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基于双稳定同位素和MixSIAR模型的冬小麦根系吸水来源研究 被引量：23
1
作者 杜俊杉 马英 +4 位作者 胡晓农 童菊秀 张宝忠 孙宁霞 高光耀 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第18期6611-6622,共12页
灌溉和施肥措施对农田水文循环具有重要影响,根系吸水是联系植物蒸腾和土壤水分运动的关键水文过程,定量识别灌溉施肥影响下作物根系吸水来源对农业用水优化管理具有重要意义。氘氧稳定同位素(D和18O)是追溯农田水分运移过程的理想天然... 灌溉和施肥措施对农田水文循环具有重要影响,根系吸水是联系植物蒸腾和土壤水分运动的关键水文过程,定量识别灌溉施肥影响下作物根系吸水来源对农业用水优化管理具有重要意义。氘氧稳定同位素(D和18O)是追溯农田水分运移过程的理想天然示踪剂。基于2013—2015年北京市典型农田不同灌溉施肥处理冬小麦水分运移试验,利用D和18O双稳定同位素和MixSIAR贝叶斯混合模型,量化冬小麦主要根系吸水深度及其贡献比例,阐明作物水分来源的季节变化及不同处理间的差异,分析根系吸水与土壤水分分布变化的相互关系。研究结果表明:两季冬小麦返青-拔节、拔节-抽穗、抽穗-灌浆和灌浆-收获期主要根系吸水深度均值分别为0—20 cm(67.0%)、20—70 cm(42.0%)、0—20 cm(38.7%)和20—70 cm(34.9%),但季节变化差异显著,2014季主要吸水深度随作物的生长发育而逐渐增加,2015季则主要集中于浅层土壤(0—70 cm)。返青-抽穗期仅灌水20 mm或施肥105 kg/hm2N促使拔节-抽穗期深层(70—200 cm)土壤水分利用率平均增加29%,而前期充分灌水且大量施肥(≥当地施肥量210 kg hm-2N)时拔节-抽穗期根系吸水深度为土壤表层0—20 cm。在干旱少雨的冬小麦生长季内作物吸水来源与土壤水分消耗变化基本一致。 展开更多
关键词 双稳定同位素 根系吸水 mixsiar模型 灌溉施肥处理 冬小麦
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MixSIAR和IsoSource模型解析植物水分来源的比较研究 被引量：22
2
作者 曾祥明 徐宪立 +3 位作者 钟飞霞 易汝舟 徐超昊 张耀华 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第16期5611-5619,共9页
选取西南喀斯特地区次生林中主要优势植物刺楸(Kalopanax septemlobus(Thunb.)Koidz.)、香椿(Toona sinensis)和化香(Platycarya strobilacea Sieb.et Zucc.)为研究对象,通过对不同土壤深度的土壤水、泉水、雨水和植物采样,利用氢氧稳... 选取西南喀斯特地区次生林中主要优势植物刺楸(Kalopanax septemlobus(Thunb.)Koidz.)、香椿(Toona sinensis)和化香(Platycarya strobilacea Sieb.et Zucc.)为研究对象,通过对不同土壤深度的土壤水、泉水、雨水和植物采样,利用氢氧稳定同位素技术,借助IsoSource和MixSIAR两种模型分析植物水分来源,通过直接相关法判断植物主要吸水源来衡量两种模型的适用性。结果表明,降雨δ^18O值在3月—6月偏正,在6月—8月数据偏负,存在明显的季节变化。在春季不同土壤层土壤水δ^18O值土壤深度增加而降低,夏季呈现相反的规律。基于IsoSource和MixSIAR模型计算植物不同水分来源比例时存在一定差异。基于直接相关法定性分析植物水分来源表明MixSIAR模型计算结果可靠性高于IsoSource模型。基于均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)进行模型评价,结果显示出MixSIAR模型的RMSE结果小于IsoSource模型,表明利用MixSIAR模型计算植物对各水源的利用比例适用性高于IsoSource模型。本文结果有助于在解析植物水分来源时为模型的选择提供参考。 展开更多
关键词 喀斯特 氢氧稳定同位素 水分来源 IsoSource模型 mixsiar模型 生态水文
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MixSIAR和IsoSource模型对比分析天山北坡不同灌木的夏季水分来源 被引量：5
3
作者 李红梅 巴贺贾依娜尔·铁木尔别克 +3 位作者 常顺利 古丽哈娜提·波拉提别克 张毓涛 李吉枚 《干旱区研究》 CSCD 北大核心 2023年第3期445-455,共11页
