基于氢氧同位素的沙丘-草甸地不同植被水分利用的定量表达与差异性分析

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:boysunshine20xy
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研究科尔沁沙地沙丘-草甸地不同植被的水分利用特征,可为科尔沁沙地水资源的利用与保护、当地生态的恢复等提供科学依据。本文以流动沙丘裸地、半流动沙丘差巴嘎蒿、草甸地芦苇、草甸地玉米作为研究对象,利用氢氧同位素技术研究沙丘-草甸地不同植被的降水、地下水、土壤水和植物水的氢氧同位素特征,结合多元线性混合模型,系统定量阐明不同植被在整个生长期的水分利用效率以及连续降雨下降水对不同层位土壤水的贡献率、不同植被的水分利用效率等,主要研究成果如下:(1)本文根据2020年5-10月采集的降水同位素数据做出研究区大气降水方程线(LMWL):δD=7.85δ18O+18.91(R~2=0.934)。降水δD值介于-128.87‰~-10.39‰,降水δ18O值介于-16.70‰~-7.67‰,与全球大气降水方程线相比,研究区的降水方程线斜率较小,说明研究区降雨量较小且蒸发强烈,截距高,表明研究区局地水汽再循环影响强烈。(2)不同水体同位素波动范围:大气降水>差巴嘎蒿土壤水>芦苇土壤水>玉米土壤水>差巴嘎蒿茎干水>芦苇茎干水>玉米茎干水>半流动沙丘地下水>草甸地地下水。氢氧同位素平均值的大小为:土壤水>大气降水>茎干水>地下水。土壤水补给不同植被的植物水,大气降水补给土壤水与地下水,土壤水线的斜率与截距小于大气降水方程,表明土壤水受二次蒸发显著。半流动沙丘土壤水分蒸发线的截距和斜率都大于草甸地,说明半流动沙丘的土壤水分蒸发较草甸地更强烈,同时说明半流动沙丘土壤水分运动比草甸地更快,蒸发分馏作用更强。(3)由多元线性混合模型定量分析得出,半流动沙丘差巴嘎蒿在5、6月份主要利用浅中层土壤水(40~80cm与0~40cm),利用率分别为34.40%和20.20%;7、8月利用中层土壤水(80~120cm),利用率分别为44.00%和21.00%;9、10月利用深层土壤水(120~160cm与160~200cm),利用率分别为31.60%和33.00%。草甸地芦苇利用0~20cm浅层土壤水,5-10月利用率分别为69.70%、37.60%、43.10%、45.20%、64.40%、76.70%,只有在6月对地下水的利用率较大,同时在7月与8月大量利用深层土壤水(40~80cm),利用率分别为:44.70%、41.70%。草甸地玉米,对相同层位不同月份土壤水利用率的加权平均计算,得出各层位的利用率分别为:23.05%、22.68%、23.28%、22.18%。对于浅层土壤水(0~20cm)的利用率,芦苇>玉米>差巴嘎蒿。(4)连续降雨情况下,在降雨1天后,不同植被均吸收浅层土壤水,差巴嘎蒿主要吸收0~40cm的土壤水,利用率为27.70%;芦苇主要吸收0~10cm的土壤水,利用率为42.30%;玉米主要利用浅层土壤水(0~10cm),利用率为71.90%。同时在连续降雨情况下,差巴嘎蒿的浅层土壤含水率(0~20cm)存在显著差异性,芦苇的浅层土壤含水率(0~10cm)与深层土壤含水率(40~80cm)存在显著差异性,玉米各层位土壤含水率不存在显著差异性。(5)连续降雨情况下,不同植物土壤水δ18O值与δD值的波动范围从大到小为:流动沙丘裸地>半流动沙丘差巴嘎蒿>草甸地玉米>草甸地芦苇。半流动沙丘及草甸地的显著性差异均出现在浅层土壤中(0~40cm)。它们之间不同的是半流动沙丘差巴嘎蒿浅层土壤水δD值、δ18O值在雨前与雨后的1天、3天、5天均存在显著性差异,而草甸地玉米和芦苇土壤水δ18O值仅在雨前与雨后的1天存在显著性差异,土壤水δD值在芦苇和玉米之间均不存在显著性差异。(6)连续降雨下,降雨对土壤水的贡献率随采样天数增加逐渐降低。雨后1、3、5天对差巴嘎蒿0~80cm土壤水的贡献率分别为19.45%、14.64%、11.41%;雨后第1、3、5天降雨对玉米0~20cm表层土壤水的贡献率分别为15.60%、5.61%、1.03%;雨后第1、3、5天降雨对芦苇0~20cm表层土壤水的贡献率分别为14.27%、2.03%、0%。降雨对雨后1、3、5天浅层土壤水(0~20cm)的贡献率由大到小排列为:差巴嘎蒿(11.40%-18.01%)>玉米(1.03%-15.60%)>芦苇(2.03%-14.27%)。
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