青海湖沙柳河流域土壤水氢氧稳定同位素组成与土壤贮水量关系

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00053

摘要/Abstract

摘要：

氢氧稳定同位素技术和土壤贮水量是探究区域土壤水分特征的有效手段。基于青海湖沙柳河流域土壤水氢氧稳定同位素组成（δ²H和δ¹⁸O）和土壤贮水量数据，分析其在流域的空间分布特征，探讨土壤水氢氧稳定同位素组成和土壤贮水量之间的相关性。结果表明：（1）沙柳河流域土壤水δ¹⁸O值从西北向东南呈现富集—贫化—富集的趋势；土壤水d-excess值在流域南部最低，在流域东北部支流上游地区最高。（2）土壤贮水量在流域空间分布上表现为北高南低的趋势。（3）土壤水δ¹⁸O值、d-excess值与土壤贮水量间存在分段线性关系。当0—30 cm各土层土壤贮水量≤30 mm时，各土层土壤贮水量与土壤水δ¹⁸O值分别显著负相关、与d-excess值显著正相关。青海湖沙柳河流域自然地理环境和植被特征的空间差异导致其土壤水氢氧稳定同位素组成和土壤贮水量表现出明显的空间变异性。温度变化对土壤水氢氧稳定同位素组成与土壤贮水量之间的相关性影响是通过其对土壤蒸发作用的影响来实现的。

关键词: 土壤水, 氢氧稳定同位素组成, 土壤贮水量, 青海湖, 沙柳河流域

Abstract:

Hydrogen and oxygen stable isotope technology and soil water storage are both effective means to explore regional soil moisture characteristics. Based on the data of hydrogen and oxygen stable isotopic composition of soil water （δ²H and δ¹⁸O） and soil water storage in Shaliu River Basin of Qinghai Lake， this paper analyzes the spatial distribution characteristics of soil water in the basin， and discusses the correlations between hydrogen and oxygen stable isotopic composition of soil water and soil water storage. The results show that：（1） The δ¹⁸O value of soil water in the Shaliu River Basin shows a trend of enrichment-dilution-enrichment from the northwest to the southeast； The d-excess value of soil water is the lowest in the southern part of the basin， and the highest in the upper reaches of the tributary in the northeastern part of the basin. （2） During the study period， the spatial distribution of soil water storage in the basin showed a trend of high in the north and low in the south. （3） There is a piecewise linear relationship between soil water δ¹⁸O value， d-excess value and soil water storage. When the soil water storage in each soil layer of 0-30 cm is less than or equal to 30 mm， the soil water storage of each soil layer has a significant negative correlations with the δ¹⁸O value of soil water， and a significant positive correlations with the d-excess value. The spatial difference of the natural geographical environment and vegetation characteristics in the Shaliu River Basin of Qinghai Lake leads to obvious spatial variability in the stable isotope composition of hydrogen and oxygen in soil water and soil water storage. The effect of temperature change on the correlations between the hydrogen and oxygen stable isotope composition of soil water and soil water storage is realized through its effect on soil evaporation.

Key words: soil water, hydrogen and oxygen stable isotope compositions, soil water storage, Qinghai Lake, Shaliuhe River Basin

中图分类号:

S153

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图/表 9

图1 研究区概况及土壤水采样点分布

Fig.1 Location of the study region and distribution of soil water sampling points

图2 2020年9月沙柳河流域气温（T）、归一化植被指数（NDVI）、月降水量（P）、月蒸散发量（ET）、月降水量与蒸散发量差值（P-ET）分布图

Fig.2 Distribution map of temperature （T）， Normalized Vegetation Index （NDVI）， monthly precipitation（P）， monthly evapotranspiration （ET）， difference between monthly precipitation and evapotranspiration （P-ET） in the Shaliu River Basin in September 2020

图3 2020年9月沙柳河流域土壤水δ18O值的空间分布

Fig.3 Spatial distribution of δ18O soil water in the Shaliu River Basin in September 2020

图4 2020年9月沙柳河流域土壤水d-excess值的空间分布

Fig. 4 Spatial distribution of d-excess values in soil water in the Shaliu River Basin in September 2020

图5 2020年9月沙柳河流域土壤剖面土壤贮水量（SWS）的空间分布

Fig.5 Spatial distribution of soil water storage in soil profile in Shaliu River Basin in September 2020

图6 沙柳河流域土壤贮水量和土壤水δ18O值、d-excess值之间的关系

Fig.6 The relationship between soil water storage and soil water δ18O and d-excess values in the Shaliu River Basin

图7 沙柳河流域不同海拔带及全流域土壤水δ18O、d-excess值、土壤贮水量（SWS）与环境因子（NDVI，植被指数；ET，蒸散发；P，降水；T，气温；Al，海拔）的相关关系**表示通过P<0.01的显著性检验；*表示通过P<0.05的显著性检验

Fig.7 Correlations between soil water δ18O， d-excess value， soil water storage and environmental factors in different height zones 3 200-3 500 m （A）， 3 500-3 800 m （B）， 3 800-4 200 m（C）， and the whole basin （D） in the Shaliu River Basin

表1 2020年9月沙柳河流域土壤贮水量（ SWS ）与不同环境因子（ Al，海拔； T，气温； P，降水； ET，蒸散发； NDVI，植被指数）之间的相关性

Table 1 Correlations between soil water storage and different environmental factors in the Shaliu River Basin in September 2020

SWS	Al	T	P	ET	NDVI	δ¹⁸O	d-excess
0—10 cm， SWS≤30 mm	0.60^**	-0.70^**	0.30	0.29	0.12	-0.34^*	0.58^**
10—20 cm， SWS≤30 mm	0.43^**	-0.52^**	0.18	0.05	0.10	-0.53^**	0.63^**
20—30 cm， SWS≤30 mm	0.42^**	-0.48^**	0.28	0.21	0.09	-0.39^**	0.58^**
0—30 cm， SWS≤100 mm	0.56^**	-0.65^**	0.35^*	0.09	0.19	-0.64^**	0.77^**

表2 2020年9月沙柳河流域气温垂直递减率与土壤储水量的关系 (℃/100m)

Table 2 Relation of soil water storage to vertical decrease rate of temperature in Shaliu River Basin in September 2020

土壤储水量（SWS）	土层/cm
土壤储水量（SWS）	0—10	10—20	20—30
≤30 mm	0.79	0.81	0.79
≥30 mm	0.54	0.51	0.53

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