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黄土高原丘陵沟壑区沟道水资源利用模式初探
高鹏;蒋定生
【期刊名称】《水土保持研究》
【年(卷),期】2000(7)2
【摘要】黄土高原丘陵沟壑区干旱缺水 ,要让有限的水资源支撑当地的生态农业建设 ,就要高效利用有限水资源 ,提高单位水的利用效率。
通过在延安市燕儿沟的生产实践证明 ,在沟道中兴建截潜流工程 ,引水上山 ,发展坡地果园和保护地蔬菜微灌 ,是高效利用当地有限水资源的一种重要模式。
【总页数】3页(P77-79)
【关键词】黄土高原;水资源;截潜流;微灌;利用模式
【作者】高鹏;蒋定生
【作者单位】中国科学院水利部水土保持研究所
【正文语种】中文
【中图分类】S273.1
【相关文献】
1.黄土高原丘陵沟壑区土壤水资源平衡利用与生态植被可持续发展 [J], 孙宝胜;杨开宝;拓文俊
2.黄土高原丘陵沟壑区沟道土地整治潜力评价 [J], 何立恒;冯婉玲;杨强
3.黄土高原丘陵沟壑区生态用水资源利用研究 [J], 姚进忠;尚新明;吴祥林
4.黄土高原丘陵沟壑区水资源高效利用技术试验研究 [J], 王健;孟秦倩;吴发启
5.黄土高原丘陵沟壑区小流域水资源合理利用模式研究——以韭园沟示范区为例[J], 代锋刚;蔡焕杰;孟毅;田永宏;王宏兴
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3 水土流失的危害水土流失对于国民经济和社会可持续发展是一个严重的障碍，而黄土高原的水土流失已经发展到了十分严重的程度，水土资源的破坏，直接导致生态环境恶化，影响工农业的发展，成为人类生存环境的大敌。
3.1 破坏土地资源，威胁人类生存基础。
土地是人类最基本的物质基础，是农业生产的基础资源，是生态环境系统中得基本元素。
黄土高原日益严重的水土流失使土地资源遭受到了极为严重的持续性破坏，进一步导致地表支离破碎，地表物质沙化。
由于流失冲击使基岩裸露，造成土地大面积损失，从而直接威胁黄土高原人民群众的生存基础。
4.1.2 土壤土壤是侵蚀的对象,又是影响径流的因素,因此,土壤的各种性质都会对侵蚀产生影响。
结构良好的土壤中,有适宜的水、气热条件,利于作物的生长;反之结构不良的土壤中,其水、气、热条件差,不利于作物的生长。
土壤容易遭受侵蚀的原因有两种,一是土壤分散,二是土壤的透水性不良,雨水的入渗速度慢,使地面极易形成径流。
黄土高原大部地区为黄土所覆盖,厚度一般为100～200m。
土壤中砂粒及粉砂粒含量多、粘粒少、颗粒间粘结力弱、稳定性差,易遭水蚀和风蚀。
黄土高原线状侵蚀,特别明显和强烈,黄土高原土壤抗冲性强弱是导致水土流失的一个很重要的因素,所以研究其抗冲性和抗蚀性,对水土流失的制约因素具有很重要的意义。
通常人们利用土壤的抗蚀性和抗冲性做为衡量土壤抵抗径流侵蚀的能力。
土壤愈粘重,胶结物愈多,其抗蚀性愈强,腐蚀质能把土粒胶结成稳定团聚体,因而含腐殖多的土壤抗蚀性强。
凡植被较好和梢林茂密的地方,枯枝落叶层厚,结构松软其土壤抗冲刷能力极强,抗冲刷系数均在98L. s/ g 以上,土壤质地较粘重,小于0. 01mm 的物理性粘粒含量为30 %～45 %,土体不易在水中分解,土壤抗冲性较强,土壤抗冲刷系数介于0. 262L. s/ g～1. 412L. s/ g 之间,多见黑垆土与土娄土土壤;凡植被稀疏气候干旱,生态脆弱、环境恶劣,土壤质地松散,土壤抗冲性较差,小于0. 01mm的物理性粒含量仅为5 %～10 % ,土壤沙化严重,土壤抗冲刷系数仅为0. 010L. s/ g～0. 047L. s/ g。
黄土土壤孔隙结构对水汽运移的影响机制研究摘要：黄土土壤是中国北方广泛分布的一种重要土壤类型，其广泛应用于农业生产和水资源管理中。
黄土土壤具有特殊的孔隙结构，这对水汽运移具有重要影响。
