摘要：氫氧穩(wěn)定同位素作為水分子的組成部分，可以用來描述區(qū)域水循環(huán)，因為他們可以揭示相關(guān)水文過程的信息，包括降水，滲透，蒸發(fā)和蒸騰作用。盡管自然豐度低，但其重同位素對氣候和水文變化敏感。不同水體的穩(wěn)定同位素可用于研究水汽輸送，植物水源和水分利用模式，土壤水輸送和補(bǔ)給機(jī)制，徑流的形成和匯合，補(bǔ)給源和地下水機(jī)制等。因此，穩(wěn)定同位素在水文和氣候研究中很受關(guān)注。水文過程會對內(nèi)陸多山地區(qū)的水資源產(chǎn)生影響。為全面調(diào)查水循環(huán)的重要部分，作者以祁連山為研究對象，于2016年植物生長季（5-9月）采集降水，植物，土壤，河水和地下水。每次降雨事件后采集降水，其他樣品每月采集一次。利用全自動真空冷凝抽提系統(tǒng)（LI-2100）將植物和土壤樣品中的水分提取出來，利用LGR液態(tài)水同位素分析儀DLT-100測量δ18O和δ2H以追蹤干旱山區(qū)水循環(huán)的一系列關(guān)鍵參數(shù)，提取基線信息，以及研究降水和其他水同位素特征的變化。結(jié)果表明：“溫度效應(yīng)”很明顯，說明氣候干燥；表層土壤水δ18O變化很大，深層土壤水趨于相似，隨著土壤深度的增加同位素值逐漸減小。土壤水同位素對降水脈沖的響應(yīng)具有不同邊界。在無降水發(fā)生的月份，檸條主要水源為0-30 cm的土壤水，發(fā)生降水事件時吸收水源則不同?？傊?，穩(wěn)定同位素的研究結(jié)果為認(rèn)識水文過程提供了新的見解，并為了解干旱地區(qū)山區(qū)的水循環(huán)提供了新的手段。
1.本研究的目標(biāo)
（1）與最常用的方法（普通最小二乘法回歸，OLSR)相比，分析不同的大氣降水線回歸的適用性；
（2）不同樣地土壤水同位素剖面變化以及影響因素；
（3）干旱山區(qū)植物如何利用不同深度的土壤水，以及不同樣地同種植物對土壤水的利用是否相同；
（4）降水，河水和地下水的補(bǔ)給以及（5）從同位素視角研究上述水體的關(guān)系。我們從中可以了解不同水體穩(wěn)定同位素特征以及內(nèi)部相互作用，為中國以外類似山區(qū)水循環(huán)過程的研究提供了一個參考。
2.結(jié)果
2.1降水的同位素組成
圖2顯示了利用6種回歸方法（OLSR，MA，RMA，PWLSR，PWMA，PWRMA）擬合的3個樣地的LMWL。斜率差異表現(xiàn)為烏鞘嶺最小，天祝次之，古浪最大。祁連山“降水量效應(yīng)”不顯著，而“溫度效應(yīng)”很明顯（表4）。古浪δ18O和溫度的相對系數(shù)最小，各種回歸之間的斜率差異卻最大。
2.2土壤水的同位素組成
圖3顯示了生長季0-100 cm土壤水的同位素組成以及含水量變化。由于受到蒸發(fā)作用的影響，表層土壤水δ18O富集，變化顯著，而深層土壤趨于穩(wěn)定。隨土壤深度的增加，同位素值逐漸減小。
古浪和天祝同位素值的季節(jié)性變化比烏鞘嶺更顯著，反映了降水同位素信息的變化。古浪和天祝夏季（6-8月）土壤水的δ18O高于其它月份，需要注意的是烏鞘嶺0-70 cm土壤水的δ18O變化顯著，表明了降水滲透到該土壤層。
從圖4可以看出，三個樣地土壤水δ18O和δ2H隨月份變化小，而土壤溫度變化較大，這表明溫度不是影響土壤水同位素的唯一因素，其它因子（例如植物覆蓋率）也發(fā)揮著作用。
2.3地下水和河水的同位素組成
就每個樣地而言，河水和地下水δ18O和δ2H的變化趨勢基本一致，表明兩種水體具有相似的水源（圖6）。在大多數(shù)月份，河水的同位素值高于地下水，這表明河水由于暴露于空氣中而蒸發(fā)更多。河水和地下水樣品中有交叉點，這表明了水交換和相互供應(yīng)的關(guān)系（古浪和天祝的交點發(fā)生在6月，烏鞘嶺在8月）。
2.4植物水分吸收模式
不同月份，同一植物的水分吸收模式是有差異的。根據(jù)平均值和50%四分位，古浪（圖10）檸條吸收的主要水源為30–70 cm（5月）， 0–30 cm（6月），70–100 cm（7月），0–30 cm（8月），和0–30 cm（9月）土層。
烏鞘嶺（圖11）8月無降水發(fā)生，主要水源為0-30 cm土層，與古浪相似。其它月份，雖然有幾次降水發(fā)生，每個月水源也是不同的：5月為0-30 cm土層，6月每個土層比例相似，7月采樣前1天發(fā)生降水事件，9月70-100 cm土層。
在無降水發(fā)生的月份，天祝（圖12）與上述其它兩個樣地結(jié)果一致。其它月份，水分吸收模式發(fā)生了變化。5月發(fā)生了1次降水事件，每個水源對植物的貢獻(xiàn)率相似，6月對0-30 cm土層的吸收比例增加了。7月發(fā)生了6次降水事件，每個水源對植物的貢獻(xiàn)率相似，但是在9月，發(fā)生5次降水事件，植物吸收水源主要為0-30 cm土層。
結(jié)論：在三個樣地，“溫度效應(yīng)”是明顯的，表明了蒸發(fā)富集。6種回歸方法（OLSR，MA，RMA，PWLSR，PWMA，PWRMA）的斜率差異表現(xiàn)為烏鞘嶺最小，天祝次之，古浪最大。表層土壤水δ18O的變化很大，深層土壤水δ18O趨于相似。隨著土壤深度的增加，同位素值逐漸變小。δ18O和δ2H隨月份變化很小，而土壤溫度變化明顯，這表明溫度并不是影響土壤水同位素的唯一因素。不同樣地土壤水同位素對降水的響應(yīng)不同，且他們的土壤層邊界是不同的，烏鞘嶺的土壤層邊界為表層以下20 cm和60 cm，而天祝為40 cm。河水和地下水的δ18O和δ2H變化的一致性表明其水源相似。這兩個水體之間的相似性表明了水的交換過程。3個樣地降水，河水和地下水之間的關(guān)系是有差異的。烏鞘嶺和天祝的河水與地下水的水力聯(lián)系強(qiáng)于古浪。利用3個樣地相同植物種（檸條）木質(zhì)部的同位素數(shù)據(jù)結(jié)合IsoSource模型的結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著月份和樣地的變化植物水分利用模式會發(fā)生變化，但是在無降水月份中，不同樣地之間水分利用模式是相同的，即植物依賴于0-30 cm的土壤水。
Water Stable Isotopes in an Alpine Setting of the Northeastern Tibetan Plateau.pdf