本研究旨在为量化植物水分来源选取模型时提供一定参考。结合氢氧稳定同位素技术量化植物水分来源的常用方法主要有MixSIAR模型和IsoSource模型,不同模型的量化结果各不相同,存在差异,择优选取模型对减少结果的不确定性具有重要意义。... 本研究旨在为量化植物水分来源选取模型时提供一定参考。结合氢氧稳定同位素技术量化植物水分来源的常用方法主要有MixSIAR模型和IsoSource模型,不同模型的量化结果各不相同,存在差异,择优选取模型对减少结果的不确定性具有重要意义。本文以天山北坡山前灌木带两种优势树种黑果栒子(Cotoneaster melanocarpus)和异果小檗(Berberis heteropoda)为研究对象,分别于2019年和2021年7—9月测定了植物木质部水和潜在环境水源的稳定氢氧同位素组成,运用MixSIAR和IsoSource模型分别量化植物水分来源,对比分析两种模型的计算结果,根据均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和参数R对模型量化结果进行评价。结果表明:(1)两种模型对植物主要潜在水源的量化结果存在差异,造成差异的原因与两种模型的计算原理不同有关。(2)两模型量化得到植物主要潜在水源一致的前提下,IsoSource模型量化的结果数值大于MixSIAR模型。(3)通过RMSE与参数R的结果均表明本研究中IsoSource模型对植物水源量化结果的准确性高于MixSIAR模型,可能与异果小檗和黑果栒子水源差异较大有关,MixSIAR模型可能在量化植物水源相似度较高的情况精确度更高。 展开更多
关键词 氢氧稳定同位素 水分来源 mixsiar模型 IsoSource模型 天山北坡
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水稻田垂直剖面土壤稀土元素来源解析及生态风险评价——基于锶钕同位素示踪结合MixSIAR模型 被引量：4
4
作者 曹劼 闫钰 +5 位作者 于瑞莲 翁铂森 胡恭任 崔建勇 颜妍 黄华斌 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期3002-3012,共11页
为研究水稻田垂直剖面土壤中稀土元素的来源及生态风险,采集了福建省东南部地区3个水稻田垂直剖面土壤及周边潜在源样品,分析测定垂直剖面土壤和潜在源中稀土元素含量及锶钕同位素组成.在垂直剖面土壤和潜在源稀土元素含量、地球化学特... 为研究水稻田垂直剖面土壤中稀土元素的来源及生态风险,采集了福建省东南部地区3个水稻田垂直剖面土壤及周边潜在源样品,分析测定垂直剖面土壤和潜在源中稀土元素含量及锶钕同位素组成.在垂直剖面土壤和潜在源稀土元素含量、地球化学特征定性分析垂直剖面土壤中稀土元素来源的基础上,利用锶钕同位素结合MixSIAR模型定量计算各潜在源对垂直剖面土壤中稀土元素的具体贡献,将潜在生态风险评价与MixSIAR模型计算贡献率结果相结合,得出潜在源对垂直剖面土壤中稀土元素综合潜在生态风险的贡献.结果表明,P1垂直剖面土壤中稀土元素主要来源于土壤母质层,稀土元素达到中等生态风险水平;P2垂直剖面土壤中稀土元素受化肥影响较大,浅层土壤中稀土元素生态风险大于深层土壤;P3垂直剖面土壤中稀土元素受多种因素综合影响,稀土元素生态风险较小.垂直剖面土壤中稀土元素生态风险受人为因素影响的同时自然来源也不可忽视. 展开更多
关键词 锶钕同位素 mixsiar模型 稀土元素 垂直剖面土壤 生态风险
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海峡西岸典型城市大气降尘稀土元素生态风险及来源--基于钕同位素MixSIAR模型解析 被引量：2
5
作者 李依鸿 于瑞莲 +2 位作者 张瑞琦 胡恭任 颜妍 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期5663-5670,共8页
为了探明海峡西岸典型城市大气降尘中稀土元素生态风险及其来源贡献,在泉州市不同功能区设置了15个采样点位,对大气降尘样品和主要潜在污染源样品进行采集和分析.采用潜在生态风险指数对稀土元素的风险进行评价,采用Nd同位素MixSIAR模... 为了探明海峡西岸典型城市大气降尘中稀土元素生态风险及其来源贡献,在泉州市不同功能区设置了15个采样点位,对大气降尘样品和主要潜在污染源样品进行采集和分析.采用潜在生态风险指数对稀土元素的风险进行评价,采用Nd同位素MixSIAR模型进行定性分析和定量计算.结果表明,海峡西岸典型城市降尘稀土元素的潜在生态风险指数整体处于低风险等级,Lu元素在部分点位处于中风险,工业区、商业区及交通繁忙区个别采样点潜在风险指数相对较高.εNd(0)vs Eu/Eu*和εNd(0)vsΣREEs关系图解显示,大气降尘样品中稀土元素受自然源以及汽车尾气尘、燃煤热电厂飞灰、水泥厂飞灰等局地人为排放的影响较大.利用Nd同位素(^(143)Nd/^(144)Nd)MixSIAR模型计算出各潜在源的相对贡献率,泉州市大气降尘中稀土元素受土壤母质层(24.0%~40.9%)影响较大,其次是汽车尾气尘(20.7%~33.3%)和燃煤尘(21.1%~29.0%),受水泥厂飞灰(13.7%~20.0%)影响相对较小. 展开更多
关键词 大气降尘 稀土元素 生态风险 Nd同位素示踪 mixsiar模型
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基于贝叶斯模型MixSIAR的不同水同位素输入方法对苹果园吸水特征分析结果的影响 被引量：2
6
作者 路晨曦 徐漫 +4 位作者 石学瑾 赵成 陶泽 李敏 司炳成 《植物生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期238-248,共11页
