干熱河谷不同土地利用類型下土壤水氫氧同位素研究

李猛 段旭

摘要：近年來(lái)，水資源問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)之一。土壤水作為水資源的一種存在形式，成為國(guó)際學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。土壤水是農(nóng)業(yè)和自然植被所需水的主要來(lái)源，維持著全球初級(jí)生產(chǎn)力形成、能量平衡和物質(zhì)傳輸，研究土壤水 和 特征對(duì)于土壤水補(bǔ)給機(jī)理、水分的再分配機(jī)制、養(yǎng)分及污染物在土壤中的運(yùn)移等都具有重要的意義，且調(diào)節(jié)土壤水和地下水穩(wěn)定同位素的季節(jié)變化，維持一個(gè)地區(qū)水體穩(wěn)定同位素平衡中起著重要作用，這都充分說(shuō)明開展土壤水穩(wěn)定同位素研究的必要性。

關(guān)鍵詞：土壤水;氫氧同位素;干熱河谷

土壤水作為水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一，是聯(lián)系地表水、地下水以及大氣水的紐帶，在水資源的形成、轉(zhuǎn)化與運(yùn)移過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用[1] 。其由于受同位素分餾作用影響，土壤水氫氧穩(wěn)定同位素組成具有顯著的特征變化。研究其組成變化特征以及土壤水及地下水的補(bǔ)給過(guò)程，不僅對(duì)區(qū)域水資源評(píng)價(jià)非常重要，也有利于研究流域水文過(guò)程[2] 。

傳統(tǒng)方法主要研究水分在入滲過(guò)程中水力參數(shù)特點(diǎn)，利用水力參數(shù)建立土壤水運(yùn)動(dòng)模型，例如Kostiakov模型、Philip模型、Green-Ampt模型等。國(guó)內(nèi)外關(guān)于土壤蒸發(fā)與土壤水 和 之間關(guān)系的研究也比較多[3] 。尤其在最近20年里，穩(wěn)定同位素技術(shù)作為一項(xiàng)新的比較成熟的技術(shù)在水文地質(zhì)的各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用，在土壤水分的利用和運(yùn)移研究中也應(yīng)用了同位素方法，并取得了良好的效果。土壤水 和 還可以作為天然示蹤劑來(lái)研究土壤水的人滲、蒸發(fā)以及蒸騰[4] ，根據(jù)土壤水 和 貧富程度可以獲得土壤水的運(yùn)移信息，揭示土壤水文過(guò)程機(jī)理。

尤其氫氧穩(wěn)定同位素作為水分子的組成部分，具有良好的指示作用，相對(duì)其它傳統(tǒng)方法而言具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性，可以用來(lái)揭示土壤水運(yùn)動(dòng)中的很多水文過(guò)程信息如土壤水的蒸發(fā)、降水入滲和土壤水的遷移過(guò)程[5] 等，從而為研究土壤水分運(yùn)移規(guī)律及其補(bǔ)給機(jī)理提供依據(jù)[6] 。有研究表明蒸發(fā)對(duì)土壤水穩(wěn)定同位素變化的影響，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)越強(qiáng)烈越容易導(dǎo)致較重的同位素在土壤表層的富集[7] 。國(guó)內(nèi)土壤水同位素研究起步較晚，但發(fā)展迅速，在野外和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方面開展了諸多研究。例如王仕琴等[8] 選擇華北平原中、東部地下水淺埋區(qū)的衡水和滄州為典型實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，研究不同降水特征、土壤質(zhì)地和植被條件下入滲過(guò)程的差異性。結(jié)果表明，土壤非均質(zhì)條件下，降水入滲補(bǔ)給過(guò)程中伴隨著蒸發(fā)、植被蒸騰作用以及與土壤前期水分的強(qiáng)烈混合作用;孫曉旭等[9] 根據(jù)兩種不同性質(zhì)的土壤-砂和黃土，在室內(nèi)模擬了平衡條件下土壤水分的蒸發(fā)及降水在土壤中的入滲過(guò)程，分析了土壤水和土柱出流水的氫氧同位素特征;陳曦等[10] 根據(jù)黃土源區(qū)降水氫氧穩(wěn)定同位素的組成特征，進(jìn)而分析了其水汽來(lái)源，結(jié)果表明同位素有明顯的年內(nèi)變化。

但目前針對(duì)元謀干熱河谷地區(qū)土壤水 和 特征，尤其是不同土地利用類型下深層土壤水 和 變化的研究還比較少見，為此，對(duì)干熱河谷區(qū)元謀縣老鄉(xiāng)域水土保持綜合治理示范區(qū)為試驗(yàn)點(diǎn)，運(yùn)用穩(wěn)定氫氧同位素的示蹤技術(shù)，對(duì)該區(qū)內(nèi)不同土地利用類型下土壤水采樣并測(cè)定 和 值，分析土壤水 和 剖面分布及變化特征，探究元謀干熱河谷區(qū)不同土地利用類型下的土壤水 和 規(guī)律，為揭示干熱河谷區(qū)深層土壤干燥化形成的水分動(dòng)力學(xué)機(jī)制，及進(jìn)一步研究干熱河谷區(qū)潛水補(bǔ)給提供依據(jù)，并為解決植被的實(shí)際需水、植被恢復(fù)等問(wèn)題有重要的參考價(jià)值。

干熱河谷區(qū)是世界上主要的生態(tài)脆弱帶之一，其生態(tài)環(huán)境問(wèn)題是國(guó)際地學(xué)研究的熱點(diǎn)。尤其水資源短缺和合理利用是干熱河谷區(qū)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題，解決問(wèn)題的關(guān)鍵是要深入了解水循環(huán)機(jī)理，而分析不同土地利用類型下土壤水穩(wěn)定同位素變化特征是應(yīng)用同位素技術(shù)研究水循環(huán)機(jī)理必須的前提。目前，干熱河谷區(qū)土壤水氫氧穩(wěn)定同位素的組成關(guān)系及其主要影響因素、水汽來(lái)源等方面的研究取得了一些進(jìn)展。然而，現(xiàn)有研究對(duì)該區(qū)土壤水氫氧穩(wěn)定同位素時(shí)空變化特征缺乏更深入的認(rèn)識(shí)。因此，運(yùn)用穩(wěn)定同位素的示蹤技術(shù)，以金沙江干熱河谷區(qū)不同土地利用類型下土壤水進(jìn)行氫氧穩(wěn)定同位素分析，探討了不同土地利用類型下土壤水氫氧穩(wěn)同位素組成變化特征，為進(jìn)一步深入研究流域生態(tài)水文過(guò)程奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于掌握干熱河谷區(qū)土壤的水分運(yùn)動(dòng)機(jī)制，特別是干旱區(qū)植物用水機(jī)制、生態(tài)需水、植被恢復(fù)等關(guān)鍵性問(wèn)題具有重要的意義以及在生態(tài)環(huán)境功能優(yōu)化中也發(fā)揮關(guān)鍵作用。

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基金項(xiàng)目：

云南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S201710677014）

（作者單位：西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院）