同位素分析的凝结水采样器的设计是需要进一步开研究进展
孙自永，国栋马瑞甘义群程，，

土壤水D和_18_O同位素在揭示包气带水分运移中的应用_刘君

土壤水D 和18O 同位素在揭示包气带水分运移中的应用刘君卫文张琳王莹段宝谦刘福亮(中国地质科学院水文地质环境地质研究所石家庄市 050061)提要包气带水分运移是水循环的中间环节,其研究对于分析地下水补给变化及实现地下水资源的合理开发利用具有重要的理论和现实意义。

土壤水中的D 和18O 同位素特征可以揭示许多其他技术很难获取的水文过程信息如入渗、蒸发、蒸散和渗透等,从而为进一步研究包气带水分的动态变化、运移特征及分析其补给机理等提供了重要依据。

该文主要对土壤水中D 和18O 同位素在揭示包气带水分迁移方式、土壤水蒸发过程及入渗补给特征方面的应用进行了介绍,通过分析比较国内外的研究成果,指出,目前国内在此方面研究的不足之处,并对未来的研究进行了展望。

关键词稳定同位素土壤水补给包气带Application on Isotopes D and 18O of Soil Water in WaterMovement of Unsaturated ZoneLiu Jun Wei Wen Zhang Lin Wang Ying Duan Baoqian Liu Fuliang(Institute of Hydrogeology and Environmental Geology,Chinese Academy of Geological Sciences)Abstract Water movement in the unsa turated zone is the inter mediate link in the water cycle,which has great theoretical and realistic significances for analyzing groundwater recharge change and realizing the rational ex -ploitation and utilization of groundwater resources.The isotope D and 18O characteristic of soil water in the un -saturated zone may reveal infor mation on the hydrological processes that is difficult to obtain by other tech -niques,such as infiltration,evaporation,transpiration and percolation etc,which can provide important basis for further study of water dynamic changes movement characteristics in the unsaturated zone and recharge mech -anism of aquifer e tc.This paper mainly introduces the study progress in tracing water movement,evaporation and infiltration in the unsaturated zone in detail,points out the shortc oming of domestic study in this field by comparing with overseas study,and prospects the future study trend.Keywords stable isotope;soil water;recharge;unsaturated zone基金项目:中国地质科学院水文地质环境地质研究所基本科研业务费项目(SK201003)作者简介:刘君(1980-),女,研究实习员,主要从事同位素水文地质研究。

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０１２０ｃｍ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１４５０％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０３０ｃｍ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（０３０ｃｍ）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４０６０ｍｉｎ，草本植物北美桃儿七（Ｐｏｄｏｐｈｙｌｌｕｍｐｅｌｔａｔｕｍ）需要２０４５ｈ，灌木北美山胡椒（Ｌｉｎｄｅｒａｂｅｎｚｏｉｎ）需要７．５１１０ｈ，乔木美洲椴（Ｔｉｌｉａｈｅｔｅｒｏｐｈｙｌｌａ）则需要３０３７ｈ㊂Ｇａｉｎｅｓ等［６４］开始实验后的１７ｄ，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０６５１６７ＭＰａ㊂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。

同位素技术在水文学中的应用

同位素技术在水文学中的应用一.基本概念1 .同位素同位素：具有相同原子序数（即质子数相同，因而在元素周期表中的位置相同），但质量数不同，亦即中子数不同的一组核素。

特点：相同元素同位素的化学性质相同。

同位素的分类：›依据同位素是否衰变，可将同位素分为：放射性同位素和稳定同位素。

›依据同位素是否是由人工产生的，可将同位素分为：自然同位素和人工同位素。

2 .同位素技术同位素技术就是采用水中自然存在的环境同位素（如2H. 3H. 18。

、u c等）来标记和确定水的年龄、特征、来源及其组成，或者在水中加入放射性含量极低的人工同位素作为示踪剂来确定水的运移和变化过程。

前者称为环境同位素技术，后者称为人工同位素示踪技术。

2.1 同位素技术方法的一般程序：第一，要依据肯定要求，采集待测试的样品，并按规定进行包装；其次，把样品送到试验室进行测试；第三，依据测试结果进行认真分析。

2.2 同位素技术方法：第一，同位素丰度：反映同位素成分组成的指标是同位素肯定丰度和相对丰度。

其次，同位素分储：由于同位素养量不同，因此在物理、化学及生物化学作用过程中，一种元素的不同同位素在两种或两种以上物质（物相）之间的安排具有不同的同位素比值的现象。

