Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 基于氢氧稳定同位素的民勤绿洲玉米耗水规律研究 | |
| 郭慧文 | |
| 出版年 | 2020 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 学位授予单位 | 西北师范大学 |
| 中文摘要 | 水资源短缺正威胁着中国西北干旱区绿洲灌溉农业的可持续发展,农田耗水规律的研究对提高农业用水效率,缓解干旱区水资源短缺现状具有重要意义。民勤绿洲位于石羊河流域下游,灌溉农业发展历史悠久,是中国西北地区水资源开发利用程度最高、生态环境问题最突出的区域。因此,有必要进一步了解民勤绿洲水循环过程和农田水资源利用现状。由于同位素测量技术的髙精度性和不易受外界因素干扰等特点,使其在水文水资源和水循环等领域得到了广泛的应用,成为解决许多重大科学问题的有效工具。本研究以民勤绿洲玉米农田为例,使用2018和2019年玉米生长期内的茎秆水、不同深度土壤水、农田灌溉水和降水的δ~2H和δ~(18)O数据,基于MixSIAR贝叶斯同位素混合模型,结合农田水量平衡和同位素质量守恒方法,分析2018和2019年玉米生长期内不同水体同位素组成和变化特征,识别2019年玉米不同生长期的水分来源及各水源贡献比例,估算灌溉后灌溉水的入渗和深层渗漏并对不同灌溉事件期间农田蒸发和蒸散进行分割。研究结果如下:(1)研究区降水同位素组成季节波动较大,高值主要出现在夏秋季节。2018和2019年局地大气水线方程(LMWL)分别为:δ~2H=7.18δ~(18)O+5.39和δ~2H=7.44δ~(18)O+1.73,两年LMWL的斜率和截距均小于全球以及整个西北干旱区和石羊河流域LMWL的斜率和截距,表明降水过程中受强烈二次蒸发的影响,反映了当地气候干旱,蒸发强烈的环境特征。(2)2018和2019年土壤水线方程(SWL)的斜率和截距均小于研究区LMWL的斜率和截距,表明土壤受持续蒸发的影响使其土壤水同位素值富集。2019年玉米生长初期和末期土壤水同位素值均较为富集,浅层土壤水同位素值较为富集,从浅层至深层土壤水同位素值略微减小。覆膜削弱了土壤蒸发并且起到保水作用,使得表层土壤水同位素值富集较少。灌溉水同位素组成较大气降水同位素组成贫化,灌溉活动可改变土壤水的再分布以及土壤水同位素值的变化。玉米茎秆水δ~2H和δ~(18)O值大多位于LMWL偏右侧并落在SWL附近,表明玉米利用了受蒸发作用影响后的土壤水。2019年玉米茎秆水δ~2H和δ~(18)O的季节变化与浅层土壤水同位素值的变化相似,表明玉米主要吸收浅层土壤水且吸水具有明显的季节变化特征。(3)通过估算,在整个玉米生长期0-10 cm、10-50 cm和50-100 cm土壤水的平均贡献率分别为62.1%、24.2%和13.7%。苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期0-10 cm土壤水的贡献率分别为85.6%、67.6%、53.7%、48.9%、55.4%。拔节期和抽穗期,20-50 cm土壤水的贡献率增加至21.8%和37.7%。灌浆期,50-100cm土壤水的贡献率增加至24.3%。成熟期,玉米又倾向于利用浅层土壤水。在整个生长期,玉米主要利用浅层土壤水,但随着玉米的生长,逐渐增加了对深层土壤水的利用比率。灌溉后玉米能调整其水分利用深度,对0-10 cm和10-50 cm土壤水的利用响应显著,0-10 cm土壤水的贡献均有所增加,10-50 cm先减小后缓慢增加,50-100 cm土壤水的贡献率变化不大。(4)结合土壤水量平衡和同位素质量守恒估算,2019年玉米生长期内灌溉后的第1天,平均有29.9±4.2%、29.6±2.9%和30.3±4.3%的灌溉水分别入渗到了0-10cm、10-50 cm和50-100 cm的土壤层。6次灌溉事件期间的深层渗漏量分别为58.1mm、39.6 mm、36.9 mm、22.4 mm、9.2 mm和32 mm,总渗漏量为198.2 mm,约有31%的灌溉水和降水渗漏到了100 cm以下的土壤层。总体上,渗漏量受单次灌溉量和不同生长期玉米对不同土层土壤水的利用程度的影响。(5)根据农田水量平衡和同位素质量守恒分割的灌溉期间农田的蒸腾比率总是大于蒸发比率。随着玉米的生长,蒸腾比率在生长前期较小,中后期较大,到后期缓慢下降。6次灌溉事件期间的蒸腾比率分别为79.5%、85.2%、87.7%、91%、91.6%和88.7%,平均蒸腾比率为87.3%;蒸发比例分别为20.5%、14.8%、12.3%、9.0%、8.4%和11.3%,平均蒸发比率为12.7%。 |
| 中文关键词 | 民勤 ; 稳定同位素 ; 根系吸水 ; 灌溉水入渗 ; 蒸散发分割 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | S513 |
| 来源机构 | 西北师范大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/338266 |
| 作者单位 | 西北师范大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭慧文. 基于氢氧稳定同位素的民勤绿洲玉米耗水规律研究[D]. 西北师范大学,2020. |
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