梯田快鸟测速

哈尼梯田区优势景观类型对泉水氢氧同位素效应的影响角媛梅刘澄静刘歆刘志林丁银平(云南师范大学旅游与地理科学学院,昆明650500)摘要氢氧稳定同位素是示踪流域水循环过程的有效手段,流域景观类型及其格局对泉水同位素效应的影响是景观生态学与同位素水文学的全新交叉领域.
本文以哈尼梯田文化景观遗产核心区的全福庄河小流域为研究对象,在2015年3月—2016年3月间,逐月在海拔1500m的梯田、1700m的梯田和1900m的森林景观类型下分别采集78个泉水样和39个大气降水样进行氢氧稳定同位素分析.
结果表明:小流域的优势景观类型是森林和梯田,两者面积分别占总面积的66.
6%和22.
1%,并具有森林在上、梯田在下的垂直格局.
相关分析表明,泉水除受降水补给外,还受到景观内其他同位素值偏正的水源补给,景观位置较高的森林区泉水主要由降水补给,位于森林之下的梯田泉水受大气降水、河水、梯田水、地下水等多种水源补给,其同位素混合作用强烈;泉水δ18O和δD值整体海拔效应明显,其海拔梯度分别为-0.
125‰·(100m)-1和-0.
688‰·(100m)-1;研究区氘盈余值随海拔升高而增大与景观格局和同位素循环过程有关.
总之,优势景观类型对泉水氢氧同位素效应具有显著影响,泉水氢氧同位素可作为景观水文过程对景观格局的响应指标.
关键词哈尼梯田景观;泉水氢氧同位素;垂直格局;海拔效应本文由国家自然科学基金项目(41271203)和高原湖泊生态与全球变化实验室开放基金资助ThisworkwassupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(41271203)andOpenFundforKeyLaboratoryofPlateauLakeEcologyandGlobalChange.
20170223Received,20160503Accepted.
通讯作者Correspondingauthor.
Email:ymjiao@sina.
comImpactsofdominatedlandscapetypesonhydrogenandoxygenisotopeeffectsofspringwaterintheHaniRiceTerraces.
JIAOYuanmei,LIUChengjing,LIUXin,LIUZhilin,DINGYinping(SchoolofTourismandGeographicalSciences,YunnanNormalUniversity,Kunming650500,China).
Abstract:Analysisofhydrogenandoxygenstableisotopesisaneffectivemethodtotrackthewatercycleinwatershed.
Impactoflandscapepatternontheisotopeeffectsofspringwaterisanewinterdisciplinarytopicbetweenlandscapeecologyandisotopehydrology.
TakingtheQuanfuzhuangRiverbasinlocatedinthecoreareaofUNESCOWorldCulturalHeritageofHongheHaniRiceTerraceastheobject,collectingthemonthlysamplesof78pointsofspringwaterand39precipitationataltitudeof1500m(terraces),1700m(terraces)and1900m(forest)fromMarch2015toMarch2016,weanalyzedthehydrogenandoxygenstableisotopesofwatersamplesunderthedifferentlandscapetypes.
Theresultsindicatedthatthedominatedlandscapetypeswereforestsandriceterraces,being66.
6%and22.
1%ofthewholelandscapearearespectively,andtheyhadaspatialverticalpatternofforestlocatedatthemountaintopandriceterracesatthedownslope.
Thecorrelationanalysisshowedthatthespringwaternotonlycamefromtheprecipitation,butalsofromotherwatersourceswhichhadamorepositiveδ18OandδDvalues,thespringwaterinupslopeforestsmainlycamefromprecipitation,whilethatindownslopericeterracescamefromprecipitation,riverwater,riceterracewaterandundergroundwater.
Therefore,themixingeffectsofspringwaterδ18OandδDweremoresignificantinriceterraces.
Theoverallaltitudeeffectofthehydrogenandoxygenstableisotopesinspringwaterwasobvious.
Thelineardecreasingratesofδ18OandδDvalueswere-0.
125‰·(100m)-1and-0.
688‰·(100m)-1,respectively.
Thedeuteriumsur应用生态学报2017年7月第28卷第7期http://www.
cjae.
netChineseJournalofAppliedEcology,Jul.
2017,28(7):2299-2306DOI:10.