准确量化浅、中、深3层土壤水源对植物根系吸水的贡献是明确植物水分利用策略的前提。为探究同位素混合模型MixSIAR中不同水同位素输入方法对预估植物水分来源的影响,该研究于2019年5-9月在陕西长武塬区对7年和18年苹果园共进行5次土壤... 准确量化浅、中、深3层土壤水源对植物根系吸水的贡献是明确植物水分利用策略的前提。为探究同位素混合模型MixSIAR中不同水同位素输入方法对预估植物水分来源的影响,该研究于2019年5-9月在陕西长武塬区对7年和18年苹果园共进行5次土壤和植物木质部取样,测定对应样品水同位素比值(δ2H、δ^(18)O)和土壤含水量,并分别利用基于单同位素(2H、^(18)O)、双同位素(2H&^(18)O)和经木质部氢同位素校正后双同位素(2H(+8.1)&^(18)O)输入的MixSIAR模型计算了根区不同土层(0-0.4、0.4-2、>2 m根系深度)土壤水对苹果(Malus pumila)树根系吸水的贡献率。结果表明:与2H单同位素方法相比,利用^(18)O单同位素方法得到的2 m以下深层土壤水的贡献率更低,而表层(0-0.4 m)土壤水的贡献率更高,且更接近于2H(+8.1)&^(18)O同位素方法。与2H&^(18)O双同位素方法相比,利用2H(+8.1)&^(18)O方法得到的表层土壤水的贡献率在表层土壤水同位素值富集时较高,在表层土壤水同位素值贫化时较低。苹果树木质部氢同位素校正后更靠近于土壤水同位素所在的蒸发线,因而相比于2H和2H&^(18)O,^(18)O和2H(+8.1)&^(18)O分析方法更符合根系吸水过程同位素质量守恒定律。与7年苹果园相比,18年苹果园浅层(0-2 m)土壤水的季节性变异更大,对表层土壤水的依赖更强。对于7年和18年苹果园,深层土壤水对其根系吸水贡献率的年平均值为19%和23%,两者无显著性差异。综上,建议今后在利用水稳定同位素研究植物水分来源时要进一步明确不同水同位素输入方法对植物水源划分分析结果的影响。 展开更多
关键词 氢稳定同位素 氧稳定同位素 mixsiar 木质部氢同位素校正 长武塬区 苹果园
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基于氮氧同位素和MixSIAR模型的烟台北部地表水硝酸盐来源分析 被引量：3
7
作者 杨开丽 刘淑亮 +3 位作者 万惠芸 阎琨 陶昱君 王洪松 《中国地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2066-2076,共11页
【研究目的】地表水硝酸盐污染是全世界关注的一个环境问题,因此识别硝酸盐的来源和转化是改善水质的基础。【研究方法】为准确识别烟台北部地表水硝酸盐来源及转化过程,利用水化学方法及硝酸盐氮氧双同位素技术,对烟台北部大沽夹河、... 【研究目的】地表水硝酸盐污染是全世界关注的一个环境问题,因此识别硝酸盐的来源和转化是改善水质的基础。【研究方法】为准确识别烟台北部地表水硝酸盐来源及转化过程,利用水化学方法及硝酸盐氮氧双同位素技术,对烟台北部大沽夹河、辛安河、沁水河、汉河等不同流域地表水进行采样分析,并结合贝叶斯同位素混合模型MixSIAR对各硝酸盐来源贡献率进行计算。【研究结果】(1)研究区地表水呈弱碱性,NO_(3)^(-)-N浓度远高于NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(-)-N浓度,为研究区地表水主要氮素污染物,仅辛安河NO_(3)^(-)-N浓度符合国家规定的生活饮用水卫生标准限值10 mg/L;(2)研究区地表水硝酸盐转化过程以硝化作用为主,反硝化作用不明显;(3)MixSIAR模型输出结果显示,研究区地表水各硝酸盐源的贡献率依次为污水粪肥(51.1%)>土壤有机氮(23.9%)>化肥(22.9%)>大气沉降(2.1%)。【结论】总体.上,研究区地表水硝酸盐来源以污水粪肥贡献率最大,其次是土壤有机氮和化肥。人为输入产生的污水粪肥是研究区硝酸盐污染的主要来源,因此减少污水粪肥对各河流的排放是控制污染的关键。 展开更多
关键词 氮氧同位素 硝酸盐 地表水 mixsiar模型 环境地质调查工程 烟台北部 山东省
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贵阳市区岩溶地下水硝酸盐来源与转化过程
8
作者 华茂松 杨平恒 +1 位作者 何守阳 郭文静 《环境科学》 北大核心 2026年第1期320-328,共9页
城市化使得地下水环境面临着不同程度的威胁,其中地下水硝酸盐污染是不容忽视的问题之一.为研究城市化影响下的岩溶地下水系统硝酸盐污染来源和生物地球化学过程,于2021年7~8月期间采集了贵阳市区86个岩溶地下水样,测定其主要水化学指... 城市化使得地下水环境面临着不同程度的威胁,其中地下水硝酸盐污染是不容忽视的问题之一.为研究城市化影响下的岩溶地下水系统硝酸盐污染来源和生物地球化学过程,于2021年7~8月期间采集了贵阳市区86个岩溶地下水样,测定其主要水化学指标和硝酸盐氮氧双同位素组成(δ^(15)N-NO_(3)^(-)值和δ^(18)O-NO_(3)^(-)值),利用MixSIAR模型解析地下水中硝酸盐不同污染来源的贡献率.结果表明:(1)研究区地下水水化学类型主要为HCO_(3)-Ca型;ρ(NO_(3)^(-))范围为0.1~74.6mg·L^(-1),平均值为(21.1±17.3)mg·L^(-1);δ^(15)NNO_(3)^(-)值范围为-1.1‰~37.7‰,平均值为(10.8±5.1)‰,δ^(18)O-NO_(3)^(-)值范围为-10.1‰~17.8‰,平均值为(3.3±3.7)‰,地下水中的硝酸盐主要来源于粪便污水和土壤有机氮.(2)研究区地下水的δ^(18)O-NO_(3)^(-)值落在硝化作用理论值线上两侧,表明地下水系统发生了以硝化作用为主的生物地球化学过程;地下水的(δ^(15)N-NO_(3)^(-))∶(δ^(18)O-NO_(3)^(-))值为0.15,远小于反硝化作用的比值范围1.3~2.1,说明研究区地下水未发生反硝化作用.(3)研究区地下水硝酸盐来源中粪肥污水贡献率高达48.6%,土壤有机氮、化肥和大气降水的贡献率分别为22.7%、21.6%和7.1%.研究结果可为城市地下水硝酸盐污染防治提供理论依据. 展开更多
