额济纳三角洲河岸带胡杨和柽柳水分来源划分研究

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额济纳三角洲位于我国第二大内陆河黑河的下游,是我国西北地区的重要生态屏障。该区降水稀少,蒸发强烈,植被主要分布在河岸带及尾间湖岸。自2000年黑河下游实施生态输水工程以来,额济纳三角洲的河道流量、河道过水时间、地下水埋深、河水补给土壤水和地下水等一系列水文过程均发生了显著的变化,额济纳绿洲尤其是河岸带植被得到不同程度恢复。但黑河下游额济纳三角洲的生态用水与黑河中上游日益增长的社会经济用水产生矛盾,急需通过提高水资源利用效率和实现水资源的优化配置,解决水资源短缺问题。而额济纳三角洲植物水分来源的研究,可为生态用水提供直接证据,因此成为干旱区生态水文研究的热点之一。但前人的研究并未涉及植物水分来源的动态变化规律研究,使得我们无法系统认识植物水分利用对水源变化的响应。  为研究黑河下游额济纳三角洲河岸带胡杨与柽柳的水分来源及其时空变化规律,本研究考虑水源条件差异等,在额济纳东、西河沿岸选取8处样点,开展土壤质地剖面调查、植被调查和水文调查,于2015年的植物生长期7~9月及2016年6~9月,分别采集各样点胡杨和柽柳木质部样品、依据土壤质地划分的分层土壤样品以及河岸带和非河岸带地下水样品;在2015年6月~2016年9月采集该地区降水、河水样品;低温真空抽提获取土壤和植物木质部水分样品,与降水、河水和地下水一起,经过滤后,利用液态水同位素分析仪测试,获取各样品的δ2H、δ18O数据序列;利用光污染校正曲线对植物木质部水分样品的δ2H、δ18O结果进行校正;基于植物木质部水分的δ2H、δ18O与土壤水的δ2H、δ18O,利用氧同位素直接比较法确定植物主要吸水层位;土壤水氢氧同位素相对地区大气降水线的差值lc-excess用于判断植物吸水层位是否受蒸发影响,从而确定是否可定量补给水源贡献率;利用IsoSource线性混合模型定量各层土壤对植物水分的贡献率,以及各补给水源对各层土壤的贡献率,进而得到各补给水源对植物水分的贡献率,并分析植物水分来源的时空变化规律。本研究为面向绿洲生态保育和提高水资源利用效率的生态输水方案制定提供了生态用水的依据。主要结论如下:  (1)额济纳三角洲河岸带胡杨和柽柳的主要吸水层位平均为100cm埋深至饱和土壤层的范围,但吸水层位存在显著的空间差异,河水漫溢使植物吸水层位上边界变浅,较粗的浅层土壤质地使得植物吸水层位上边界变深,吸水层位下边界主要受地下水位波动的影响。  (2)利用“lc-excess”在土壤剖面的分布特征,将土壤剖面划分为lc-excess剧烈变化的蒸发渗透带(EP,Evaporation penetration)和lc-excess在0值附近小幅波动的优先补给带(PR,Prefenrential recharge);EP带土壤水经历强烈同位素分馏,无法定量补给水源对其贡献率;PR带土壤水氢氧同位素受蒸发影响较小,可定量补给水源对PR带土壤水乃至对胡杨和柽柳水分的贡献率。  (3)不同埋深的土壤含水量对降水的响应表明,该地区降水入渗的深度在0~40cm范围内,胡杨和柽柳几乎不利用该范围内的土壤水,因此降水因水量少且入渗深度浅,对胡杨和柽柳的贡献率可忽略;河水和地下水对胡杨贡献率分别为68%和32%,对柽柳的贡献率分别为35%和65%,且河水对胡杨和柽柳贡献率在输水期增大,地下水贡献率在非输水期增大。河水对胡杨和柽柳的贡献率在东河沿岸略高于西河沿岸;河水贡献率在河流上、中、下游略有差异,但空间差异并不显著。  (4)河岸带地下水与河水交互作用强烈使得二者的δ18O值较为接近,给基于氢氧同位素的植物水分来源定量带来干扰,有待通过提高采样代表性和测试精度以及优化模型等实现精准定量。
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