自然界中的化学反应、不行逆反应、蒸发作用、集中作用、吸附作用、生物化学反应等过程都能引起同位素分储。

同位素分微系数（α ）表示两种物质之间的同位素分储程度，等于两种物质的同位素比值（R）之商，即a =R A∕R B（式中：RA为分子在A或是A相态中重同位素与轻同位素的比值. RB为分子在B或是B相态中的重同位素与轻同位素的比值）二.同位素在水文学中的应用20世纪50年月开头，同位素技术应用于解决各种水文学和水文地质学问题，随着同位素分析技术的进展，通过讨论水体及某些溶解盐类的同位素组成，同位素技术和方法己经成为水科学讨论的现代手段之一，同位素技术和方法可以有效地示踪水循环，如指示水的来源，水体的运移途径和数量，确定水的年龄，纪录水岩相互作用的地球化学过程，环境同位素和人工同位素在水汽来源、地表水与地下水的相互作用、地下水起源及测年、水体污染物的来源以及气候变化和人类活动对水循环的影响等讨论领域的应用非常广泛.为确定各类水体的成因和演化机制供应重要的依据，也为合理采用水资源奠定了基础。

同位素水文学

同位素水文学同位素水文学是一门研究水体中同位素组成和变化的学科。

同位素是指同一个元素中，原子核中质子数相同，但中子数不同的各种结构。

同位素水文学通过测量和分析水体中同位素的比例和变化，可以了解水文循环、水资源管理以及环境变化等方面的信息。

在同位素水文学中，常用的同位素包括氢同位素（D、H）、氧同位素（18O、16O）、碳同位素（13C、12C）等。

同位素水文学的原理是基于同位素稳定性和分馏效应。

不同同位素的质量相差微小，但具有不同的地球化学特性。

在水体中，同位素的比例会随着水的物理和化学过程发生变化。

例如，水分子中的氧同位素（18O和16O）比例可以反映水的来源和补给途径，氢同位素（D和H）比例则可以揭示水的循环路径和时间尺度。

碳同位素则可以用于研究生物地球化学循环和污染物迁移。

通过同位素水文学的研究，可以获得许多有价值的信息。

首先，同位素水文学可以帮助理解水文循环。

水文循环是指在地球上水的不断转移和转换的过程，同位素水文学可以追踪水的来源和去向，揭示水的地下和地表运动路径。

这对于水资源管理以及灾害预警和防治都具有重要意义。

其次，同位素水文学可以用于研究气候变化。

水体中的同位素比值可以记录气候变化的历史，揭示气候系统的变化机制以及预测未来的气候变化趋势。

最后，同位素水文学还可以应用于环境监测和污染物迁移研究。

通过测量水体中污染物同位素比值的变化，可以追踪污染源和污染物的迁移途径，为环境保护和污染防治提供科学依据。

同位素水文学在国际上已经得到广泛应用。

例如，研究者可以通过测量水体中氧同位素的比值，确定水的来源和路径，在水资源管理和环境保护方面发挥重要作用。

在地下水研究中，通过测量水体中氢同位素和氧同位素的比值，可以揭示地下水补给和水循环的过程，对地下水资源管理和地下水体污染的防治有重要意义。

同时，同位素水文学还可以应用于河流水文研究、湖泊演化分析以及冰川研究等领域。

需要指出的是，同位素水文学也存在一些技术和方法上的挑战。

稳定同位素在水生态学上的应用

稳定同位素在水生态学上的应用稳定同位素是指在自然界中存在的不放射性同位素，其核外电子数与原子量相同，但核内中子数不同。

稳定同位素在水生态学中具有广泛的应用，可以用于研究水体的起源、水文循环、污染物的来源和迁移等问题。

本文将从稳定同位素的基本原理、水生态学中的应用以及举例说明等方面进行详细介绍。