关键词 岩溶地下水 城市化 硝酸盐 氮氧同位素 mixsiar模型
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非冰封期和冰封期查干淖尔湖不同水体氢氧同位素特征及补排关系研究 被引量：3
9
作者 张昊 史小红 +4 位作者 卢俊平 赵胜男 孙标 李文宝 纪明宇 《湿地科学》 北大核心 2025年第3期600-607,共8页
了解查干淖尔湖冰、水中氢氧同位素变化规律及补排关系,能够为该地区水资源管理提供基础资料。于非冰封期(2023年6月)和冰封期(2024年1月)对查干淖尔湖地下水井、湖泊、高格斯台河、泉水和水库进行采样,研究不同水体中δD、δ^(18)O同... 了解查干淖尔湖冰、水中氢氧同位素变化规律及补排关系,能够为该地区水资源管理提供基础资料。于非冰封期(2023年6月)和冰封期(2024年1月)对查干淖尔湖地下水井、湖泊、高格斯台河、泉水和水库进行采样,研究不同水体中δD、δ^(18)O同位素的变化特征,采用贝叶斯混合模型(MixSIAR)分析不同时期水体补排关系。研究结果表明,非冰封期δD和δ^(18)O的均值均高于冰封期,氘盈余(d-excess)均值在冰封期高于非冰封期。非冰封期水体δD和δ^(18)O均值排序为湖水>泉水=水库>河水>井水,d-excess均值排序为井水>河水>水库=泉水>湖水。冰封期水体δD和δ^(18)O均值排序为湖水>水库>河水>井水>泉水,d-excess均值排序为泉水>井水>河水>水库>湖水。查干淖尔湖δD和δ^(18)O在冰封期呈现明显的分层特征,均值排序为冰封期冰上>冰封期冰中>冰封期冰下>非冰封期水>冰封期水;d-excess的排序为冰封期水>冰封期冰下>冰封期冰中>非冰封期水>冰封期冰上。贝叶斯混合模型结果表明,非冰封期湖水主要由降水补给(75.10%),冰封期则主要由地下水补给(井水58.32%,泉水31.45%)。湖水的去向在非冰封期以蒸发损失为主(50.00%),而在冰封期则以冰体形成为主(45.00%)。 展开更多
关键词 非冰封期 冰封期 氢氧同位素 mixsiar模型 查干淖尔湖
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氮氧同位素技术解析沁河下游氮时空分布及来源 被引量：1
10
作者 余芬 李艳利 +2 位作者 陈奕鸣 李雪 任世航 《环境科学学报》 北大核心 2025年第6期178-189,共12页
沁河是黄河的一级支流,其水质质量影响着黄河流域的生态保护和高质量发展,而目前水体面临着富营养化的风险.为了准确识别沁河下游的硝酸盐污染来源,分别于2023年3月(枯水期)、7月(丰水期)和12月(平水期)在沁河下游采集了57个河流表层水... 沁河是黄河的一级支流,其水质质量影响着黄河流域的生态保护和高质量发展,而目前水体面临着富营养化的风险.为了准确识别沁河下游的硝酸盐污染来源,分别于2023年3月(枯水期)、7月(丰水期)和12月(平水期)在沁河下游采集了57个河流表层水样,分析硝酸盐氮氧稳定同位素(δ^(15)N-NO_(3)^(-)和δ^(18)O-NO_(3)^(-))和水化学参数(TN、NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和Cl^(-)),同时结合MixSIAR同位素模型定量解析沁河下游河流中硝酸盐来源的贡献.结果表明:沁河下游平水期和枯水期的ρ(NO_(3)^(-)-N)明显高于丰水期,而不同水文期p(NH_(4)^(+)-N)差异性不显著;不同水文期p(NO_(3)^(-)-N)高于ρ(NH_(4)^(+)-N),说明硝态氮是氮的主要存在形态,其中约61.4%的样品(n=57)NO_(3)^(-)-N/TN比例超过了50%.δ^(15)N-NO_(3)^(-)、δ^(18)O-NO_(3)^(-)和n(NO_(3)^(-))/n(Cl^(-))与n(Cl^(-))关系指示土壤有机氮和粪便及生活污水是河流中硝酸盐的主要贡献者.MixSIAR同位素模型量化结果显示,粪便及生活污水(32.3%)和土壤有机氮(40.6%)对水中硝酸盐的贡献比率最高,大气沉降(7.3%)对沁河下游水中硝酸盐的贡献比率最低.本研究结论对于指导氮污染减排可能有一定的意义. 展开更多
关键词 硝酸盐 同位素示踪 源解析 mixsiar同位素模型 沁河流域
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金沙江梯级水库氢氧同位素指示的分层及累积效应
11
作者 周容丹 包宇飞 +5 位作者 王雨春 杜彦良 王世岩 刘畅 毕二平 温洁 《湖泊科学》 北大核心 2025年第3期928-939,共12页
