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沙坡头生态水文学研究进展及水量平衡自动模拟监测系统 总被引：2，自引：1，他引：1
在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,沙坡头沙漠研究试验站建成了以36台大型称重式蒸渗仪为主体的中国北方不同气候带沙区水量平衡自动模拟监测系统——Lysimeter群。概述了沙坡头生态水文学研究进展。介绍了Lysimeter群建设的科学目标、构建思路、建设内容和预期研究方向。Lysimeter群由大型称重式蒸渗仪、各类探头、移动大棚和降水模拟器等组成,具有集成性和唯一性。该平台可全自动模拟控制降水和地下水位,量化植物水分来源;自动监测蒸散发、植物蒸腾、土壤水渗漏、土壤水分、温度和电导率等。该平台的建成将提升在不同尺度上认知中国沙区生态和水文过程、植被重建的生态水文学和环境胁迫生理生态学机理等相关领域的研究能力,回答不同沙区土壤水分植被承载力和人工植被稳定性维持的生态水文阈值等国家在防沙治沙实践中所面临的核心科学问题。 相似文献
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《干旱区地理》2017,(6)
选择敦煌莫高窟72窟为实验洞窟,用人工冷凝收集洞窟蒸发水分,并定期监测δD和δ~(18)O值。同时监测莫高窟降水、潜水、大泉河水等背景环境水分的δD和δ~(18)O值,应用水同位素示踪原理揭示洞窟蒸发水分来源。2 a的洞窟蒸发水分、莫高窟降水、潜水、大泉河水、围岩水分的同位素δD和δ~(18)O监测表明,洞窟蒸发水来自地下潜水。用在线降水同位素计算的当地降水年值、加权平均值、野马山降水年值表明党河水来自野马山降水,它是莫高窟地下潜水/大泉河水的合理来源,存在清晰的来源通道。在潜水向上运移过程中,围岩选择了δ值相对偏正的水分;围岩温湿度对蒸发水分的δD和δ~(18)O值有显著影响。 相似文献
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用D、18O同位素确定黑河中游戈壁地区植物水分来源 总被引：1，自引：0，他引：1
于2008年7月在黑河中游临泽县平川镇戈壁地区采集降雨、地下水、土壤和植物茎干样品并进行水分的D、18O同位素测试,分析戈壁地区不同深度土壤水分的来源,确定泡泡刺（Nitraria sphaerocarpa）、红砂（Reaumuria soongorica）等荒漠植物的吸水层位及其对降雨和地下水的依赖程度。研究发现：①土壤剖面0~130 cm深度范围内的土壤水主要接受降雨的补给;130 cm以下,可能接受潜水蒸发补给,或者是前期较大降雨入渗与潜水蒸发补给的叠加;②土壤水的δD、δ18O值与深度呈指数关系;降雨入渗补给会打乱剖面的稳态,土壤水的δD、δ18O同位素组成是现存土壤水和降雨的混合;③泡泡刺和红砂都是利用深度大于185 cm的土壤水,泡泡刺吸水层位比红砂更深,表明荒漠植物的生长主要依赖更为稳定的潜水水源。 相似文献
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通常认为极干旱区土壤水分来源于降水、大气或凝结水,深埋区不存在潜水蒸发。然而通过使用拱棚法初步证明在极干旱深埋区存在潜水蒸发,而潜水是土壤水分的重要来源。为了进一步求证土壤水分来源,开挖200 cm×200 cm×200 cm的土坑,完全隔绝与下层土壤及四周的水分联系,回填后监测土壤10、30、50、100、150 cm的空气温湿度;同时设置与四周隔绝但底面联通的对照坑。27 d后都模拟25 mm降雨。监测发现模拟降雨前联通土壤的水分含量、空气相对湿度、绝对湿度都明显高于隔绝土壤。1 a后远离降雨时土壤水分的检测发现隔绝土壤水分含量低于联通对照,但因隔绝土壤处于潜水蒸发漫溢的相同气象环境,其湿度不会无限下降。隔绝对比实验反演证明深埋极干旱区存在潜水蒸发。 相似文献
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《干旱区地理》2016,(6)
查清煤矿区地下水的补给及流动模式是矿区安全开采的重要基础保障之一。通过环境同位素示踪剂(~2H和~(18)O)以及地下水~(14)C测年技术,识别出新疆木垒煤矿区地下水的补给来源。结果显示:该区中部平原区地下水的主要补给来源为高海拔山区降水,南部地区潜水的平均补给高程约为1 700~2 300 m。~(14)C测年结果与同位素δ~(18)O低值表明,第三系碎屑岩类孔隙裂隙水是晚更新世寒冷气候条件下补给形成的;侏罗系孔隙裂隙水、基岩裂隙水与现代潜水之间存在有一定程度的水力联系,地下水的补给流动途径是基岩裂隙水在出山口渗出地表后部分通过山前透水层渗入地下,进而补给潜水及第三系裂隙水或侏罗系孔隙裂隙水。 相似文献
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利用稳定同位素技术测定降水、土壤水、植物茎干水的同位素组成,结合多元线性混合模型(IsoSource)确定科尔沁沙地东南部樟子松人工林内樟子松的根系吸水范围以及各水源的水分贡献率。通过连续观测强降水事件前后樟子松水分来源的变化,探究降水对樟子松水分利用的影响。结果表明樟子松茎干水与20cm以下土层的土壤水同位素组成最为接近,樟子松的水分吸收主要集中在这一层(最大取样深度80cm)。IsoSource模拟结果与观测结果一致,土壤水分条件较好时,大约60%以上的水分来自于20-80cm土层;当这一深度土壤含水量降低时,樟子松将会更多地依赖更深层的土壤水分。樟子松根系分布的最大深度远小于地下水位,因此很难利用到地下水。2009年7月13日14.4mm的降水前后,樟子松茎干水同位素组成的变化表明,降水结束后36小时樟子松可以感应到降水对表层20cm土壤水分的补充,这一土层的水分贡献率在接下来的24小时内迅速降低。不同水分条件下水分来源的多样性表明樟子松能较好地适应沙地生境。 相似文献
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煤矿开采使流域水文地质条件发生改变,研究采煤影响下流域降水-地表水-地下水-矿井水转化关系对揭示区域水循环过程意义重大。以海流兔流域为研究区,利用数理统计法、Piper三线图和氢氧同位素关系图等方法,分析采煤影响下降水-地表水-地下水-矿井水的转化关系。结果表明:在煤矿开采影响下采矿区地表水中SO_(4)^(2-)、Na^(+)、Mg^(2+)等含量增幅较大;流域降水、地表水与地下水转化关系以地表水下渗补给地下水为主,平均贡献率为56.7%;矿区及以下流域海流兔与纳林河不同水体间的转化关系仍以地表水补给地下水为主,与上游天然流域相比平均贡献率分别增至69.3%和59.4%;矿井水主要来源为上覆萨拉乌苏组地下水,补给比率为72.4%,煤矿开采使上覆含水层地下水向采空区汇流速度增大。 相似文献