然而，目前对于黄土土壤孔隙结构如何影响水汽运移的机制尚不十分清楚。
因此，本研究旨在探讨黄土土壤孔隙结构对水汽运移的影响机制，以深入了解该土壤类型的水文过程，并为相关领域的土壤水分管理提供科学依据。
关键词：黄土土壤；孔隙结构；水汽运移；影响机制黄土土壤是中国北方地区主要的土壤类型之一，其孔隙结构对于土壤水分和植物生长具有重要影响。
水汽运移作为土壤水分循环的关键过程，对于保持土壤水分平衡、满足植物生长需求至关重要。
因此，研究黄土土壤孔隙结构对水汽运移的影响机制具有重要理论意义和实际应用价值。
一、黄土土壤孔隙结构的特点黄土是一种典型的土壤类型,在中国广泛分布。
它形成于地质年代相对较长的时间里，经历了多次风沙作用和古土壤的堆积。
黄土土壤由于其独特的形成过程和构成，使其具有特殊的孔隙结构。
首先，黄土土壤的形成和构成对其孔隙结构产生了重要影响。
黄土主要来源于风沙的堆积沉积和风力运动的作用，因此其颗粒大小相对较大，呈现出疏松的结构。
这导致黄土土壤中的孔隙普遍较大，并且孔隙之间存在着连接通道，使水汽能够更容易在土壤中运移。
其次，黄土土壤中的孔隙结构特征也决定了其对水汽运移的影响。
黄土土壤孔隙结构呈现出复杂多样的特点。
研究发现，黄土土壤中存在着大孔隙和小孔隙之间的差异。
其中，大孔隙主要由土壤颗粒之间的间隙形成，而小孔隙则是由于胶结作用和颗粒聚结造成的。
由于大孔隙具有较大的连通性，水汽能够在其中相对较快地运移；而小孔隙则具有较高的保水性，有利于土壤储存水分。
最后，黄土土壤孔隙结构与水汽运移之间存在着紧密的基本关系。
黄土土壤中的孔隙结构对水汽运移的影响主要体现在以下几个方面。
首先，孔隙结构的大小和形状直接影响着水汽的渗透和扩散速率，从而影响土壤中的水分运移。
考点黄土高原黄土的成因和地表千沟万壑的成因黄土高原黄土的成因——黄土堆积。
黄土主要来源于风力携带北方泥沙沉积形成。
地表千沟万壑的成因——流水侵蚀。
黄土高原夏季暴雨集中，黄土土质疏松，流水侵蚀严重【拓展提升】1．阅读图文材料，完成下列要求。
黄土高原地区历史上水土流失严重、生态问题突出，致使农业生产广种薄收、单产较低。
近50年来，我国对该区域进行了大规模的综合治理，并取得举世瞩目的成就建淤地坝（图），即在沟道内筑坝、拦泥淤地，就是其中一项重要举措。
但在不同阶段，黄土高原的治理模式和主要措施存在较大差异（表）。
表为不同时期黄土高原的治理模式及主要措施（2）比较建坝淤地和植树种草在水土流失治理过程中所发挥作用的差异。
（3）结合材料，总结我国在黄土高原综合治理方面所取得的成功经验。
【答案】（1）缓解水土流失；增加耕地面积，保障粮食供应。
（2）建淤地坝：拦截沟谷泥沙，减少沟道侵蚀；植树种草：提高植被覆盖率，减少坡面侵蚀。
（3）以保护和恢复自然环境为第一要务；综合运用生物、工程、经济等措施解决问题；治理措施的选择要因地制宜、因时制宜；一定条件下适度减少人为干扰，充分发挥自然恢复的作用。
【分析】（1）黄土高原人地矛盾突出，导致水土流失严重，为治理水土流失，修建梯田，可以减缓坡度，减轻水土流失，增加粮食产量，保障粮食供应。
（2）淤地坝属于工程措施，其主要作用重在拦截沟道里面的泥沙；植树种草属于生物措施，其主要作用主要是通过提高植被覆盖率，降低坡面径流的流速，减少破面的侵蚀。
（3）由表格内容可知，黄土高原治理的目的是保护黄土高原地区的自然环境；一定条件下适度减少人为干扰，充分发挥自然恢复的作用；淤地坝、植树种草等措施体现的是工程措施、生物措施等不同方面的治理措施，也体现了因地制宜的原则。
2．阅读图文材料，完成下列要求。
北洛河地处黄河中游，流域内植被物种多样性丰富，但因水土流失严重，生态环境脆弱。
1970年以来，黄土高原开展了大规模的梯田和淤地坝建设，1999年以来又大力实施退耕还林（草）工程。
