基于氢氧同位素技术的流域水源涵养研究进展
发布时间：2021-01-24 13:59
水源涵养有助于拦蓄降水、调节径流,影响着生态系统水文调节、水质净化等功能。在城市化及气候变化的背景下,水资源供需矛盾、水体污染等生态环境问题不断加剧。深入理解流域水源涵养过程、能力及作用是防治上述生态环境问题的基础。随着同位素水文学的发展,同位素技术在水文水资源的研究中的优越性逐渐得到凸显。氢氧同位素是天然示踪剂,在水分溯源、水分滞留时间估算等方面具有独特优势。但相关研究多关注水文过程的某一具体方面,没有形成系统、明确的水源涵养研究框架。为更好地促进氢氧同位素技术在水源涵养研究中的应用,研究总结了应用氢氧同位素技术刻画水源涵养过程、能力和作用的相关研究。从水源涵养的能力估算、过程刻画、水源涵养的"蓝""绿"作用等方面,梳理了基于氢氧同位素技术的水源涵养研究框架,明确了本领域亟待加强的研究方向。研究对于理解流域水源涵养的机理、科学评估水源涵养服务价值等方面具有重要的理论和实践意义。
【文章来源】：生态学报. 2020,40(24)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
Web of Science数据库不同主题文献数量
1 水源涵养内涵根据不同的角度,水源涵养量的估算方法有水量平衡法、蓄水能力法、降水储存量法、年径流量法、地下径流增长法、模型模拟和卫星遥感等[25- 29]。不同估算方法定义的水源涵养内涵存在一定差异(图2)。水量平衡法定义的水源涵养是指收入水分与支出水分的差值,即降水减去径流、蒸散发(图2角标2所示范围),即生态系统内的存余水量,既不包含供给植物水分利用的部分,也不包含补给河道径流的部分。蓄水能力法定义的水源涵养是指冠层、凋落物层和土壤层的持水(图2角标3所示范围)。以土壤层为例,土壤的最大涵养量包含补给河道径流、供给植物利用的部分[30]。降水储存量法定义的水源涵养是指降水减去冠层拦截及蒸散发作用后的水量(图2角标1所示范围),包括补给河道径流或地下水的部分[5, 28]。地下径流增长法定义的水源涵养主要指林地与裸地相比,地下径流增长的部分(图2角标4所示范围)。年径流量法定义的水源涵养主要指林地与裸地相比,地表径流减少的部分(图2角标5所示范围)。可见,不同估算方法其水源涵养的内涵不同。但不管角度如何,水源涵养根本上是一定时间和空间范围内生态系统保持水分的过程和能力[31]。
式中,X表示D或18O,D即2H;δX即表示样品的氢或氧的同位素组成(‰);Rsample表示抽提水中氢或氧的重同位素和轻同位素丰度之比,即18O/16O或D/H;RV-SMOW表示维也纳标准平均海水(Vienna Standard Mean Ocean Water)的18O/16O和D/H 值。基于氢氧同位素技术的水源涵养研究框架如图3所示,通过应用氢氧同位素技术的水分平均滞留时间估算、水分来源识别,明确流域水源涵养能力、过程与作用。水分滞留时间影响着生物地球化学循环过程、污染物的留存等[21, 36]。较长的水分滞留时间意味着水分与不同水源涵养载体接触时间更久、混合程度或化学反应程度更大。因此,基于氢氧同位素技术的水源涵养研究,从传统涵养能力估算向涵养过程和作用刻画转变,有助于水源涵养研究的加强和拓展、水源涵养服务的合理评估以及生态系统不同服务间的联系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2030年闽三角城市群土地利用变化对生态系统水源涵养服务的影响[J]. 王保盛,陈华香,董政,祝薇,邱全毅,唐立娜. 生态学报. 2020(02)
[2]降水与土壤水混合过程的生态水文分离现象及其研究进展[J]. 吕斯丹,宋贤威,温学发. 应用生态学报. 2019(06)
[3]A framework for the regional critical zone classi?cation: the case of the Chinese Loess Plateau[J]. Yihe Lü,Jian Hu,Bojie Fu,Paul Harris,Lianhai Wu,Xiaolin Tong,Yingfei Bai,Alexis J.Comber. National Science Review. 2019(01)
[4]山坡表层关键带结构与水文连通性研究进展[J]. 刘金涛,韩小乐,刘建立,梁忠民,贺瑞敏. 水科学进展. 2019(01)
[5]中国生态系统水源涵养空间特征及其影响因素[J]. 龚诗涵,肖洋,郑华,肖燚,欧阳志云. 生态学报. 2017(07)
[6]水源涵养与水文调节:和而不同的陆地生态系统水文服务[J]. 吕一河,胡健,孙飞翔,张立伟. 生态学报. 2015(15)
[7]北京西山鹫峰地区氢氧稳定同位素特征分析[J]. 邓文平,余新晓,贾国栋,李亚军,刘玉洁. 水科学进展. 2013(05)
[8]稳定同位素在滨海湿地生态系统研究中的应用现状与前景[J]. 冯建祥,黄敏参,黄茜,郭婕敏,林光辉. 生态学杂志. 2013(04)