梯级大坝的建设对河流水文循环和水生态环境产生了深远的影响。本文对金沙江下游4个梯级深大水库(水深>150 m),依次为乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝,在丰水期热分层期间的氢、氧同位素值(δD和δ^(18)O)进行垂向测定,探究同位素指... 梯级大坝的建设对河流水文循环和水生态环境产生了深远的影响。本文对金沙江下游4个梯级深大水库(水深>150 m),依次为乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝,在丰水期热分层期间的氢、氧同位素值(δD和δ^(18)O)进行垂向测定,探究同位素指示下水源、气象及水库建设的分层动力学等对河流水循环的作用。通过MixSIAR模型对研究区水体来源进行定量分析,得到偏枯年份(2023年)的丰水期大气降水和冰川融水为金沙江下游的主要水源补给,占比分别为89.8%和10.2%。水源的占比在丰、枯水年,以及年内的丰、枯水期内发生变化,表现为丰水期水库入流的氢氧同位素值相对高于枯水期。热分层期间,受蒸发、地下水和支流等因素的综合影响,库区同位素值在垂向剖面上呈现复杂的差异性。层化现象导致水体垂向交换减弱,通过垂向二维数值模型反演,表温层水域流动性快,携带丰水期水体信息,而深层的滞温层水体表现为混合期冬、春季节枯水期水体的滞留特性。上游乌东德库区位于干热河谷区,表层水体的氘盈余均值低至-26.40‰,δ^(18)O均值为-11.15‰,表层蒸发效应显著高于其余3个水库。此外,部分垂线底层水体δD值的变化反映了乌东德水库坝前、白鹤滩近库尾及溪洛渡坝前的底层水体均受地下水入渗影响。大坝拦截增加了水体的水力停留时间,加强了蒸发富集作用,从库尾至坝前,乌东德、白鹤滩和向家坝水库的δ^(18)O值均具有逐渐上升的趋势。梯级水库的累积效应主要表现为表层水体的δD均值从上游(-115.62‰)至下游(-100.66‰)逐渐升高,δ^(18)O均值呈先降低后升高的波动增长趋势,乌东德水库的δ^(18)O均值最高,而白鹤滩水库的δ^(18)O均值(-15.36‰)最低。本研究可为流域系统调度管理提供理论参考。 展开更多
关键词 梯级水库 氢氧同位素 分层效应 累积效应 分层水动力 蒸发富集 mixsiar模型
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鲁中南花岗岩山坡不同表土层厚度下刺槐和黑松水分利用来源
12
作者 王学娜 张恒宇 +3 位作者 吴元芝 安娟 宋红丽 王立志 《应用生态学报》 北大核心 2025年第12期3761-3770,共10页
研究不同土壤发育厚度条件下典型乔木根系吸水来源构成变化,明确典型乔木对浅薄土壤生境的适应性,对人工林生态系统可持续建设与管理具有重要意义。本研究以鲁中南花岗岩山丘区不同表土层厚度条件下的刺槐林(表土层厚27和20 cm)和黑松林... 研究不同土壤发育厚度条件下典型乔木根系吸水来源构成变化,明确典型乔木对浅薄土壤生境的适应性,对人工林生态系统可持续建设与管理具有重要意义。本研究以鲁中南花岗岩山丘区不同表土层厚度条件下的刺槐林(表土层厚27和20 cm)和黑松林(表土层厚20和10 cm)为对象,测定其木质部水、土壤水、地下水和降水的氢氧稳定同位素(δ^(2)H和δ^(18)O)组成,利用MixSIAR模型量化不同表土层厚度下两种乔木水分利用来源构成变化。结果表明:干旱期,两种林型下的土壤含水量为0.018~0.108 cm^(3)·cm^(-3),刺槐和黑松以利用地下水为主,利用率均超过50%,且土层较薄条件下两者对地下水的利用率均较高;湿润期和较湿润期,土壤含水量分别为0.053~0.194和0.032~0.124 cm^(3)·cm^(-3),刺槐、黑松以利用土壤水为主,利用率分别在70%、60%以上(除2021年7月黑松仍以地下水为主),且土层较薄条件下两种乔木分别对0~40、0~20 cm层土壤水的利用率更高。相同土层厚度条件下,干旱期刺槐对地下水的利用比例较黑松高,而湿润期刺槐对土壤水的利用比例较黑松高,较湿润期黑松对土壤水的利用比例高于刺槐,且湿润期初刺槐即以土壤水为主要水源,而黑松仍主要利用地下水。因此,刺槐对浅薄土层土壤水分变化更敏感,黑松对鲁中南花岗岩山丘区较薄土壤条件的适应性更强。 展开更多
关键词 水分利用来源 氢氧稳定同位素 mixsiar模型 土壤厚度 乔木
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贺兰山东坡典型植被水分利用策略
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作者 马文昌 庞丹波 +8 位作者 吴梦瑶 刘淑慧 魏佳媛 李慧 陈林 倪细炉 李学斌 梁咏亮 田欣瑶 《生态学报》 北大核心 2025年第17期8426-8438,共13页
水分是干旱半干旱地区限制植物生长的关键因子,研究不同季节植物水分利用策略可为区域植被恢复树种选择和林分结构优化调整提供科学依据。通过对不同季节贺兰山东坡油松(Pinus tabuliformis)、山杨(Populus davidiana)和青海云杉(Picea ... 水分是干旱半干旱地区限制植物生长的关键因子,研究不同季节植物水分利用策略可为区域植被恢复树种选择和林分结构优化调整提供科学依据。通过对不同季节贺兰山东坡油松(Pinus tabuliformis)、山杨(Populus davidiana)和青海云杉(Picea crassifolia)植物木质部水、植物潜在利用土壤水和地下水采样,采用氢氧稳定同位素技术,结合直接对比法、多元线性混合模型(IsoSource)和贝叶斯混合模型(MixSIAR),分析3种典型植物的水分来源与利用策略。结果表明:1)随着土层的加深,土壤含水量呈现逐渐降低的趋势,而且土壤含水量表现出明显的季节效应,春季呈现青海云杉>油松>山杨,夏季和秋季呈现青海云杉>山杨>油松。2)研究区大气降水线方程为:δD=6.97δ^(18)O-2.21(R^(2)=0.9238),其斜率小于全球大气降水线(GMWL),表明研究区蒸发较强,气候干燥,符合干旱半干旱地区特征。3)春季3种植物主要吸收深层土壤水和地下水;夏季青海云杉和山杨主要利用浅层土壤水,油松主要利用中层土壤水;秋季表层土壤水含水量低,植物主要吸收浅中层土壤水,3种植物的水分利用策略表现出较强的季节性生态适应策略。4)在干旱半干旱地区,春季可用MixSIAR模型解析植物水分利用策略,夏秋季节IsoSource模型解析植物水分利用策略效果更好。本研究可为干旱半干旱区山地生态系统植被以水定绿和结构优化调控提供理论依据,并为干旱半干旱地区植物水分来源的模型选择提供参考。 展开更多