13287/j.
1001-9332.
201707.
022plusvalueincreasedwiththealtitudebecauseoftheimpactsoflandscapepatternandthelocalcycleofwaterisotopes.
Insummary,thedominantlandscapetypeshadasignificantimpactonthehydrogenandoxygenisotopesofspringwater,whichcouldbeusedasresponseindicatortorevealtheimpactsoflandscapepatternonhydrologicalprocess.
Keywords:HaniRiceTerraceslandscape;hydrogenandoxygenisotopesofspringwater;verticalpattern;elevationeffect.
景观是由相互作用的、具有重复性格局的生态系统镶嵌组成的异质性区域[1].
景观格局指景观组分的构成及其空间分布形式,景观中的生态过程通常指物流、能流、物种流、人口流和信息流等各种形式的流[2].
水是最常见也最重要的生态流,景观格局与水生态过程的相互作用是景观生态学的研究重点、热点和难点.
氢氧稳定同位素作为水的基因,其混合和分馏效应是否受景观要素及格局的影响如何通过氢氧稳定同位素来刻画和反映景观中的水生态过程目前从同位素景观(Isoscape)角度探讨其时空异质性的研究已经开展,主要是采用地统计等方法将水体、动植物体内的碳、氮、氢、氧等物质的同位素比例进行空间插值,以分析其时空格局及潜在的影响因素[3].
此外,景观尺度上的同位素异质性特征及其对景观过程的影响已有少量应用.
如Cook等[4]分析了澳大利亚中部干旱区的土壤、植被和无脊椎动物的碳氮同位素对景观过程的解释程度,认为景观尺度上林地斑块间较高的水分渗漏会促进植株尺度上较高的生理保护机能;Gillson[5]利用化石孢粉和稳定碳同位素,在微观、地方和景观3个空间尺度上比较了东非稀树大草原百年间的植被时空异质性;Tunaley等[6]分析了3个嵌套尺度上不同河岸泥炭湿地面积比例对径流量和水体稳定同位素动态的影响,说明源头区小流域尺度因泥炭湿地为优势景观类型而具有明确的响应,但在较大流域尺度上则因景观异质性增强而不太明显;Hoeinghaus等[7]在景观尺度上利用天然碳氮同位素丰度来探测具有不同水文特征的10条河流的食物网特征和营养结构.
国内学者在流域尺度上对不同景观带的氢氧同位素特征进行了分析[8-10].
总体上看,当前景观与稳定同位素相互关系的研究集中在同位素景观格局分析和景观尺度上的同位素特征分析,分析景观类型对同位素效应的影响方面的研究尚未开展.
因此,本文尝试分析和探讨景观类型对同位素效应的影响,是景观生态学与同位素水文学的全新交叉领域.
哈尼梯田文化景观具有森林在上、村寨居中、梯田在下、河渠贯穿其中的景观格局特色[11],其中森林和梯田是景观中的优势生态系统类型,梯田上方的森林区是梯田的水源区,森林与梯田间的生态过程是以水及其携带的物质(种)和能流为主的水生态过程.
哈尼梯田地处高原季风区,干湿季明显,旱季(11月—次年4月)降雨量仅占全年的22%[12].
为适应这种气候特点,哈尼族在雨季末收割完水稻后,就会犁耙梯田、铲除田埂杂草并持续引水灌溉梯田,形成旱季梯田独特的分形美特征[13],吸引大量游客前来游赏.
但旱季末梯田水稻栽种时仍需大量水源,而哈尼梯田区没有灌溉水库,旱季水源主要由泉水供给,可见泉水是维系哈尼梯田景观生产和美学功能的关键资源,其来源和稳定性是景观稳定性的关键.
此外,赵娟等[14]的研究表明,元阳哈尼族地区拥有传统稻种180多个,多个稻种内部遗传异质性丰富,因此哈尼梯田也具有极高的基因保护价值.
森林和梯田中的泉水氢氧同位素特征可揭示泉水的来源及其稳定性,也是定量判断梯田景观格局与地下水生态过程相互作用强度的尝试,结果不仅可为景观尺度地下水文过程提供初步解释,还可为梯田景观的水源稳定性评价与保护和文化景观遗产可持续发展提供参考.