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兰州市南北两山人工灌木林地土壤水分动态 总被引：4，自引：1，他引：3
通过定位监测与对比分析,对兰州市南北两山不同生境下柠条和柽柳林地的土壤水分变化情况及土壤水分亏缺状况进行了研究。结果表明:水分亏缺程度、耗水量、耗水强度、吸水能力、根系周围土壤深层水分下降速度,都表现为：柠条>柽柳\.据此认为,在兰州市南北两山这种较干旱地区,如果立地条件允许,更适宜种植柽柳。土壤水分的季节性变化是降水和植物生长综合作用的结果,降水和植物生长对土壤表层的含水量影响较为显著,而对深层土壤水分的作用不明显。土壤水分的季节变化与降水和植物生长的季节性变化相似,可分为三个时期：春季水分消耗期、夏季水分补给期、秋末冬季土壤水分平稳期。 相似文献
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应用环境同位素方法研究黑河源区水文循环特征 总被引：13，自引：0，他引：13
维持黑河流域中、下游绿洲生态和社会经济发展的水资源主要形成于祁连山区。该文在野外采样的基础上,通过测试分析不同地段、不同水体中的环境同位素(δD、δ^18O和^3H)和水化学组成特征,利用同位素混合模型,识别黑河源区地表水和地下水的来源、组成和径流过程,揭示源区的水文循环特征,在此基础上探讨源区水文循环模式。结果表明：1)黑河源区存在两类地下径流系统：局部径流系统接受局地降水和冰雪融水入渗补给,就近向河流排泄,水循环交替积极,据同位素估算结果,降水补给占76％,冰雪融水补给占24％;区域径流系统接受中高山带的降水和冰雪融水补给(补给高程大于3600m),在出山口附近的断裂带以泉的形式排泄,水循环交替缓慢。2)山区地表水由大气降水、冰雪融水和地下水组成,出山河水的构成为：降水占69％～72％,冰雪融水占23％～24％,深部地下水占5％～7％。 相似文献
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在气候变化和人类活动影响下,水资源短缺是干旱区面临的一个严峻问题.解决问题的关键是要深入了解干旱区独特的水循环机理,而分析不同水体中氢氧同位素特征及转化关系,是应用同位素示踪技术研究水循环机理的基础。以呼图壁河流域为研究区,分析了大气降水、河水、地下水和积雪融水氢氧同位素变化特征及不同水体的δD~δ18O关系,探讨了地表水对地下水的补给关系。结果表明：呼图壁河流域大气降水、河水、地下水和积雪融水中δD、δ18O的组成和季节变化差异较大,δD值分别为-86.25‰、-66.66‰、-69.82‰和-150.79‰,而δ18O值依次为-12.42‰、-9.94‰、-10.23‰和-19.42‰;河水受大气降水和冰雪融水的混合补给导致同位素的贫化,积雪融水主要受蒸发的影响导致同位素的富集,而河水和积雪融水对地下水有密切的水力联系,导致地下水同位素的贫化;呼图壁河上游地区河水对地下水的补给仅占到18.45%,而中下游区域的地下水补给占到90%以上。 相似文献
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艾比湖流域典型荒漠植被水分利用来源研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在以风沙和干旱为基本特征的干旱、半干旱生态环境中,荒漠植被在防风固沙及维持荒漠和绿洲生态系统的稳定性方面有重要作用。选取艾比湖流域不同生境（河岸、沙丘、荒漠、盐沼）典型荒漠植被胡杨（Populus euphratica）、梭梭（Haloxylon ammodendron）、白刺（Nitraria sibirica）和盐穗木（Halostachys caspica）为研究对象,运用稳定同位素方法分析降水、土壤水、植株水和地下水同位素组成变化特征,量化4种植被在整个生长期内吸水来源及比例。结果表明：① 艾比湖流域降水δ2H和δ18O值变化范围为-142.5‰~-0.6‰和-20.16‰~1.20‰,表现为夏季最大,冬季最小,春秋季居中的态势。② 4类生境条件下的土壤水δ2H和δ18O值沿剖面总体表现为随着深度增加逐渐减小;不同植株茎水δ2H和δ18O值时间变化趋势基本一致,春季最大,夏季最小,秋季又逐渐增加;不同植株间比较,盐穗木茎水稳定同位素值最大,其余依次为白刺、梭梭和胡杨。③ 荒漠植被在不同生长期吸水来源及利用比例不同,梭梭在整个生长期主要利用地下水;白刺利用水源比例在整个生长季内变化较大,春季主要利用表层土壤水,贡献率为80%~94%,夏季利用深层土壤水的比例为31%~36%,秋季利用中层土壤水的比例达到33%~36%;盐穗木春季和秋季主要利用表层土壤水,夏季中间层土壤水比例略有提升,为20%~36%;胡杨春季主要利用中间层土壤水,利用比例为53%~54%,夏季主要利用地下水,比例达到72%~88%,河水利用比例仅为2%~5%,秋季河水利用比例升高为11%~21%。研究结果显示,干旱区荒漠植被生长季内水分利用来源差异明显。本文为了解干旱区荒漠植被的水分利用机理、水分适应策略,以及植被恢复和管理提供理论依据。 相似文献
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荒漠绿洲湿地水分来源及植物水分利用策略 总被引：2，自引：1，他引：1
水分是干旱区不同景观界面间的水分循环过程与水力联系的主体,维持着干旱区湿地生态系统的结构与功能。为量化水分来源及其对植物水分的贡献率,以河岸灌木湿地和草地盐沼湿地为研究对象,通过测定降水、径流、地下水、土壤水和植物水中δD、δ18O组成,利用多源线性混合模型分析水分来源对荒漠植物水分利用的贡献率。结果表明：（1） 黑河流域荒漠绿洲湿地年均降水量104.6 mm,约占蒸散量（604.47 mm）的17.03%,具有明显的季节性分布特征。地下水位与土壤含水量的波动取决于河流距离,离河道较近的河岸灌木湿地地下水深度及土壤含水量随季节波动较小,而离河道较远的草地盐沼湿地则变化很大。（2） 当地大气降水线δD=6.33δ18O+4.04 （R2=0.931）,斜率和截距均略小于全球大气降水线则符合黑河流域湿地整体降水少而蒸散量大的特点。黑河径流δD和δ18O均值分别为-43.80‰±12.09‰和-8.65‰±23.33‰,地下水为-50.98‰±13.18‰和-9.74‰±25.49‰,土壤水为 -42.07‰±6.89‰和-7.22‰±2.49‰,植物水为-51.84‰±14.46‰和-8.50‰±24.13‰。（3） 地表蒸发是荒漠绿洲湿地土壤氢、氧同位素富集的主要原因。地下水和河水分别是草地盐沼湿地与河岸灌木湿地的主要水分来源,贡献率分别约为61%和50%,表明湿地植物相比于干旱区脉冲式降水更依赖较为稳定的水源。（4） 植物根系深度和毛细根分布是决定荒漠绿洲湿地植物水分利用策略的重要因素。 相似文献