关键词 水分利用策略 氢氧稳定同位素 典型植被 mixsiar模型 IsoSource模型 贺兰山
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秦皇岛饮马河流域氮污染特征及硝酸盐来源解析
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作者 张恩广 姜菁秋 +4 位作者 郭婧文 彭嘉玉 雷坤 程全国 柏中波 《环境工程技术学报》 北大核心 2025年第3期882-891,共10页
近年来我国农业和城镇化地区的河流氮污染问题日益加剧,过量氮输入引发了河流富营养化等生态环境问题,其复杂的来源与转化过程对流域管理和污染治理提出了新的挑战。于2023年枯水期和丰水期降雨前后对秦皇岛饮马河支流以及干流的上游、... 近年来我国农业和城镇化地区的河流氮污染问题日益加剧,过量氮输入引发了河流富营养化等生态环境问题,其复杂的来源与转化过程对流域管理和污染治理提出了新的挑战。于2023年枯水期和丰水期降雨前后对秦皇岛饮马河支流以及干流的上游、中游和下游进行了实地采样,分析了不同形态氮的时空变化特征,同时结合氮氧同位素技术和MixSIAR模型,评估了不同污染来源对水体硝酸盐的贡献率。结果表明:研究区TN和NO_(3)^(-)-N浓度表现为支流<上游<下游<中游的特征,NH_(4)^(+)-N浓度整体较低,氮浓度受到降雨的冲刷作用和稀释作用共同影响。水体硝酸盐的来源主要为大气沉降、粪便及污水、土壤氮源以及农业化肥,河流未发生明显的反硝化作用和氨挥发作用,枯水期水体的转化过程以硝化作用为主,丰水期硝化作用不明显。枯水期和丰水期降雨前,水体硝酸盐的来源以城镇源(粪便及污水)为主,丰水期降雨后,农业源(农业化肥和土壤氮源)的贡献率显著提高,建议枯水期加强生活污水的治理,丰水期合理施用农业化肥,以降低氮污染对水环境的影响。研究揭示了不同环境条件下河流氮的时空变化特征与驱动机制,为了解河流氮迁移转化机制提供了科学依据。 展开更多
关键词 饮马河流域 氮污染 硝酸盐 同位素 mixsiar模型 源解析
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兴安落叶松生态系统典型植被群落水分来源与环境因子响应
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作者 吕晨歌 贾德彬 +3 位作者 郝玉胜 尚紫琴 纪明宇 郭少峰 《生态学报》 北大核心 2025年第21期10580-10593,共14页
揭示兴安落叶松森林生态系统植物水分利用格局和模式是准确理解植物水分利用机制对气候变化响应的关键。本研究以落叶松(Larix gmelinii)(L)、白桦(Betula platyphylla)(B)、杜香(Ledum palustre)和红花鹿蹄草(Pyrola incarnata)为研究... 揭示兴安落叶松森林生态系统植物水分利用格局和模式是准确理解植物水分利用机制对气候变化响应的关键。本研究以落叶松(Larix gmelinii)(L)、白桦(Betula platyphylla)(B)、杜香(Ledum palustre)和红花鹿蹄草(Pyrola incarnata)为研究对象,利用稳定同位素技术,长期气象监测、野外采样和贝叶斯混合模型,揭示水汽δ^(18)O动态及对环境因子响应机制、分析了不同水源同位素变化特征,量化各潜在水源对植物的贡献率,探讨土壤-植物-大气垂向δ^(18)O动态与环境因子的响应关系。结果表明:(1)大气水汽浓度及δ^(18)O呈单峰型分布,且受气温、相对湿度和风速影响较大,受降水影响较小。(2)5、9月土壤水同位素“浅层贫化、深层富集”,6—8月呈相反趋势;植被受蒸发程度:落叶松>白桦>杜香>红花鹿蹄草。(3)5、9月落叶松和白桦吸收浅层水,占比为55.7%、52.3%(L);58.6%、56.7%(B);灌木和草本吸收中层水,占比为73.5%、74.4%和65.8%、67.3%。6—8月落叶松和白桦吸收深层水,占比为38.3%、48.3%、55.5%(L)和49.5%、64.9%、65.1%(B);灌木和草本分别吸收中层和浅层水,占比分别为61.6%、53.8%、58.3%和55.7%、59.2%、53.5%;表明4种植物间存在水文生态位分离。(4)气温和相对湿度对乔灌草茎秆水、浅中层土壤水的δ^(18)O影响较强,降水和风速的影响较弱。通过研究寒温带森林生态系统不同植被水分来源,有助于揭示环境因子对植被的影响,对该地区水资源管理提供理论依据。 展开更多
关键词 大兴安岭 稳定同位素 植物水分来源 mixsiar模型 水汽浓度
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赣抚平原灌渠水体硝酸盐同位素组成与来源识别