陇中黄土高原典型人工林土壤水文过程研究陇中黄土高原典型人工林土壤水文过程研究近年来，全球气候变化与人类活动的影响，使水资源管理成为一个不可忽视的问题。
土壤水文过程对于水资源的利用和管理具有重要意义，特别是在陇中黄土高原等独特的地理环境中。
本文将重点研究陇中黄土高原上的典型人工林土壤水文过程，探讨其对水资源管理的影响。
首先，我们需要了解人工林的特点。
人工林的建设是人类为了获得经济利益而进行的树木种植活动，其相较于天然林更加密集和集中。
典型的人工林常见于河谷地区和陡坡上，其洼地和低洼区域通常被用作降低洪水风险和保护水源的策略。
因此，人工林在黄土高原上的存在对于保护水资源具有重要意义。
其次，我们需要了解土壤水文过程的基本原理。
土壤中的水分移动受到多种因素的影响，包括降水量、土壤质地、土壤类型、植被覆盖等。
在人工林中，植被覆盖对土壤水分的蓄积和渗漏起着重要作用。
根据之前的研究，植被覆盖可以有效减少降雨径流，同时提高土壤水分的保持能力。
因此，了解人工林土壤水文过程将有助于提出更有效的水资源管理方案。
接下来，我们将进行实地调查和数据分析。
在陇中黄土高原上选择一片典型的人工林作为研究对象。
通过在不同季节和不同降雨事件下的取样观测，我们可以获取土壤含水量、降雨量和径流量等数据。
通过对这些数据的分析，我们可以了解土壤水文过程中的关键因素和机制。
根据我们的研究数据，我们可以得出以下结论。
首先，人工林的存在可以显著降低降雨径流量和洪水风险。
由于植被覆盖，降雨的一部分被拦截并蒸发，减少了径流的产生。
其次，人工林的植被覆盖可以增加土壤含水量，并通过根系吸水和土壤保水能力，为地下水补给提供保障。
这对于陇中黄土高原这样一个干旱地区来说，具有非常重要的意义。
最后，基于我们的研究结果，我们可以提出一些建议和措施。
首先，应继续加强人工林的建设，在黄土高原上进一步增加植被覆盖，以降低洪水风险和保护水源。
其次，应加强土地监测和管理，确保人工林的健康生长和水资源的合理利用。
文章编号:1000-694X (2011)05-1242-05流域生态水文过程与功能研究进展收稿日期:2010-10-04;改回日期:2010-11-19基金项目:国家自然科学基金(91025016,2008ZX07526-002-05);中国科学院西部行动计划项目(KZCX2-XB2-04-03);中国科学院 西部之光 项目(200801244,20070420135)联合资助作者简介:杨永刚(1982 ),男,山西运城人,博士,主要从事同位素生态水文研究。
Email:gangyongyang@杨永刚1,2,肖洪浪1,赵良菊1,侯兰功1,杨秋1,邹松兵1(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所生态水文与流域科学重点实验室,甘肃兰州730000; 2.山西大学黄土高原研究所,山西太原030006)摘 要:探讨流域生态系统与水文过程耦合关系及水文机理是当今水科学的前沿问题。
通过阐述流域生态水文过程与生态水文功能的国内外研究进展,同位素技术在生态水文研究方面的应用进展。
提出了应用同位素技术、水化学方法与景观格局分析法相结合来研究流域不同景观带水文过程及生态水文功能,来探讨不同生态系统与水文过程的耦合关系及水文机理,开展流域地下水-土壤-植被作用层水文过程研究。
最后展望了今后的研究趋势和重点研究工作,指出了未来的发展方向。
关键词:生态水文过程;生态水文功能;景观带;同位素中图分类号:X143文献标识码:A生态水文学是一门20世纪80年代以后逐步发展起来的新兴交叉学科,是研究植物如何影响水文过程及水文过程如何影响植物分布生长,描述生态格局和生态过程水文学机制的一门交叉科学[1]。
生态水文学作为水文过程与生态过程耦合研究的一门学科,已成为水文学科最为活跃的前沿领域。