1研究地区与研究方法11研究区概况研究区全福庄河小流域位于云南省元阳县麻栗寨河流域上游,属哈尼梯田文化景观遗产核心区的坝达片区(图1a),经纬度范围23°05′20″—23°13′18″N,102°43′16″—102°50′39″E之间.
区内海拔在1500~2000m之间,其中1500~1800m范围内,平均气温17℃,土壤以黄壤和水稻土为主,地带性植被为常绿阔叶林、针叶林,主要以青冈(CyclobalanopsisglaucaOerst)、木荷(Schimasuperba)为主,大面积分布水稻梯田;海拔1800m以上地区气温14℃,土壤以黄壤、黄棕壤为主,植被为常绿阔叶苔藓林,主要以桤木(Alnuscremastogyne)、山茶(Camelliajaponica)等为主,被破坏区为草地.
地貌以构造侵蚀中山地貌和河谷地貌为主,平均坡度17°,最大58°.
区内0032应用生态学报28卷变质岩裂隙水广泛出露,并有多处泉眼.
12样品采集与数据来源2015年3月—2016年3月逐月在研究区3个海拔段采集泉水和大气降水,其中泉水样为瞬时样,均为泉眼处的非静止水样,样点共6个,每个海拔高度采两个,包括海拔1500m的梯田1处(样点1和2)、1700m的梯田2处(样点3和4)和1900m的森林2处(样点5和6)(图1b),共采集有效泉水样78个.
在采集泉水样的3个对应海拔处各采集1个月混合大气降水样,通常在各月最后一天或次月第一天收集,共采集有效大气降水样39个.
采样期间在2016年1月和2月出现过低温降雪天气.
氢氧同位图1研究区位置(a)、采样点分布(b)与景观垂直格局(c)Fig.
1Location(a),samplingpointdistribution(b)andverticalpattern(c)ofthestudyarea.
A:森林Forest(1900m);B:村寨Village(1850m);C:梯田2Riceterrace2(1700m);D:梯田1Riceterrace1(1500m).
素测试在云南师范大学高原湖泊生态与全球变化重点实验室进行,采用18O和D测试精度分别为±0.
03‰和±0.
2‰的PicarroL2130i同位素分析仪测定样品.
13数据处理稳定氢氧同位素数据采用Excel2013和SPSS18.
0软件进行统计分析,主要分析方法包括回归分析、相关分析和假设检验,分析结果图采用Grapher12软件制作.
景观分类结果由2010年快鸟影像经目视解译数字化和野外实地验证获得,采用Arcgis10.
0软件进行面积计算,叠加地形图获得各景观类型的海拔分布.
2结果与分析21景观类型及其垂直格局由图1c可见,森林和梯田是研究区的优势景观类型.
其中,乔木林地占小流域景观总面积的45.
8%,水田占22.
1%,灌木林地和茶园冬瓜林分别占10.
5%和10.
3%,可见小流域是以森林为基质、水稻梯田占较大比重而其他类型面积较小的景观.
以3个海拔段采样点的连线做剖面线,并分别延伸至山顶和河底得到小流域景观垂直格局图.
小流域内林寨田的垂直格局特征显著,整个剖面海拔高差640m,直线距离3000m.
从山顶(海拔2110m)依次经过了荒草地森林村寨梯田河谷(1470m)等景观类型,其中水梯田占整个剖面线长度的51%,森林占37%,其余类型占比较小.
从海拔上看,林地在海拔1800m以上,村寨在1700~1800m之间,梯田在1700m以下.
梯田1至梯田2的直线距离与梯田2至森林的直线距离接近,3个采样带间的平均坡度约为10°,样带之间的坡度差异不大,且均处于同一坡面上.
小流域地势南高北低,流域内南部海拔较高地区常年云雾笼罩,降雨丰富,主要分布有水源涵养功能很好的亚热带中山湿性常绿阔叶林,林间沟谷和低洼地带分布大量人工挖掘的串珠状小水塘.
流域内地下水丰富,包括第四系松散残坡积层中孔隙水和基岩风化裂隙水,大气降水为地下水的主要补给源.
流域上部森林区地形低部位孔隙水除受大气降水补给外,还受基岩裂隙水补给,流域中下部梯田区孔隙水、裂隙水交替补给或两者混合形成统一潜水面.
