水，我們生活中無處不在的重要元素。它潤(rùn)澤著大地，孕育著生命。然而，水的旅程并不僅僅局限于地表，它通過蒸發(fā)和降水，與大氣、植被形成了緊密的互動(dòng)。而這種互動(dòng)的背后隱藏著一系列的謎題，需要科學(xué)家們通過不斷研究來揭示。

水同位素研究便是一種重要的手段，通過分析水中的同位素元素，科學(xué)家們能夠了解水的來源、循環(huán)和變化。水同位素研究為科研人員提供了一種寶貴的工具，幫助他們更好地了解水、植被和氣候之間的復(fù)雜關(guān)系。一起來了解一下，來自西北師范大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，用全自動(dòng)真空冷凝抽提系統(tǒng)（LI-2100，北京理加聯(lián)合科技有限公司）做的相關(guān)研究。

 

水資源是制約干旱區(qū)社會(huì)發(fā)展的主要自然資源，山區(qū)是內(nèi)陸干旱區(qū)重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，山區(qū)冰川積雪融水對(duì)干旱區(qū)淡水供應(yīng)至關(guān)重要。隨著氣候變暖，冰川積雪融化加速，地表蒸散發(fā)增強(qiáng)，降水變異性加劇，氣候變化將增強(qiáng)山區(qū)河流水文過程的復(fù)雜性。水穩(wěn)定同位素是深入了解區(qū)域水文過程的有效方法，研究?jī)?nèi)陸山區(qū)徑流同位素時(shí)空變化的主要控制因素，對(duì)認(rèn)識(shí)內(nèi)陸山區(qū)水文過程變化，合理調(diào)配干旱區(qū)水資源至關(guān)重要。

 

基于此，在本研究中，來自西北師范大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)監(jiān)測(cè)了中亞干旱區(qū)典型的內(nèi)陸山區(qū)流域-西營(yíng)河流域不同水體同位素?cái)?shù)據(jù)（地表水、降水、地下水以及積雪融水）和相關(guān)水文氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)及植被覆蓋指數(shù)（NDVI)，評(píng)估氣候和景觀對(duì)內(nèi)陸山區(qū)徑流穩(wěn)定同位素的影響。研究可以為厘清內(nèi)陸山區(qū)徑流穩(wěn)定同位素的控制機(jī)制提供更全面的參考。
 

01 不同水體穩(wěn)定同位素組成

西營(yíng)河流域不同景觀區(qū)域氣象要素和水體穩(wěn)定同位素特征。(a)不同景觀區(qū)域氣溫、相對(duì)濕度以及降水量的變化；(b)不同水體穩(wěn)定同位素在不同景觀區(qū)域的組成特征，P為降水，R為徑流，M為積雪融水，G為地下水；(c)~(e)不同水體δ²H與δ¹⁸O的關(guān)系，(c)為冰川-灌叢區(qū)，(d)為中高覆蓋度草地-森林區(qū)，(e)為低覆蓋草地-裸地區(qū)。

02 不同景觀區(qū)域的徑流同位素組成
 

西營(yíng)河流域不同景觀區(qū)域徑流同位素隨NDVI指數(shù)以及海拔的變化特征。

03 氣候?qū)ι絽^(qū)徑流同位素的影響

西營(yíng)河不同景觀區(qū)域氣象要素與降水穩(wěn)定同位素的相關(guān)性分析，（a）降水δ¹⁸O與溫度，（b）降水δ¹⁸O與相對(duì)濕度，（c）降水δ¹⁸O與降水量

04 自然和人為景觀變化對(duì)徑流穩(wěn)定同位素的影響

西營(yíng)河流域不同景觀區(qū)域LEL的變化，LELs為局地蒸發(fā)水線。（a）冰川-灌叢區(qū)（GSARs）,（b）中高覆蓋草地-林地區(qū)(MHGFARs),（c）低覆蓋草地-裸地區(qū)（LGBARs）。X軸和Y軸上的柱狀統(tǒng)計(jì)圖代表δ¹⁸O和δ²H的分布曲線。

西營(yíng)河流域海拔變化對(duì)降水穩(wěn)定同位素的相關(guān)性分析，（a）徑流δ¹⁸O與海拔，（b）降水δ¹⁸O與海拔。

西營(yíng)河降水（a）和徑流（c）d-excess的變化，以及西營(yíng)水庫(kù)入口（b）和出口（d）處徑流水線的變化。

研究結(jié)論

本研究利用典型內(nèi)陸山區(qū)流域不同水體穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和植被覆蓋（NDVI）數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步了解內(nèi)陸山區(qū)流域徑流穩(wěn)定同位素變化特征及其控制機(jī)制提供了依據(jù)。在內(nèi)陸山區(qū)流域，氣候和景觀特征會(huì)隨海拔而產(chǎn)生顯著差異。因此，我們認(rèn)為，在內(nèi)陸山區(qū)，徑流同位素組成及其控制因素需要做進(jìn)一步更深入的研究。本研究強(qiáng)調(diào)了氣象要素以及地表景觀的空間差異對(duì)內(nèi)陸山區(qū)流域徑流穩(wěn)定同位素的控制過程。這些結(jié)果有利于全面認(rèn)識(shí)內(nèi)陸山區(qū)徑流穩(wěn)定同位素的控制機(jī)制。

1、氣象要素通過控制徑流的蒸發(fā)過程和補(bǔ)給源同位素特征來控制徑流同位素變化；

2、在植被覆蓋度較低的區(qū)域，地表景觀特征通過改變補(bǔ)給源同位素特征來控制著徑流同位素組成；

3、在植被覆蓋度較高的區(qū)域，地表植被覆蓋通過控制蒸發(fā)過程來影響徑流穩(wěn)定同位素。

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