祁连山区不同水体中稳定氢、氧同位素相互关系及其水文过程研究

The stable hydrogen and oxygen isotopes in different types of water are one of the leading edges and hot topics in global change research. Restricted by the extractive technique, analysis method and sampling procedure, the previous study on relationships of stable isotopes among different types of water in the mountainous regions of China is still limited. In order to investigate the stable hydrogen and oxygen isotopes in the high-altitude Qilian Mountains, the event-based precipitation can be sampled in 10 national meteorological stations at the mountainous regions, and river water, ground water, soil and plant samples are also intended to be collected with high resolution and long term. These samples can be analyzed for 18O/16O and D/H using liquid water isotope analyzer model DLT-100, with the help of plant and soil water vacuum extraction system model LI-2000. This research aims for improving the understanding on the spatio-temporal distribution and interrelation of the stable isotope among different types of water (precipitation, river water, ground water, soil water and plant water) as well as the internal hydrological process, which is a potential contribution to the regional water cycle and global change research.

不同水体中稳定氢、氧同位素研究是全球变化研究的前缘和热点之一。由于受水分提取技术、分析测试手段和样品采集条件等的限制，我国山区不同水体中稳定氢、氧同位素相互关系及其水文过程研究非常薄弱。本项研究拟以祁连山为研究区域，依托分布于祁连山区的10个国家地面气象观测站收集降水样品，并通过高密度和长时间同期采集河水、地下水、土壤和植物样品，利用LI-2000植物土壤水分真空抽提系统提取土壤和植物中的水分，通过DLT-100液态水同位素分析仪测量样品中的18O/16O和D/H同位素的比率，进行祁连山区降水、河水、地下水、土壤水和植物水等不同水体中稳定氢、氧同位素时空分布特征及其相互关系的研究。旨在搞清祁连山区不同水体中稳定氢、氧同位素的时空分布规律、相互关系及其反映的水文过程，为区域水循环过程和全球变化研究做出贡献。

水循环是水文水资源研究的一个根本问题，而稳定同位素D（2H）和18O作为水分子的组成要素，是描述水循环演化历史的理想天然示踪剂，在全球与区域气候水文研究方面具有重要价值。祁连山是亚洲内陆著名的高大山系之一，水资源问题是干旱半干旱地区发展的限制因子，对于山区而言水的重要性更是不言而喻。本项目依托祁连山区的10个国家地面气象观测站收集降水样品，并同时采集河水、地下水、植物和土壤样品，进行不同水体稳定氢氧同位素分析，旨在明确祁连山区不同水体稳定同位素时空分布规律、相互关系及水文过程，为区域水循环过程和全球变化研究做出贡献。项目完成了预定目标，取得如下主要成果：（1）基于祁连山区10个气象台站的降水氢氧同位素实测资料，系统分析了降水同位素的区域差异和季节变化，研究了影响降水同位素的空间和气象因素。（2）基于降水稳定同位素辨析了祁连山区的水汽来源，并评估了再循环水汽贡献，得到月尺度的贡献率在0%至14.11%之间。（3）对土壤水、河水和地下水稳定同位素基本特征进行了分析，并研究了其在河水和地下水相互转化以及补给来源等方面的指示意义。（4）对比了不同稳定同位素混合模型用于评估植物水分来源贡献率的差异，并选用MixSIAR模型对祁连山区10个采样点的植物水源贡献进行了分析，反映了不同区域的水分竞争关系。（5）测试了“生态水文分离假说”在祁连山区的适用性，表明对于稳定同位素是否可以作为土壤水生态水文分离的指示剂还需要更精确的采样手段验证。