地下水的径流排泄及埋藏深度受地形控制明显,总体上具有补给流程短、就地补给、就地排泄的特点,通常在沟谷底以散流形式排泄为主,少量为泉,10327期角媛梅等:哈尼梯田区优势景观类型对泉水氢氧同位素效应的影响并逐步汇集成溪流向下流入梯田区作为灌溉用水.
梯田区地下水除受降水和上游地下水、引自溪沟和灌渠的径流补给外,还接受梯田内地表水的微量补给,上下层梯田间也普遍存在微弱的侧向渗透补给[11].
22降水氢氧同位素对泉水的补给221泉水和大气降水δ18OδD关系线对比泉水和降水样氢氧同位素测定结果表明,降水的δ18O和δD值分别在-15.
46‰~-2.
08‰和-99.
55‰~9.
50‰之间,平均值分别为-9.
82‰和-58.
93‰;泉水δ18O和δD值分别在-12.
01‰~-3.
45‰和-78.
5‰~-30.
4‰之间,平均值为-8.
15‰和-56.
04‰.
全球降水δ18O和δD平均在-50‰~10‰和-350‰~50‰之间[15],说明研究区降水和泉水δ18O和δD均在全球降水氢氧同位素变化范围内,但降水变化幅度大于泉水,说明降水是地下水的主要补给来源.
根据降水δ18O和δD值确定本地大气降水线为:δD=8.
49δ18O+27.
79(R2=0.
98)(图2),可见,斜率超过全球大气降水线方程的8[16]和宋献方等[17]提出的中国大气降水线方程的7.
82.
考虑到研究区在2016年1月和2月曾受到北方强冷空气影响而出现极端低温天气,将这两月的数据去除后得到本地大气降水线方程为δD=7.
86δ18O+16.
9(R2=0.
93),则本区大气降水线方程斜率从去除前的8.
49减小为去除后的7.
86,充分说明来自北方的寒潮对本地大气降水线有很大影响.
泉水δ18OδD的关系式为:δD=5.
48δ18O-11.
29(R2=0.
99),表现出本地泉水与大气降水关系线在斜率和截距上均有差异,进一步说明本地泉水除受降水补给外,还受其他因素的影响.
222森林和梯田景观类型下的泉水来源将森林图2不同地区大气降水线和本地泉水线Fig.
2Localmeteoricwaterline(LMWL)indifferentregionsandthelocalspringwaterlineinthestudyarea.
和梯田景观类型下泉水和雨水的同位素δ18O和δD值进行两两相关分析表明,森林泉水与大气降水δ18O和δD值的相关系数分别为0.
76和0.
82,梯田泉水与大气降水的相关系数分别为-0.
24和-0.
36,梯田泉水与森林泉水的相关系数为-0.
07和-0.
16,说明森林泉水与大气降水显著相关,但梯田泉水与降水、森林泉水的相关性均不显著,这与研究区景观要素的垂直分布格局导致的生态水文过程有关,即森林区泉水位于山顶,主要由降水补给,而梯田位于森林之下,由大气降水、河水、梯田水、地下水等多种水源补给,其同位素混合作用强烈,因而与降水和森林区泉水的相关性均较弱.
23森林和梯田景观类型下的泉水同位素效应231森林区泉水的同位素季节变化森林内2个样点泉水δ18O和δD值总体分别在-12.
01‰~-10.
57‰和-78.
51‰~-69.
67‰之间,平均值为-11.
28‰和-73.
29‰,与降水δ18O和δD平均值(-10.
11‰和-59.
92‰)比较接近,说明大气降水补给森林泉水过程中受到一定程度蒸发作用的影响.
森林泉水δ18OδD的关系式为:δD=3.
87δ18O-29.
58(R2=0.
81),斜率明显小于本地泉水线的5.
48,这主要是由于森林泉水采样点上游有小水塘且位于林间空地,大气降水经由森林截留、水塘强烈蒸发后下渗补给到地下水出露,导致森林泉水O18漂移程度较高,动力学同位素分馏现象明显,即在蒸发、凝结过程中存在不平衡分馏,较轻的D被很快分馏出去,留下大量较重的O18.
将森林泉水样点同位素值逐月平均可知(表1),森林区泉水δ18O和δD值分别在-11.