生态水文研究的目的是增加对生态过程与水文过程的理解,为恢复和建立健康生态水文环境提供理论依据。
生态系统格局和生态过程的变化都与水文过程有着密切关系。
黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律与产流计算黄土是我国北方地区常见的一种土壤类型，具有特殊的物理性质和水文特点。
黄土地区土壤含水量消退系数是一个重要的水文参数，它反映了土壤的渗透性和保水能力，对产流过程起着重要的控制作用。
本文将详细介绍黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律和产流计算方法。
黄土地区土壤含水量消退系数是指单位时间内土壤含水量消退的比例，通常用K值表示。
K值的大小取决于土壤的渗透系数、保水能力、土壤湿度等因素。
在黄土地区，土壤的渗透性较差，保水能力较强，因此K值较小。
土壤含水量消退系数的变化规律与气象条件和土壤湿度密切相关。
首先，土壤含水量消退系数随着降雨量的增加而减小。
当降雨量较小，土壤湿度较低时，土壤的保水能力相对较强，土壤含水量消退系数较大；当降雨量逐渐增大，土壤湿度逐渐升高时，土壤的保水能力相对降低，土壤含水量消退系数逐渐减小。
其次，土壤含水量消退系数还受到土壤类型和土壤含水量的影响。
不同类型的黄土具有不同的渗透性和保水能力，因此其K值也不尽相同。
同时，土壤含水量的大小也会影响K值的变化。
当土壤含水量较低时，土壤的保水能力相对较强，土壤含水量消退系数较大；当土壤含水量逐渐增加时，土壤的保水能力相对减弱，土壤含水量消退系数逐渐减小。
产流计算是衡量水文过程的重要指标之一、在黄土地区，产流主要分为地表径流和基流两部分。
地表径流是指以地表途径流出的水分，它的计算可以采用著名的Soil Conservation Service Curve Number (SCS-CN) 方法。
SCS-CN方法将产流计算分为两个步骤：首先根据土壤类型和土壤湿度确定CN值，然后根据降雨量和CN值计算地表径流量。
在进行产流计算时，需根据实际情况确定土壤类型和土壤湿度，并选择相应的CN值。
在黄土地区，CN值一般较低，通常在40-80之间。
选择合适的CN值可以更准确地估计产流量，提高水资源的利用效率。
总结来说，黄土地区土壤含水量消退系数受到降雨量、土壤类型和土壤湿度的影响，其变化规律与这些因素密切相关。
黄土地质与地表过程黄土是我国西北地区的一种特殊地质现象，也是该地区的主要土壤类型之一。
黄土的形成与地表过程密切相关，它不仅是地表地貌演化的产物，也是地球历史长河中的重要见证。
本文将从黄土的形成机制、地表过程与黄土的关系以及黄土的地质意义等方面进行探讨。
黄土的形成主要与气候、地质构造和植被等因素密切相关。
在地质构造方面，黄土的形成与黄土高原地区的地壳抬升和断裂活动有关。
随着地壳的抬升，黄土高原地区逐渐形成了高原和山地地貌，这种地形的特点使得水分难以排泄，导致了地表水分累积，进而促进了黄土的形成。
在气候方面，黄土高原地区气候干燥，降水稀少，这导致了地表水分的蒸发速度快于降水速度，形成了水分的亏缺。
同时，黄土地区的植被覆盖率低，植物根系少，这使得地表土壤结构松散，容易发生水分的下渗，最终形成了黄土。
地表过程对黄土的形成和演化起着重要的作用。
地表过程包括风蚀、水蚀、冻融等自然力量的作用，这些力量使得黄土发生破碎、迁移和沉积等变化。
风蚀是黄土形成的重要过程之一，强风会将地表的黄土颗粒吹起并迁移，最终沉积在其他地方形成新的黄土层。
水蚀也是黄土形成的重要过程，降雨会使得黄土表层发生侵蚀，形成沟壑和沉积物。
冻融作用则是由于地表温度的变化引起的，冻融过程会导致黄土的破碎和迁移，进而形成新的黄土层。
黄土不仅仅是地表地貌的产物，还具有重要的地质意义。
黄土是地球历史长河中的重要见证，通过对黄土的分析和研究，可以了解到地球的演化过程和环境变化。
