基于环境同位素的黄土高原白草塬土壤水分特征及其影响因素研究

摘要

黄土高原严重的土壤侵蚀对人们赖以生存的生态环境造成严重的破坏，进而制约着区域经济发展。为此，国家开展了退耕还林还草等大量水土保持工作，导致黄土塬区的土地利用方式近年来发生了巨大的变化，进而影响水循环机制。因此，土地利用变化引起的水文效应备受关注。在此背景下，具体分析水循环中间环节的土壤水分特征与土地利用的关系，将为水资源管理和生态建设提供重要的参考依据。
　　本研究以黄土高原白草塬为研究区域，测定塬区降水和土壤水分的同位素和水化学组成，研究了白草塬土壤水分特征，并分析了其影响因素。通过对大气降水氢氧稳定同位素组成和降水水汽气团后向回溯轨迹分析，探讨塬区不同月份的水汽来源及变化特征，进而为研究区域水文效应提供依据;分析不同土地利用方式土壤水分及其同位素特征，探讨土壤水分运动情况;分析土地利用变化产生的水文效应，并利用CMB法量化土壤水分深层渗漏，揭示土地利用变化对土壤水分的影响。本研究主要有如下结论:
　　1、阐明了白草塬区降水的氢氧同位素特征及水汽来源。降水氢氧稳定同位素特征在全年范围内变化幅度较小，δD和δ18O除大降雨事件外基本不存在温度效应和降雨量效应。对大气降水线、氘盈余和水汽气团后向回溯轨迹综合分析，塬区夏秋季有多种水汽来源，主要为西风带环流、东南亚季风和大陆内循环等输送的水汽，而春冬季主要为西风带环流输送的水汽。
　　2、探讨了不同利用方式土壤水分及其同位素特征。土壤水分氢氧稳定同位素组成主要位于塬区大气降水线右下侧，降水在浅土壤层与老水发生混合作用，并受蒸腾蒸发作用而富集。对比降水和土壤水同位素组成特征，土壤水分主要受夏秋季降水补给。不同利用方式土壤水分的δD和δ18O剖面分布特征及其Cl-浓度具有差异性，土地利用变化对土壤水分运动具有重要影响。
　　3、揭示了土地利用变化对土壤水分的影响。不同利用方式对土壤水分的影响程度和深度不同，6种土地利用方式0～10m平均含水量表现为:农地＞荒草地＞苜蓿地＞杏林地＞杏林柠条间作地＞杏林苜蓿间作地，苜蓿地与荒草地的影响集中在0～5 m，而包含杏树类利用方式对土壤水分的影响向深层推进甚至贯穿整个剖面。土地利用变化造成土壤水分储水量减少和干燥化现象严重，形成了深厚的土壤干层。农地转变为其他利用方式后深层土壤水分入渗速率变化幅度不大，但塬区降雨量少、土壤水分下渗缓慢以及土壤干层严重削弱了土壤水分入渗到深土壤层以及地下水的可能性。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景与依据

1．2 国内外相关研究概况与进展

1．2．1 土壤水分人渗补给地下水机理

1．2．2 评价降水-土壤水-地下水的转化方法

1．2．3 土壤水分人渗补给地下水的影响因素

1．3 研究目的与研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第二章 研究区域概况与资料方法

2．1 研究区域概况

2．2 环境样品和数据采集

2．2．1 降水和气象数据的收集

2．2．2 土壤样品的采集

2．3．1 土壤水的测定及计算分析

2．3．2 氯离子测定及计算分析

2．3．3 氢氧同位素的测定分析

2．4 数据处理及制图

2．5 技术路线

第三章 白草塬区大气降水同位素特征及水汽来源

3．1 大气降水同位素组成变化特征

3．2 降雨量效应和温度效应

3．3．1 塬区大气降水线

3．3．2 氘盈余

3．4 基于HYSPLIT模型的气团后向回溯轨迹

3．5 本章小结

第四章 塬区土壤水分及其同位素特征

4．1 土壤水分总体特征

4．2 土壤水同位素特征

4．3 土壤水分同位素的剖面分布

4．4 土壤水分氯离子浓度变化

4．5 本章小结

第五章 土壤水分对土地利用变化的响应

5．1 土地利用变化对土壤水分的影响

5．2 土地利用变化对土壤储水量的影响

5．3 土地利用变化对土壤干燥化程度的影晌

5．4 不同利用方式下深层土壤水分渗漏

5．5 本章小结

第六章 展望与总结

6．1 主要结论

6．2 存在问题与未来展望

参考文献

致谢

作者简历