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作者 宋祉君 饶文波 +3 位作者 吴志华 栗天宁 张弛 雷祥 《河海大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期47-55,98,共10页
为识别赣抚平原灌渠水体硝酸盐的来源,分析了赣抚平原西总干渠水体春、秋两季pH、电导率、溶解氧和NO_(3)^(-)质量浓度及其同位素组成(δ15N-NO_(3)^(-)、δ18O-NO_(3)^(-))特征,并采用贝叶斯稳定同位素混合(MixSIAR)模型定量分析了主... 为识别赣抚平原灌渠水体硝酸盐的来源,分析了赣抚平原西总干渠水体春、秋两季pH、电导率、溶解氧和NO_(3)^(-)质量浓度及其同位素组成(δ15N-NO_(3)^(-)、δ18O-NO_(3)^(-))特征,并采用贝叶斯稳定同位素混合(MixSIAR)模型定量分析了主要污染源的贡献。结果表明:西总干渠水体硝化作用秋季略强于春季,但整体极为微弱,反硝化作用几乎不存在;上游水、铵态氮肥、土壤氮、生活污水和粪肥、降水是西总干渠水体NO_(3)^(-)的主要来源;上游水(贡献率大于50%)和人为影响(包括铵态氮肥、生活污水和粪肥,贡献率大于37%)对整个灌渠水体NO_(3)^(-)起主导作用;污染源对灌渠水体NO_(3)^(-)贡献率从大到小排序,秋季为上游水、铵态氮肥、生活污水和粪肥、土壤氮、降水,春季为铵态氮肥、上游水、生活污水和粪肥、土壤氮、降水;NO_(3)^(-)来源贡献还与土地利用类型有关,从乡村到城镇,上游水、生活污水和粪肥的贡献率呈上升趋势,而铵态氮肥则相反。 展开更多
关键词 赣抚平原 灌渠水体 氨氮同位素组成 mixsiar模型 污染源识别
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秦岭南麓3种典型植物水分利用来源及水文生态位特征 被引量：1
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作者 王亚萍 王家鑫 +3 位作者 张敏佳 秦婧雯 靳文晰 张淑兰 《生态学报》 北大核心 2025年第8期3946-3956,共11页
水分是限制植物生长的关键因子,植物的水分利用来源反映了植被对环境变化响应的生态水文过程,成为植被建设重要关注点之一,然而当前关于秦岭地区典型植物的水分利用模式尚不明晰。以秦岭主要造林树种锐齿栎(Quercus aliena var.acutiser... 水分是限制植物生长的关键因子,植物的水分利用来源反映了植被对环境变化响应的生态水文过程,成为植被建设重要关注点之一,然而当前关于秦岭地区典型植物的水分利用模式尚不明晰。以秦岭主要造林树种锐齿栎(Quercus aliena var.acutiserrata)、麻栎(Quercus acutissima Carr.)和马尾松(Pinus massoniana Lamb)为对象,通过测定降雨、土壤水和植物木质部水中δ^(2)H和δ^(18)O的同位素,借助MixSIAR模型定量分析植物的水分利用特征,并应用Levins指数和相似性比例指数(PS指数)计算水分生态位宽度和重叠度。结果表明:不同树种在同时期的水分来源不同,同一树种在降雨前后水分来源也有别。降雨前锐齿栎主要利用20—40 cm土壤水(42.9%),雨后则逐步转移到浅层0—20 cm土层(56.3%—58.2%);麻栎雨前主要利用深层40—60 cm土壤水(45.3%),雨后逐渐转移为浅层,且随着降雨量的增加,浅层水源利用比例增大(40%增加到58.7%)。马尾松在降雨前和小雨事件后的水分利用来源变化不明显,而发生大雨(259 mm)之后,对浅层0—20 cm的水分利用由38%增加到91.1%。锐齿栎-麻栎林的PS指数为77.3%,二者间水分竞争较弱,而锐齿栎-马尾松林、麻栎-马尾松林之间存在明显的水分竞争关系(PS指数在80%以上)。结论:锐齿栎-麻栎混交林是比较适宜的搭配树种,二者对同一土层水分竞争相对较弱。而麻栎和马尾松在降雨前后的水分利用策略相似,表现出明显的水分竞争关系。因此,在未来植被建设中,建议选择合理的树种配置,以实现森林的可持续管理。 展开更多
关键词 水分来源 氢氧稳定同位素 mixsiar 水文生态位 秦岭
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北京山区典型人工林乔木和灌木水分利用及水分生态位特征
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作者 周红娟 王彪 +4 位作者 王子涵 代瑞宏 韩璐 田沁瑞 陈立欣 《生态学报》 北大核心 2025年第21期10732-10747,共16页
为探究人工纯林内乔木与林下灌木的水分利用和生态位特征,于2023年6—10月和2024年5—9月,以人工林乔木刺槐(Robinia pseudoacacia)、栾树(Koelreuteria paniculata)和侧柏(Platycladus orientalis)及林下灌木荆条(Vitex negundo)为研... 为探究人工纯林内乔木与林下灌木的水分利用和生态位特征,于2023年6—10月和2024年5—9月,以人工林乔木刺槐(Robinia pseudoacacia)、栾树(Koelreuteria paniculata)和侧柏(Platycladus orientalis)及林下灌木荆条(Vitex negundo)为研究对象,利用氢氧稳定同位素技术和MixSIAR模型,分析其水分来源,并采用Levine指数和Levins重叠指数计算其生态位特征。