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，水資源問題一直是國內外重點關注的焦點之一。土壤水作為水資源的一種存在形式，成為國際學者研究的熱點之一。土壤水是農業和自然植被所需水的主要來源，維持著全球初級生產力形成、能量平衡和物質傳輸，研究土壤水 和 特征對于土壤水補給機理、水分的再分配機制、養分及污染物在土壤中的運移等都具有重要的意義，且調節土壤水和地下水穩定同位素的季節變化，維持一個地區水體穩定同位素平衡中起著重要作用，這都充分說明開展土壤水穩定同位素研究的必要性。

關鍵詞：土壤水;氫氧同位素;干熱河谷

土壤水作為水循環的重要環節之一，是聯系地表水、地下水以及大氣水的紐帶，在水資源的形成、轉化與運移過程中發揮著重要的作用[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給過程，不僅對區域水資源評價非常重要，也有利于研究流域水文過程[2] 。

傳統方法主要研究水分在入滲過程中水力參數特點，利用水力參數建立土壤水運動模型，例如Kostiakov模型、Philip模型、Green-Ampt模型等。國內外關于土壤蒸發與土壤水 和 之間關系的研究也比較多[3] 。尤其在最近20年里，穩定同位素技術作為一項新的比較成熟的技術在水文地質的各個領域均得到了廣泛應用，在土壤水分的利用和運移研究中也應用了同位素方法，并取得了良好的效果。土壤水 和 還可以作為天然示蹤劑來研究土壤水的人滲、蒸發以及蒸騰[4] ，根據土壤水 和 貧富程度可以獲得土壤水的運移信息，揭示土壤水文過程機理。

尤其氫氧穩定同位素作為水分子的組成部分，具有良好的指示作用，相對其它傳統方法而言具有較高的靈敏度和準確性，可以用來揭示土壤水運動中的很多水文過程信息如土壤水的蒸發、降水入滲和土壤水的遷移過程[5] 等，從而為研究土壤水分運移規律及其補給機理提供依據[6] 。有研究表明蒸發對土壤水穩定同位素變化的影響，發現蒸發越強烈越容易導致較重的同位素在土壤表層的富集[7] 。國內土壤水同位素研究起步較晚，但發展迅速，在野外和室內實驗方面開展了諸多研究。例如王仕琴等[8] 選擇華北平原中、東部地下水淺埋區的衡水和滄州為典型實驗點，研究不同降水特征、土壤質地和植被條件下入滲過程的差異性。結果表明，土壤非均質條件下，降水入滲補給過程中伴隨著蒸發、植被蒸騰作用以及與土壤前期水分的強烈混合作用;孫曉旭等[9] 根據兩種不同性質的土壤-砂和黃土，在室內模擬了平衡條件下土壤水分的蒸發及降水在土壤中的入滲過程，分析了土壤水和土柱出流水的氫氧同位素特征;陳曦等[10] 根據黃土源區降水氫氧穩定同位素的組成特征，進而分析了其水汽來源，結果表明同位素有明顯的年內變化。

但目前針對元謀干熱河谷地區土壤水 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，對干熱河谷區元謀縣老鄉域水土保持綜合治理示范區為試驗點，運用穩定氫氧同位素的示蹤技術，對該區內不同土地利用類型下土壤水采樣并測定 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不同土地利用類型下的土壤水 和 規律，為揭示干熱河谷區深層土壤干燥化形成的水分動力學機制，及進一步研究干熱河谷區潛水補給提供依據，并為解決植被的實際需水、植被恢復等問題有重要的參考價值。

干熱河谷區是世界上主要的生態脆弱帶之一，其生態環境問題是國際地學研究的熱點。尤其水資源短缺和合理利用是干熱河谷區面臨的一個嚴峻問題，解決問題的關鍵是要深入了解水循環機理，而分析不同土地利用類型下土壤水穩定同位素變化特征是應用同位素技術研究水循環機理必須的前提。目前，干熱河谷區土壤水氫氧穩定同位素的組成關系及其主要影響因素、水汽來源等方面的研究取得了一些進展。然而，現有研究對該區土壤水氫氧穩定同位素時空變化特征缺乏更深入的認識。因此，運用穩定同位素的示蹤技術，以金沙江干熱河谷區不同土地利用類型下土壤水進行氫氧穩定同位素分析，探討了不同土地利用類型下土壤水氫氧穩同位素組成變化特征，為進一步深入研究流域生態水文過程奠定了基礎。對于掌握干熱河谷區土壤的水分運動機制，特別是干旱區植物用水機制、生態需水、植被恢復等關鍵性問題具有重要的意義以及在生態環境功能優化中也發揮關鍵作用。

參考文獻：

[1] 喬冰清.土壤中不同形態水的化學組成研究[D].南京大學，2015.

[2] 郭小燕.基于穩定同位素和水化學的疏勒河流域水文過程研究[D].中國科學院大學，2015.

[3] 吳友杰，杜太生.覆膜溝灌下土壤水氫氧同位素分布特征及其水分運動規律研究[J].中國農村水利水電，2016（9）：73-76.

[4] Zhonghe Pang，Lijuan Yuan，Tianming Huang，et al.Impacts of human activities on the occurrence of groundwater nitrate in an alluvial plain：A multiple isotopic tracers approach[J].Journal of Earth Science，2013，24（1）：111-124.

[5] 王晶晶.土壤作物系統中水分及其氫氧穩定同位素的動態與農田耗水特征[D].中國農業大學，2015.

[6] 劉宏偉，徐明，管清浩.銀川地區大氣降水中氫氧穩定同位素的變化特征及影響因素分析[J].水科學與工程技術，2012（1）：88-90.

[7] 沈業杰，彭新華.鷹潭地區大氣降水中氫氧穩定同位素特征研究[J].生態環境學報，2014（1）：101-105.

[8] 王仕琴，宋獻方，肖國強，等.基于氫氧同位素的華北平原降水入滲過程[J].水科學進展，2009，20（4）：495-501.

[9] 孫曉旭，陳建生，譚紅兵，等.蒸發與降水入滲過程中土壤水氫氧同位素變化室內實驗[J].農業工程學報，2011.

[10] 陳曦，李志，程立平，等.黃土塬區大氣降水的氫氧穩定同位素特征及水汽來源[J].生態學報，2016，36（1）：98-106.

基金項目：

云南省大學生創新創業訓練計劃項目（S201710677014）

（作者單位：西南林業大學林學院）