98‰~-10.
47‰和-76.
32‰~70.
89‰之间,最高值和最低值仅分别相差1.
51‰和5.
43‰,标准差分别为0.
48和1.
84,说明森林泉水年内变化稳定,不存在明显的季节效应.
因1900m以上无泉水,故未分析海拔效应.
232梯田泉水的同位素季节变化和海拔效应海拔1500和1700m的梯田内4个泉水样点的δ18O和δD值分别在-7.
94‰~-3.
45‰和-56.
13‰~-30.
35‰之间,平均值为-6.
59‰和-47.
42‰,大于降水δ18O、δD的平均值(-9.
82‰、-58.
93‰)和森林泉水δ18O、δD的平均值(-11.
28‰、-73.
29‰),说明梯田泉水同位素存在较大分馏.
梯田泉水δ18OδD关系式为:δD=5.
33δ18O-12.
33(R2=0.
92),斜率接近泉水整体的斜率5.
48,但大于森林泉水的斜率3.
87,说明梯田泉水受到多种补给水源的影响,水体混合作用强烈,这与本流域中下部梯田区具有孔隙2032应用生态学报28卷表1梯田区各采样点泉水同位素值统计Table1Statisticsofspringwaterisotopevalueofeachsamplingpointinriceterracearea海拔Altitude(m)采样点Samplingpointδ18O(‰)最小值Minimum最大值Maximum平均值Average标准差SDδD(‰)最小值Minimum最大值Maximum平均值Average标准差SD15001-7.
14-3.
45-6.
441.
01-51.
93-30.
35-46.
605.
182-6.
78-5.
33-6.
120.
40-49.
60-41.
69-44.
922.
4317003-7.
39-6.
55-6.
890.
23-53.
80-46.
33-48.
951.
794-7.
94-6.
29-6.
910.
43-56.
13-45.
55-49.
222.
9419005-12.
01-10.
36-11.
250.
51-76.
46-69.
67-73.
042.
276-12.
20-10.
57-11.
310.
43-78.
51-71.
10-73.
532.
11水、裂隙水交替补给或两者混合形成统一潜水面的水文地质特征相符,因而梯田区泉水斜率大于森林.
将梯田泉水样点同位素值逐月平均(表1),结果表明,梯田泉水δ18O和δD值分别在-6.
93‰~-6.
22‰和-50.
23‰~-45.
71‰之间,平均值为-6.
59‰和-47.
43‰,最高值和最低值分别相差0.
17‰和4.
52‰,标准差分别为0.
19和1.
21,说明梯田区泉水年内变化稳定,无明显季节效应;就不同海拔梯田泉水而言,从梯田1到梯田2泉水δ18O和δD值随海拔的升高逐渐偏负(表1),将样点1、2、3、4测得的各月泉水同位素值分别进行平均,可得梯田1(1500m)处泉水δ18O和δD值分别为-6.
28‰和-45.
76‰,梯田2(1700m)处分别为-6.
90‰和-49.
09‰,可知梯田内δ18O和δD海拔梯度分别为-0.
031‰·(100m)-1和-0.
166‰·(100m)-1,具有海拔效应.
3讨论31森林和梯田景观类型下泉水同位素效应对比如前所述,研究区泉水δ18O和δD值分别在-12.
01‰~-3.
45‰和-78.
51‰~-30.
35‰之间,其中森林泉水处于低值区间且变化幅度较小,梯田泉水处于高值区间且变化幅度较大,梯田泉水比森林泉水更加偏正(图3).
一般认为,当地表水体存在强烈蒸发时,大量轻质同位素会被分馏出去,水体中的δ18O和δD会强烈富集,因此说明梯田泉水的动力分馏较森林泉水强.
这是因为流域上部森林覆盖度高、林木高大且具有完善的森林生态系统垂直结构,森林泉水主要由大气降水经植物截留吸收利用并在旱季释放出来补给为主,其次还有大气降水穿透植被层直接渗透入土壤层形成,或蓄积在具有地势高差的串珠状小水塘中而形成多次的出露蒸发下渗的循环补给等生态水文过程.