结果表明:(1)旱季初期(5—6月),刺槐主要依赖地下水,栾树主要利用60—80 cm土壤水和地下水,侧柏主要利用0—40 cm浅层土壤水。雨季(7—8月),3种乔木均转向0—40 cm浅层土壤水。至旱季末期(9—10月),刺槐和栾树主要利用40—80 cm深层土壤水,侧柏则持续利用0—40 cm浅层土壤水。各林分荆条在旱季主要吸收0—40 cm浅层土壤水,雨季主要吸收0—20 cm土壤水。(2)旱季初期,侧柏与林下灌木的水分生态位重叠度较高,其存在水资源竞争。雨季刺槐、栾树和侧柏与林下荆条间的水分生态位重叠度较高,但土壤水分充足,利于水分吸收。综上,乔木通过动态调整水分吸收深度(地下水或深层水)适应季节性干旱,林下灌木则依赖浅层土壤水,两者时空分异减少了土壤水分竞争,其不仅可以增强生态系统稳定性,还可以为植被修复和管理提供理论指导。 展开更多
关键词 氢氧稳定同位素 水分来源 水分生态位 mixsiar模型
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贵阳市冬季PM_(2.5)水溶性离子与氮同位素组成特征及其来源解析
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作者 陈紫芸 关晖 +2 位作者 田晶 肖化云 周云红 《地球与环境》 北大核心 2025年第3期307-317,共11页
对贵阳市2019—2020年冬季大气细颗粒物(PM_(2.5))进行了采样和分析,重点研究了水溶性无机离子(WSIIs)、氮同位素组成和总氮的来源。结果表明,贵阳冬季PM_(2.5)的平均浓度为(34.06±16.88)μg/m^(3),其中WSIIs占到53%。WSIIs主要由... 对贵阳市2019—2020年冬季大气细颗粒物(PM_(2.5))进行了采样和分析,重点研究了水溶性无机离子(WSIIs)、氮同位素组成和总氮的来源。结果表明,贵阳冬季PM_(2.5)的平均浓度为(34.06±16.88)μg/m^(3),其中WSIIs占到53%。WSIIs主要由二次离子SNA(SO_(4)^(2-)、NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-))组成,并占其85%。NO_(3)^(-)对PM_(2.5)污染的贡献显著,NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)平均值为0.62,这一比例揭示煤炭燃烧是主要污染源,但移动源也有显著影响。进一步分析显示,硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)的平均值为0.25和0.14,表明大气中存在明显的二次转化过程。此外,δ^(15)N-TN(总氮)的范围为-13.52‰~20.28‰(平均6.03‰±6.92‰)。基于同位素混合模型的源解析结果显示,燃煤过程中产生的NO_(x)对总氮贡献最大(32.1%),其次是燃煤释放的NH_(3)(23.7%)和生物质燃烧的NO_(x)(21.6%)。通过对后向轨迹的分析,显示贵阳冬季的气团主要来自本地排放源。研究结果为贵阳市制定针对性的空气污染防治措施提供了重要科学依据,特别是在控制氮氧化物和氨排放方面,有助于改善空气质量。 展开更多
关键词 PM_(2.5) 水溶性离子 总氮同位素 mixsiar模型 后向轨迹
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豫东平原泡桐人工林水分利用来源分析
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作者 李建菲 田鹏莹 +5 位作者 王娜 唐武 欧会迪 范国强 赵振利 张志华 《灌溉排水学报》 2025年第8期33-44,共12页
【目的】探究水资源短缺背景下豫东平原优势树种泡桐对水分胁迫的响应特征。【方法】利用稳定同位素技术测定降水、茎水和土壤水中氢氧稳定同位素(δD和δ^(18)O),揭示不同水源δD和δ^(18)O值的分布特征,并利用多源线性混合模型,分析... 【目的】探究水资源短缺背景下豫东平原优势树种泡桐对水分胁迫的响应特征。【方法】利用稳定同位素技术测定降水、茎水和土壤水中氢氧稳定同位素(δD和δ^(18)O),揭示不同水源δD和δ^(18)O值的分布特征,并利用多源线性混合模型,分析不同水源对泡桐的贡献度,揭示不同季节4 a生、7 a生泡桐的水分利用特征。【结果】①在豫东平原的泡桐人工林中,土壤含水率因季节和土层而异,主要受降水影响。夏季土壤含水率较高,而春秋季较低。②0~30 cm土层土壤水中的δD、δ^(18)O波动较大,深层土壤水δD、δ^(18)O相对稳定,逐渐趋向平均值。③不同季节泡桐水分利用来源不同,但同一林龄不同长势泡桐在同一季节水分来源相似,贡献度略有差异。具体而言,夏季不同林龄泡桐对深层土壤水利用率较高;秋季泡桐水分来源则主要集中在0~20 cm土层,贡献度达56.7%;春季10~30 cm土层的土壤水贡献度有所增加。【结论】0~20 cm土层土壤水是泡桐的主要水源。泡桐长势越差,土壤含水率越低,表明土壤含水率是影响泡桐生长的重要因素。建议在种植过程中注意灌溉,重点保持0~20 cm土层土壤水分,保障泡桐的健康生长。 展开更多
关键词 水分利用来源 δD和δ^(18)O 泡桐人工林 mixsiar 豫东平原
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