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Understanding the variation in a plant's water sources is critical to understanding hydrological processes in water-limited environments. Here, we measured the stable-isotope ratios(δ18 O) of xylem water of Caragana microphylla, precipitation,soil water from different depths, and groundwater to quantitatively analyze the proportion of water sources for the shrub.We found that the water sources of C. microphylla differed with the plant's ages and the seasons. The main water source for young shrubs was upper-soil water, and it showed significant changes with seasonal precipitation inputs. In summer,the proportion contributed by shallow water was significantly increased with increased precipitation inputs. Then, the contribution from shallow-soil water decreased with the decline in precipitation input in spring and autumn. However, the adult shrubs resorted to deep-soil layers and groundwater as the main water sources during the whole growing season and showed much less seasonal variation. We conclude that the main water source of the young shrubs was upper-soil water and was controlled by precipitation inputs. However, once the shrub gradually grew up and the roots reached sufficient depth, the main water sources change from the upper-soil layer recharged by precipitation to deep-soil water and groundwater, which were relatively stable and abundant in the desert ecosystem. These results also suggest that desert shrubs may be able to switch their main water sources to deep and reliable water sources as their age increases, and this adjustment to water availability carries significant importance for their acclimation to the desert habitat. 相似文献
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Stable isotope techniques in plant water sources：a review 总被引：1，自引：0，他引：1
The stable hydrogen and oxygen isotopes widely exist in various kinds of natural water.Plants have to cope with various water sources:rainwater,soil water,groundwater,sea water,and mixtures.These are usually characterized by different isotopic signatures (18O/16O and D/H ratios).Because there are relative abundance variations in water,and plant roots do not discriminate against specific water isotopes during water uptake,hydrogen and oxygen stable isotope ratios of water within plants provide new information on water sources,interactions between plant species and water use patterns under natural conditions.At present,the measurement of δD,δ18O composition of various potential water sources and stem water has become significant means to identify plant water sources.Based on previous studies,this review highlights recent advances such as theory basis,methodology,as well as different spatial and temporal scales,and existed questions and prospects.Stable isotope techniques for estimating plant water sources have provided valuable tools for conducting basic and applied research.Future studies emphasize the modification of preparing methods,isotope technique combined with other measurements,and aerial organs of plant water source should be en-couraged. 相似文献