梯田区则明显不同,哈尼族管理梯田水的方式是常年流水泡田,即一年四季均引水入田保证梯田内水面高度在20~30cm深度,引入的水源有天然出露的泉水、河水和上游来水,而降水则自然截留,且梯田之间有水口相通,因而梯田区的水文过程体现为来源多样的地表水地下水之间的多次循环转化利用,因而梯田区的泉水在地表的停留时间较森林区长,受多次蒸发和利用影响,其同位素分馏和混合作用均比较强烈,故同位素值偏正.
高建飞等[18]在对黄河流域河水的研究也表明,工农业用水引起的径流减少和水体多次循环使用、长时间停留地表导致的进一步蒸发作用的叠加影响,会使黄河水δ18O和δD线性关系方程的斜率明显小于大气降水斜率的结论也说明了这一点.
32森林和梯田景观类型间的泉水同位素海拔效应对比由图1c和图3可见,在海拔1500~1900m的图3不同海拔森林和梯田泉水δ18O和δD值的变化Fig.
3Changesofδ18O和δDofspringwaterwithinforestsandriceterracesatdifferentaltitudes.
30327期角媛梅等:哈尼梯田区优势景观类型对泉水氢氧同位素效应的影响400m高差范围内,景观类型经过了梯田1梯田2森林的变化,且δ18O和δD值随海拔升高逐渐偏负.
计算表明,全体泉水δ18O和δD值的海拔梯度分别为-0.
125‰·(100m)-1和-0.
688‰·(100m)-1,这与邢晓红等[19]在哈思山的18O的海拔梯度为-0.
118‰·(100m)-1基本相同;而梯田1到梯田2泉水δ18O和δD值的海拔梯度分别为-0.
031‰·(100m)-1和-0.
166‰·(100m)-1,18O海拔梯度比哈思山低3倍左右,说明同一景观类型下,泉水的同位素海拔梯度变化较小;但从梯田2到森林的泉水δ18O和δD值的海拔梯度则为-0.
219‰·(100m)-1和-1.
21‰·(100m)-1,18O海拔梯度是哈思山的2倍,如果按照梯田区海拔梯度为计算标准,则森林样点泉水同位素海拔梯度是梯田区梯度的7倍,充分说明景观异质性对泉水同位素海拔效应有较大影响.
杨永刚等[20]在马粪沟流域各类水体同位素的研究也表明,流域内降雨很少产生地表径流直接补给河流,而是经过各景观带下渗,转换成壤中流、裂隙孔隙水或地下径流后才汇入河道,完成了"径流补给径流排泄"的水文循环过程,流域各景观带在流域产汇流中通过影响混合和蒸发过程而对同位素效应产生影响.
33森林和梯田景观类型下泉水氘过量对比氘盈余(又称氘过量)由Dansgaard[21]提出并定义为:d=δD-8δ18O,用于反映氢氧同位素组成偏离全球大气降水线的程度.
研究区泉水氘盈余量平均为9.
17‰,接近全球值10‰[21],梯田1和梯田2泉水的氘过量参数平均值分别为4.
46‰和6.
09‰,均小于全国大气降水线的氘过量参数8.
2‰[22]和全球的10‰,但森林平均值为16.
97‰,是全国的2倍多,说明森林泉水的氢氧同位素组成偏离全球大气降水线程度较梯田泉水大,显示梯田泉水和森林泉水的分馏情况不同.
根据顾慰祖等[15]整理氘盈余在中国的分布数据来看,研究区处于西南高值区,研究区雨水d值范围(10‰~30‰)大于云南昆明(11‰~16‰)、贵州遵义(4‰~15‰)等地的雨水氘盈余值范围.
众所周知,氘盈余值的主要控制因素是水源区的水体表面温度、风速和相对湿度等,此外,也与水汽的输送、混合及云下蒸发有关.
研究区地处热带中山地带,气温较高,根据设置的气象站可知,2015年平均气温为15.
39℃,相对湿度>90%.
根据Schotterer等[23]对北美五大湖区氘盈余与水汽源区关系的研究可知,来自大陆盆地和途经内陆地的干燥水汽的显著增加,或者下降雨滴的再蒸发,必然导致降水氘盈余的增大.
由此推知,研究区可能存在局地水汽循环,研究区梯田大面积水体的蒸发,以及雨滴的云下二次蒸发使得较轻的同位素分子重新返回水汽,导致降水氘盈余的增大.
