淺談同位素在土壤水分析中的應用

常 娜

（山東恒源勘測設計有限公司，山東 濰坊 261000）

1.土壤水同位素理論

同位素在水文循環中的應用已經非常廣泛，其中氫和氧的同位素分子應用最普遍并且最具有代表性。氫、氧同位素參與了整個水循環，在水循環中會因各種外界影響而發生分餾，從而富集或貧化，研究不同水中的同位素的組成可以了解水的轉化過程。土壤水在水循環中具有“承上啟下”的作用，土壤水的研究對于分析整個大循環具有重要的意義。

包氣帶中的土壤水在水文大循環中起著很重要的作用。大氣降水通過非飽和帶下滲形成壤中流，大氣降水是土壤水的直接補給源，且土壤水在地面以下不深處，土壤水的同位素主要由大氣降水中同位素和蒸發因素決定。土壤水中同位素值隨著大氣降水中同位素值的變化及溫度變化而發生貧化或富集。研究土壤水中同位素規律，還可以了解水分的運動軌跡，對于研究水文循環具有重要意義。

2.同位素在土壤水中的應用發展歷程

在土壤水的研究中采用同位素方法是從60年代開始的，直到20世紀80年代土壤水同位素研究才奠定了基礎。在國外，同位素應用于土壤水的研究較多。Mathieu 和Bariac在1996年利用同位素方法對土壤水和淺層地下水的轉化進行了實驗研究，得出了土壤水與淺層地下水直接不存在補給關系。Zimmermann等人在1967年、Brodersen等人在2000年、Tang等在2001年、Gazis等在2004年也分別研究了土壤水中同位素的變化，分析了其與其他水的轉化關系。

在國內對降水入滲、土壤水中穩定同位素的研究還很少。田立德在2002年利用同位素原理分析了青藏高原土壤水的補給來源。徐慶等在2007年利用同位素法分析了四川地區土壤水的運移規律。許士國等在2006年通過建立模型研究了土壤水的補給規律。2010年，王永森等結合Fick定律和質量守恒定律建立了模型分析了土壤水中同位素的運移規律。劉君等在2012年也對土壤水進行了研究，分析了補給原理。國內對土壤水的研究才剛剛起步，還處在實驗分析和理論階段，還需要借助國外的研究經驗，進一步發展對其研究。

3.五道溝實驗流域土壤水分析

五道溝實驗流域在安徽省蚌埠市境內，地處淮北平原南部，是我國建立最早且是我國為數不多的大型水文實驗站，且是我國唯一一個具有60年以上觀測和定位的綜合性實驗站。實驗流域內設置了多種觀測設施及分析實驗室，數據觀測準確，數據處理得當。以五道溝實驗流域為例，分析其土壤水中同位素的影響因素。

圖2 亞黏土無作物情況

圖3 亞黏土有作物情況

圖1中土壤水的δ18O、δD關系線可以看出，亞砂土的斜率和截距比亞粘土小，且都比當地大氣降水線偏小，是由于蒸發作用而產生了分餾，造成了同位素的富集。土壤水的同位素數據在當地大氣降水線附近，意味著大氣降水是土壤水的補給來源之一。6~7月份的數據離大氣降水線較近，8~9月份的離大氣降水線較遠，意味著前者氘同位素富集明顯，后者氧同位素富集明顯，是由于8~9月份降雨量減少，干燥，蒸發左右強烈導致的，6~7月水汽來源較8~9月潮濕，水汽來源不同。

圖1 土壤水中δ18O、δD關系圖

亞黏土無作物情況下，0.4m深度是個分界點，0.4m以上蒸發與水面蒸發基本一致，0.4m以下，基本沒有蒸發。有作物情況下，0.8m以上各深度蒸發趨勢基本一致，在5~7月份，蒸發出現較大變化。亞黏土有、無作物的對比可以看出，相同深度，無作物的情況下的蒸發量較有作物大，蒸發大會造成同位素富集明顯。

4.總結

闡述土壤水同位素理論以及研究其的意義，分析了國內外土壤水同位素的發展歷程，以五道溝實驗流域為例，分析了不同土壤下同位素的變化，以及不同深度下，蒸發對其影響，最終得出，土壤水中同位素值與土壤的質地、有無作物、土壤水的深度、溫度、大氣降水等均有關。