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In arid and semi-arid environments, desert vegetation plays an important role in preventing soil erosion by wind and helps maintain the stability of desert and oasis ecosystems. Four types of typical desert vegetation, namely Populus euphratica, Haloxylon ammodendron, Nitraria sibirica, and Halostachs caspica, corresponding to different habitats (i.e., river bank, sand dune, desert, and salt marsh) were chosen as the model vegetation in this research. The δ2H and δ18O for rainwater, soil water, and plant water were applied to identify the water sources and quantify the proportions of different water sources used over the entire plant growth period (from March to October). The results showed that the precipitation δ2H and δ18O in the Ebinur Lake basin varied from -142.5‰ to -0.6‰ and from -20.16‰ to 1.20‰, respectively. The largest δ2H and δ18O values occurred in summer and the smallest in winter. The soil water δ2H and δ18O of the four habitats decreased gradually with increasing depth. The δ2H and δ18O values of water extracted from the stems of the four plants had similar variation trends, that is, the maximum was observed in spring and the minimum in summer. Among the four plants, H. caspica had the highest stable isotopic values in the stem water, followed by N. sibirica, H. ammodendron, and P. euphratica. The water sources and utilization ratios of desert vegetation varied across different growth stages. Throughout the growing period, H. ammodendron mainly used groundwater, whereas the water source proportions used by N. sibirica varied greatly throughout the growing season. In spring, plants mainly relied on surface soil water, with a contribution rate of 80%-94%. However, in summer, the proportion of deep soil water used was 31%-36%; and in autumn, the proportion of middle soil water used was 33%-36%. H. caspica mainly relied on topsoil water in spring and autumn, and the proportion of soil water in the middle layer slightly increased to 20%-36% in summer. P. euphratica mainly used intermediate soil water in spring with a utilization rate of 53%-54%. In summer, groundwater was the main source, with a utilization rate of 72%-88%, and only 2%-5% came from river water, whereas in autumn, the river water utilization rate rose to 11%-21%. The results indicated that there were significant differences in water use sources during the growing period for desert vegetation in arid areas. This research provides a theoretical basis for understanding water use mechanisms, water adaptation strategies, and vegetation restoration and management in arid areas. 相似文献