研究区不同景观类型所处位置不同,地下水来源不同,所以氘盈余值也存在差异.
就海拔位置来说,森林区海拔较高,地下水主要源自大气降水,因此继承了降水d值偏高的特点,但受蒸发作用影响使其d值小于降水;梯田区海拔较低,地下水混合作用较强,除大气降水外,梯田区大面积的地表水体是其地下水主要补给水源,这部分水体在地表停留时间较长,蒸发强烈,水中大量的轻质同位素被分馏出去,重同位素较富集.
同时,这些在低海拔分馏出去的轻同位素有补给到高海拔的降水中,使得高海拔降水的d值偏大,从而高于其他地区.
此外,研究区氘盈余值呈现出随海拔升高而增大的情况,与甘义群等[24]测得的黑河流域浅层地下水氘盈余值呈现出随海拔升高而增大的趋势一致,且在高海拔上研究区与黑河流域的氘盈余值范围基本一致,因为两地泉(地下)水均源自降水.
但1800m以下研究区d值范围大于黑河流域,且氢氧同位素值更加偏负,因为两地在低海拔的补给水源不同.
研究区地表径流发达,大量地表水在强烈分馏后又补给到泉水中,补给过程中同位素分馏和混合作用均强,而黑河流域高山泉水补给过程中同位素分馏和混合作用弱.
4结论哈尼梯田区全福庄河小流域较低海拔梯田(1500m)、较高海拔梯田(1700m)和高海拔森林(1900m)下的泉水和雨水氢氧同位素的组成特征、海拔效应以及与景观的联系具有以下特点:(1)研究区景观中的优势类型是森林和梯田,两者面积分别占景观总面积的66.
6%和22.
1%,其垂直格局是森林在上、梯田在下;研究区泉水δ18O和δD的组成及泉水线的斜率和截距表明,泉水除受降水补给外还受到景观内其他同位素值偏正的水源补给;相关分析表明,景观位置较高的森林区泉水主要由降水补给,森林泉水与大气降水δ18O和δD值的相关系数分别为0.
76和0.
82,相关性较高.
(2)位于森林之下的梯田泉水受大气降水、河水、梯田水、地下水等多种水源补给,其同位素混合作用强烈,因而与大气降水、森林泉水同位素值的相关性均偏低.
4032应用生态学报28卷(3)海拔效应分析表明,泉水整体δ18O和δD海拔梯度分别为-0.
125‰·(100m)-1和-0.
688‰·(100m)-1,其中森林梯田间泉水同位素海拔效应显著,表现为梯田2到森林海拔梯度为-0.
219‰·(100m)-1和-1.
21‰·(100m)-1,但梯田内部不显著,表现为梯田1到梯田2的海拔梯度是-0.
031‰·(100m)-1和-0.
166‰·(100m)-1.
(4)研究区氘盈余值呈现出随海拔升高而增大的现象,这与黑河流域的d值变化基本一致,但在海拔高的森林区泉水氘盈余值明显大于梯田区,这与研究区特殊的景观格局和同位素循环过程有关.
综上所述,在哈尼梯田小流域景观尺度上,优势景观类型的垂直分布格局对泉水氢氧同位素的组成和分馏混合效应有明显影响,导致森林与梯田间的泉水氢氧同位素海拔效应比梯田内部显著,这是因为不同景观类型下补给泉水的降水、地表水、地下水的循环转换过程不同.
总之,优势景观类型对泉水氢氧同位素效应具有显著影响,未来应量化哈尼梯田区不同景观类型下泉水的补给来源与组成,将泉水氢氧同位素作为景观水文过程对景观格局的响应指标,为梯田景观的水源稳定性和遗产持续发展提供参考.
致谢本文在撰写过程中,得到了云南师范大学高原湖泊生态与全球变化重点实验室张虎才教授及其团队在同位素测试方面的大力支持,以及清华大学林光辉教授、同济大学刘忠方教授的悉心指导,谨致谢忱!
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GeologicalScienceandTechnologyInformation(地质科技情报),2008,27(2):85-90(inChinese)作者简介角媛梅,女,1972年生,博士,教授.
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Email:ymjiao@sina.
com责任编辑张凤丽角媛梅,刘澄静,刘歆,等.
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