黄土中保存有丰富的古地磁信息，可以用来研究地球的历史磁场变化。
此外，黄土中还保存有大量的古植物和古动物遗骸，可以用来研究古生物演化和古气候变化。
黄土还是研究古环境变化和古地理的重要材料，通过对黄土的研究，可以揭示出古地理环境的变化过程。
黄土的形成与地表过程密切相关，它不仅是地表地貌演化的产物，也是地球历史长河中的重要见证。
黄土的形成与气候、地质构造和植被等因素密切相关，地表过程对黄土的形成和演化起着重要的作用。
土壤物理结构演化与水热盐运移过程耦合模式土壤物理结构的演化和水热盐运移的过程，听起来像是个科学实验，但其实它就像大自然的一个神秘舞蹈，演绎着土地的故事。
想象一下，阳光洒在大地上，温暖而又懒散，像是在给每一寸土壤都加上一层金色的薄纱。
大地不再是简单的泥土，而是成了一个活生生的生态系统，每一粒土壤都在忙碌着，仿佛在说：“嘿，我也有我的角色！”当水分渗透到土壤里，那种感觉就像是一个小孩子在跳水，欢快又无忧无虑。
水不仅是生命的源泉，也是调节土壤的“魔法师”，让干旱的土地重新焕发生机。
不过，水分的运移可不是简单的下雨就好了。
想象一下，一个贪婪的小水滴，它从天而降，落在一片干旱的土地上。
哇，那感觉简直爽到飞起！可这小水滴在土壤里也得找到“出路”，要顺着土壤的缝隙流动，有时顺利，有时却会遇到障碍。
这个过程就像是“水的冒险”，水滴们得绕过各种小石头，穿过紧密的土层，偶尔还会迷路。
要是运气不好，还可能被盐分给困住，盐就像个狡猾的家伙，趁机在土壤里安营扎寨，让本来活泼的水滴变得无精打采。
想象一下，小水滴心里那个“咕哝”，真想找个人抱怨两句。
再说说土壤的物理结构，嘿，别小看它。
其实土壤就像一个大家庭，各种成分和谐相处，有的亲密无间，有的却有点紧张。
土壤颗粒之间的空间就像是朋友之间的交际圈，过于紧密就显得压抑，过于松散又显得散漫。
这种结构演化，就好比是人际关系的变迁，随着时间的推移，土壤的构成也在不断变化。
就拿根系来说吧，植物的根系就像是土壤的“社交明星”，它们通过不断吸水、吸养分，慢慢地改变土壤的结构，让整个生态系统都变得更加友好。
盐分的运移也是个有趣的话题，盐分在土壤里的移动就像是个小调皮，常常“调皮捣蛋”。
它们可以随着水的流动到处跑，但有时又喜欢在某些地方扎根，就像是“隐形的霸主”。
想象一下，某一天，你在田里忙活，突然发现一片地方的植物长得特别不好，咦，原来是盐分“发威”了。
这就像在和邻居闹矛盾，彼此不理，但其实都是为了争夺那一小块“幸福”的土地。
第27卷第4期2016年7月水科学进展ADVANCES IN WATEＲSCIENCE Vol．27，No．4Jul．，2016DOI ：10.14042/ki.32.1309.2016.04.006黄土高原丘陵沟壑区包气带土壤水运移过程杨永刚1，2，李国琴1，焦文涛2，黄磊3（1.山西大学黄土高原研究所，山西太原030006； 2.中国科学院生态环境研究中心，北京100085；3.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃兰州730000）摘要：包气带土壤水运移过程是黄土高原生态修复中亟需回答的关键科学问题。
环境同位素方法可获取其他方法难以获取的水文过程信息。
通过对黄土高原丘陵沟壑区羊圈沟小流域降水、包气带0～150cm 土壤水和绣线菊（Spi-raea salicifolia ）木质部水等样品的同位素δD 和δ18O 进行测定。
结果表明：羊圈沟小流域降水同位素组成受蒸发作用影响较大，呈现明显分馏效应。
包气带土壤水、降水与木质部水同位素组成存在明显月份变化特征。
降水是土壤水的主要补给来源，灌丛的水分利用来源主要为降水和土壤水，符合降水-土壤水-植被水的运移特征。
灌丛木质部水和20 40cm 土壤水δD 和δ18O 最为接近，20 40cm 土壤水是灌丛水分利用的主要来源。