[9]森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法[J]. 王晓学,沈会涛,李叙勇,景峰. 生态学报. 2013(04)
[10]基于InVEST模型的北京山区森林水源涵养功能评估[J]. 余新晓,周彬,吕锡芝,杨之歌. 林业科学. 2012(10)
本文编号：2997369
【文章来源】：生态学报. 2020,40(24)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
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1 水源涵养内涵根据不同的角度,水源涵养量的估算方法有水量平衡法、蓄水能力法、降水储存量法、年径流量法、地下径流增长法、模型模拟和卫星遥感等[25- 29]。不同估算方法定义的水源涵养内涵存在一定差异(图2)。水量平衡法定义的水源涵养是指收入水分与支出水分的差值,即降水减去径流、蒸散发(图2角标2所示范围),即生态系统内的存余水量,既不包含供给植物水分利用的部分,也不包含补给河道径流的部分。蓄水能力法定义的水源涵养是指冠层、凋落物层和土壤层的持水(图2角标3所示范围)。以土壤层为例,土壤的最大涵养量包含补给河道径流、供给植物利用的部分[30]。降水储存量法定义的水源涵养是指降水减去冠层拦截及蒸散发作用后的水量(图2角标1所示范围),包括补给河道径流或地下水的部分[5, 28]。地下径流增长法定义的水源涵养主要指林地与裸地相比,地下径流增长的部分(图2角标4所示范围)。年径流量法定义的水源涵养主要指林地与裸地相比,地表径流减少的部分(图2角标5所示范围)。可见,不同估算方法其水源涵养的内涵不同。但不管角度如何,水源涵养根本上是一定时间和空间范围内生态系统保持水分的过程和能力[31]。
式中,X表示D或18O,D即2H;δX即表示样品的氢或氧的同位素组成(‰);Rsample表示抽提水中氢或氧的重同位素和轻同位素丰度之比,即18O/16O或D/H;RV-SMOW表示维也纳标准平均海水(Vienna Standard Mean Ocean Water)的18O/16O和D/H 值。基于氢氧同位素技术的水源涵养研究框架如图3所示,通过应用氢氧同位素技术的水分平均滞留时间估算、水分来源识别,明确流域水源涵养能力、过程与作用。水分滞留时间影响着生物地球化学循环过程、污染物的留存等[21, 36]。较长的水分滞留时间意味着水分与不同水源涵养载体接触时间更久、混合程度或化学反应程度更大。因此,基于氢氧同位素技术的水源涵养研究,从传统涵养能力估算向涵养过程和作用刻画转变,有助于水源涵养研究的加强和拓展、水源涵养服务的合理评估以及生态系统不同服务间的联系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2030年闽三角城市群土地利用变化对生态系统水源涵养服务的影响[J]. 王保盛,陈华香,董政,祝薇,邱全毅,唐立娜. 生态学报. 2020(02)
[2]降水与土壤水混合过程的生态水文分离现象及其研究进展[J]. 吕斯丹,宋贤威,温学发. 应用生态学报. 2019(06)
[3]A framework for the regional critical zone classi?cation: the case of the Chinese Loess Plateau[J]. Yihe Lü,Jian Hu,Bojie Fu,Paul Harris,Lianhai Wu,Xiaolin Tong,Yingfei Bai,Alexis J.Comber. National Science Review. 2019(01)
[4]山坡表层关键带结构与水文连通性研究进展[J]. 刘金涛,韩小乐,刘建立,梁忠民,贺瑞敏. 水科学进展. 2019(01)
[5]中国生态系统水源涵养空间特征及其影响因素[J]. 龚诗涵,肖洋,郑华,肖燚,欧阳志云. 生态学报. 2017(07)
[6]水源涵养与水文调节:和而不同的陆地生态系统水文服务[J]. 吕一河,胡健,孙飞翔,张立伟. 生态学报. 2015(15)
[7]北京西山鹫峰地区氢氧稳定同位素特征分析[J]. 邓文平,余新晓,贾国栋,李亚军,刘玉洁. 水科学进展. 2013(05)
[8]稳定同位素在滨海湿地生态系统研究中的应用现状与前景[J]. 冯建祥,黄敏参,黄茜,郭婕敏,林光辉. 生态学杂志. 2013(04)
[9]森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法[J]. 王晓学,沈会涛,李叙勇,景峰. 生态学报. 2013(04)
[10]基于InVEST模型的北京山区森林水源涵养功能评估[J]. 余新晓,周彬,吕锡芝,杨之歌. 林业科学. 2012(10)
本文编号：2997369
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