一、稳定同位素的基本原理稳定同位素的原理是基于同位素分馏的概念，即同一元素的不同同位素在自然界中会发生分馏现象。

其中，分馏系数是指同位素在化学反应或物理过程中的相对分布，是稳定同位素应用的基础。

例如，氢的两种同位素，氢-1（1H）和氘（2H），在水分子中存在不同的分馏系数，因此可以用来研究水的来源和水文循环。

二、水生态学中的应用1.水文循环研究稳定同位素可以用来研究水文循环，包括水的来源、流向和水量等问题。

例如，稳定同位素比值可以用来确定水的蒸发和降水量，进而研究水文循环的过程。

稳定同位素还可以用来研究水的来源，如地下水、地表水和降水等，通过测量水体中的稳定同位素比值，可以确定水的来源和混合情况。

2.污染物来源和迁移研究稳定同位素可以用来研究污染物的来源和迁移。

例如，稳定同位素比值可以用来区分不同来源的污染物，如农业污染和城市污染等。

稳定同位素还可以用来研究污染物在水体中的迁移和转化过程，如研究硝酸盐的来源和迁移，可以通过测量水体中的氮同位素比值来确定。

3.生态系统研究稳定同位素可以用来研究水生态系统的结构和功能。

例如，稳定同位素比值可以用来研究水生生物的食物链和营养级，通过测量水生生物体内的稳定同位素比值，可以确定其所处的营养级和食物链位置。

稳定同位素还可以用来研究水生生物的生态位和生态功能，如研究生物对环境变化的响应和适应能力等。

三、举例说明1.氢氧稳定同位素在水文循环中的应用氢氧稳定同位素比值可以用来确定水的来源和流向，进而研究水文循环的过程。

例如，研究湖泊水文循环过程时，可以通过测量湖泊水体中的氢氧稳定同位素比值来确定湖泊水的来源和混合情况。

同位素海洋化学黄弈普

同位素海洋化学黄弈普同位素海洋化学是研究海洋中同位素存在和变化规律的一门学科。

通过对海水中同位素的测量和分析，可以揭示海洋的动态过程、气候变化以及地球系统的相互作用等重要信息。

同位素是元素中具有相同原子序数但质量数不同的原子。

海洋中最常见的同位素是氢同位素——氘（D）、氧同位素——氧18（O-18）以及碳同位素——碳13（C-13）等。

这些同位素在海水和大气之间发生交换过程，可以用来追踪水文地理学和气候系统中的变化。

首先，在海洋中进行同位素的测量可以揭示海水的运动和循环。

例如，利用测量水体中氧同位素的丰度可以推断出海洋的混合程度。

氧同位素在不同温度下的分馏效应不同，温暖的海水中氧18的丰度相对较低，而寒冷的海水中氧18的丰度相对较高。

通过测量不同地方海水中氧18的丰度，可以了解海水的运动和混合情况，进而推断出海洋的环流过程。

其次，同位素海洋化学还可以用来研究气候变化。

气候系统中的水循环过程可以通过同位素的变化来追踪和理解。

例如，氢同位素的丰度变化可以表征水汽来源和降水的种类。

海洋中的同位素记录了过去气候的变化，因为同位素丰度受到气候变化的影响。

通过对海洋沉积物和冰芯等样本中同位素的测量和分析，可以重建过去几千年的气候变化，为研究现代气候变化提供参考。

最后，同位素海洋化学对于研究地球系统的相互作用也具有重要意义。

例如，地壳中的岩石和矿物中含有稳定同位素，当这些岩石和矿物风化或溶解后，同位素会释放到海洋中。

通过测量海水中同位素的丰度可以了解到地质过程对海洋环境的影响。

同时，海洋生物也参与了地球系统的循环过程。

海洋中的生物通过吸收和释放同位素元素，影响着海水中同位素的丰度。

通过研究海洋生物的同位素组成，可以了解到生物活动对海洋生态系统和陆地环境的影响。