研究揭示了包气带土壤水运移过程及植物水分利用来源，为土壤水运移过程、模型结构与参数识别等提供科学依据。
关键词：土壤水；木质部水；水分来源；黄土高原；包气带中图分类号：S152.7；X143文献标志码：A 文章编号：1001-6791（2016）04-0529-06收稿日期：2015-11-27；网络出版时间：2016-06-22网络出版地址：http ：// /kcms /detail /32.1309.P.20160622.2215.010.html基金项目：国家自然科学基金重大资助项目（41390464）；中国博士后科学基金（2014M550095）作者简介：杨永刚（1982—），男，山西运城人，副教授，博士后，主要从事土壤水文与同位素水文方面研究。
E-mail ：yygsxu@包气带土壤水作为降水、地表水、植物水、地下水转化的纽带，其运移过程在生态系统修复重建中至关重要。
由于包气带土层深厚，水文过程复杂，目前包气带土壤水运移过程模拟研究还较薄弱。
近年来，随着同位素方法在生态水文学中的广泛应用，特别是对生态系统主要生态过程和水文过程的定量刻画，为土壤水运移过程甄别提供了有效手段，可通过测定在不同水体中的同位素组成，揭示各水体的转换路径、补给来源以及利用比例等［1-5］。
目前研究通过测定降水、地下水、地表水、土壤水中的氢氧同位素组成，研究水分的补给来源和转化规律［6-7］。
根据监测数据，结合活塞流指数模型、指数模型、弥散模型、线性模型和线性活塞流模型等模型模拟，来研究土壤水运动特征。
黄土高原生态修复主要受水分条件制约，决定了植被的构成与分布［8-10］。
黄土高原地下水埋藏较深，对植被补给甚微［11-12］，降水转化的土壤水即成为植被赖以生存的基础［13-14］。
草地和灌丛是黄土高原地区分布最为广泛的植被系统，面积达31.78万km 2，占总面积50%左右。
草灌生态系统能否持续健康是黄土高原生态建设中亟需回答的问题［15-16］。
本研究通过分析黄土高原丘陵沟壑区包气带不同深度土壤水、植物根系、木质部等的同位素δD 和δ18O 特征，解析其变化规律，揭示土壤水运移过程，甄别植物水分来源，为黄土高原丘陵沟壑区的生态修复建设提供理论基础和科学依据。
1研究区概况羊圈沟小流域（36ʎ41'30ᵡN —36ʎ42'45ᵡN ，109ʎ30'40ᵡE —109ʎ31'45ᵡE ）位于延安市宝塔区李渠镇，总面积202km 2，属于典型黄土丘陵沟壑区，基本地貌类型为黄土梁和黄土沟，土壤类型以黄土母质上发育的黄绵土为主，因坡度较陡（最大为72.6ʎ，平均为29.5ʎ），水土流失严重（图1）。
该流域平均海拨为1050 1295m ，属温带半干旱大陆性季风气候，多年平均降水量为535mm ，多集中在7—9月，且年际变率大。
由530水科学进展第27卷于人为活动干扰，该流域内自然植被已被严重破坏，当前植被多为人工种植形成的次生植被［17］。
图1羊圈沟小流域地理位置与样点Fig.1Location and sample sites in the Yangjuangou catchment2研究方法2.1样品采集及现场测定根据羊圈沟小流域立地条件，选择优势种绣线菊为研究对象，采集不同深度植物根系与木质部以及其土壤剖面0 150cm的土壤。
在植物生长季（5—10月），采集10cm、20cm、40cm、60cm、80cm、100cm、120cm和140cm深度位置土壤及绣线菊根、茎样品。
土样和植物样于－20ħ条件下冷藏密封保存。
每间隔10cm利用TＲIME-T3土壤剖面含水量测量系统（IMKO，德国）监测土壤水分，并于采样的同时利用时域反射仪（TDＲ）现场测定这8个深度的土壤含水量，测定重复6次。
降水样用降水同位素采集器取样后，立即密封于样品瓶中，于4ħ冷藏保存待测。