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准噶尔盆地南缘荒漠区梭梭维持水源初步研究 总被引：2，自引：0，他引：2
为了了解沙漠植物梭梭维持水源的利用情况,探明其对水源的利用策略,利用稳定性同位素技术定位取样,对准噶尔盆地南缘荒漠区梭梭进行了研究.结果表明,冬季,梭梭基本没有直接利用降雪;随着融雪后浅层土壤含水率的上升,梭梭明显利用浅层土壤水;梭梭利用水源中,地下水占有很大比例,这种比例在冬季和夏季最高,最高幅度可达到80％,平均占到30％左右;降雨也是梭梭利用的水源之一,在降雨后的3～5 d内,梭梭木质部δ18O值有明显趋近降雨δ18O值的趋势.因此,本研究区的梭梭维持水源有多个途径,地下水、融雪形成的浅层土壤水是其主要水源,中、大量降雨也是其利用的水源之一. 相似文献
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干旱半干旱区地下水引起的生态效应的研究现状与发展趋势 总被引：4，自引：3，他引：1
以地下水与生态环境之间关系为出发点,从地下水与人类活动相互影响的互馈机制研究、地下水引起的生态效应机理及评价指标与模型研究三方面对干旱半干旱区地下水引起的生态效应的研究现状进行了评述,以地下水状态为核心,从地下水生态学学科的建立、面向生态的区域地下水资源评价理论与方法及地下水状态调控机理研究三方面展望了其发展趋势。 相似文献
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塔里木河下游典型荒漠河岸植物水分来源 总被引：4，自引：0，他引：4
通过对塔里木河下游典型荒漠植物河岸胡杨（Populus euphratica,成年和幼龄）、柽柳（Tamarix ramosissima）、甘草（Glycyrrhiza inflata）、骆驼刺（Alhagi sparfolia）木质部水及不同潜在水源的稳定性氧同位素值的测定,并利用多源线性混合模型（IsoSource）和相似性比例指数（PS指数）分别分析了各潜在水源对不同植物的贡献率以及各月份不同植物间的水分利用关系。结果表明：（1）在塔里木河下游,成年胡杨、幼龄胡杨、柽柳几乎都不利用0~50 cm的表层土壤水,而主要利用200 cm以下的深层土壤水和地下水,而甘草、骆驼刺主要吸收50~200 cm的土壤水。（2）在生长季的不同月份里,除个别月份外,胡杨（成年和幼龄）、柽柳之间存在激烈水分竞争;甘草、骆驼刺在生长旺季和末期对各水源都存在较强的竞争关系,而成年或幼龄胡杨、柽柳和甘草、骆驼刺之间水分竞争关系较弱。（3）在塔里木河下游,为了适应极端干旱,无论是乔木胡杨、还是灌木柽柳,水分来源主要是较稳定的深层水源,且对各水源的利用比例在不同月份波动不大。 相似文献
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Many arid basins in western North America are likely to experience future changes in precipitation timing and amount. Where shallow water tables occur, plant acquisition of groundwater and soil water may be influenced by growing season precipitation. We conducted a rainfall manipulation experiment to investigate responses of four common native plant species to ambient, increased, and decreased summer monsoon rainfall. We measured plant xylem pressure potentials (Ψ) and stable oxygen isotope signatures (δ18O) to assess effects of altered precipitation on plant water relations and water acquisition patterns. Reduced rainfall decreased Ψ more in the grasses Sporobolus airoides and Distichlis spicata than the more deeply rooted shrubs Sarcobatus vermiculatus and Ericameria nauseosa. E. nauseosa had little response to natural or experimental differences in available soil water. Plant xylem water δ18O indicated that S. airoides and D. spicata are almost entirely dependent on rain-recharged soil water, while E. nauseosa is almost entirely groundwater-dependent. Sarcobatus vermiculatus used groundwater during dry periods, but utilized precipitation from soil layers after large rainfall events. Persistent changes in precipitation patterns could cause shifts in plant community composition that may alter basin-scale groundwater consumption by native plants, affecting water availability for human and ecosystem uses. 相似文献