综上所述，同位素海洋化学在揭示海洋动态过程、气候变化和地球系统相互作用方面具有重要意义。

通过对海洋中同位素的测量和分析，可以获得生动、全面且有指导意义的信息，促进人们对海洋和地球的认识，并为环境保护和气候变化研究提供重要参考。

雾水的D和^(18)O同位素研究进展

雾水的D和^(18)O同位素研究进展孙自永;程国栋;马瑞;甘义群【期刊名称】《地球科学进展》【年(卷),期】2008(23)8【摘要】凝结水的D、18O同位素研究目前主要集中在雾水方面,露水和土壤吸附水的相关研究仍属空白。

由于形成时的温度较高,大多数雾水的D1、8O同位素较当地雨水富集,但不同类型雾的同位素特征存在差异。

平流式海洋雾为单级的蒸发—冷凝封闭循环系统的首次凝结,D1、8O同位素较当地雨水显著富集;热带云雾林中的地形雾与降雨同时发生,且水分源于同一云团,δD、δ18O值差异较小;内陆辐射雾因部分水汽源于当地水分的再循环,过量氘和δD、1δ8O值高于降雨。

目前有少量研究用D1、8O同位素指示雾水对植被、地下水和地表径流的补给作用,但以定性分析为主,基于端元混合模型的定量评价极少。

露水和土壤吸附水的稳定同位素研究是干旱区凝结水研究的重要方向;D、18O同位素与其它同位素或化学指标的结合有助于促进凝结水生态水文效应的研究进展;短间隔、高密度的长期观测和用于稳定同位素分析的凝结水采样器的设计是需要进一步开展的工作。

【总页数】9页(P794-802)【关键词】凝结水;雾;稳定同位素;生态水文效应【作者】孙自永;程国栋;马瑞;甘义群【作者单位】中国地质大学环境学院;中国科学院寒区旱区环境与工程研究所【正文语种】中文【中图分类】P426.3;P595【相关文献】1.氢氧稳定同位素在森林雾水研究中的应用及展望 [J], 王卓娟;宋维峰;张小娟2.放射性同位素18F在核医学中的研究进展 [J], 谢波;胡睿3.一种基于18F-19F同位素交换的分子影像探针合成方法与应用研究进展 [J], 张重庆;孙夕林;吴丽娜;刘杨;申宝忠4.关键环境因子及水汽来源对雾水氢氧稳定同位素组成特征的影响 [J], 刘澄静;角媛梅;吴常润;刘志林;丁银平5.干旱区植物水分来源的D、^(18)O同位素示踪研究进展 [J], 边俊景;孙自永;周爱国;余绍文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

同位素生态学

同位素生态学
同位素生态学是生态学的一个分支，利用同位素作为标记物，研究生物与环境之间相互关系的科学。

同位素可以用来追踪物质的运动和转化，了解生态系统中生物和非生物过程的相互作用，以及影响这些过程的各种因素。

同位素生态学的研究范围广泛，包括利用氢、氧、碳、氮等同位素来研究水体的循环和利用，生物有机质的来源和去向，以及生态系统的营养动态和能量流动等。

同位素方法还可以应用于生物入侵、生态修复、全球变化等研究领域。

同位素生态学的优势在于其具有非破坏性和高灵敏度，能够提供有关生物和非生物过程的信息，同时具有操作简单、数据应用面广、可操作性强等优点。

然而，同位素方法也有其局限性，例如需要足够的样本数量和合适的同位素标记物，同时也需要注意同位素分馏效应等问题。

总之，同位素生态学是生态学研究的重要工具之一，有助于深入了解生态系统的结构和功能，以及各种生物和非生物过程之间的相互作用。

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