2.2实验室分析测定低温真空蒸馏法（抽真空至60MT以下）提取采集的土壤、木质部、根系与枝条等样品的水分，通过加热套加热到105ħ以后汽化，汽化后的水汽在－50ħ（液氮）用冷冻水分收集管收集。
同位素比值用重同位素含量与轻同位素含量之比表示，用样品同位素比值与标准样品同位素比值的千分偏差值（δ）来表示元素的同位素含量。
δD和δ18O用GV ISOPＲIMETM型气体同位素比值质谱仪在线测定，δ18O和δD的实验误差分别为ʃ0.1ɢ和ʃ0.46ɢ。
上述测定均在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所进行。
对各类样品同位素数据进行相关分析，并对土壤含水量数据进行统计分析，测得平均值和标准差。
3结果与讨论3.1降水氢氧同位素组成分析羊圈沟小流域降水的同位素D组成变化范围为－122.6ɢ －66.8ɢ，平均值ʃ标准差为－65.86ɢʃ8.06ɢ；δ18O变化范围为－17.64ɢ －5.98ɢ，平均值ʃ标准差为－9.31ɢʃ1.05ɢ。
根据所测的δD和δ18O拟合出羊圈沟小流域当地降水线（LMWL），并与全球降水线（GMWL）进行比较：当地降水线（LMWL）：δD=7.62δ18O+5.03（Ｒ2=0.99）（1）全球降水线（GMWL）：δD=8.17δ18O+10.35（Ｒ2=0.98）（2）分析表明，羊圈沟小流域的LMWL斜率和截距均小于GMWL，说明该流域降水同位素组成在降水过程中受到一定的蒸发分馏作用影响。
羊圈沟小流域属黄土丘陵区，远离海岸，空气湿度相对较低。
因此，降水第4期杨永刚，等：黄土高原丘陵沟壑区包气带土壤水运移过程531过程中受蒸发作用影响，加上气温高，蒸发量大，同位素之间的平衡被破坏，产生非平衡蒸发。
截距随斜率减小而降低说明该区域气候干燥，空气湿度低，存在二次蒸发，导致重同位素在降水中富集［18-20］。
3.2土壤水运移过程羊圈沟流域不同深度土壤水δ18O 和δD 变化范围分别为－15.63ɢ －5.65ɢ和－87.59ɢ －36.67ɢ，平均值ʃ标准差分别为－10.88ɢʃ1.23ɢ和－75.31ɢʃ6.36ɢ。
在0.05显著水平上，降水和土壤水δ18O和δD 显著相关（p =0.035，Spearman 相关系数）。
包气带土壤水同位素组成分布在当地降水线附近（图2），图2羊圈沟小流域降水、土壤水与木质部水同位素组成特征Fig.2Isotopic compositions of soil water ，xylem water ，and precipitation 说明降水是羊圈沟流域土壤水的主要补给来源，降水下渗后转为土壤水，并受蒸发过程影响，不断富集D 和18O ，使得土壤水D 和18O 含量较高。
降水和土壤水的δ18O 和δD 变化遵循逐渐富集的特征，符合蒸发分馏能力在各类水体中影响其衰减的规律［21］和降水-土壤水的转化途径。
与该流域包气带较厚，地下水埋藏较深，蒸发作用较强，地表径流较少等立地条件相吻合。
绣线菊木质部水的δ18O 和δD 变化范围为－15.58ɢ －6.57ɢ和－110.35ɢ －49.14ɢ，平均值分别为－8.41ɢʃ0.83ɢ和－71.36ɢʃ5.37ɢ。
在0.05显著水平上，土壤水和木质部水δ18O 和δD 显著相关（p =0.042，Spearman 相关系数）。
在0.1显著水平上，降水和木质部水δ18O 和δD 相关（p =0.083，Spearman 相关系数），表明绣线菊主要利用土壤水，降水入渗的水分也是其补给途径。
图2显示木质部水的δ18O 和δD 均位于当地降水线之下，也表明绣线菊吸收的水分来自降水和土壤水两种水源，即水分运移满足降水-土壤水-植物水转化途径。
在植物生长季，降水、土壤水和木质部水三者的同位素组成随月份变化均呈现出相似的变化趋势，降水表现尤为突出（图3）。
自5月份始，降水、土壤水和木质部水同位素δ18O 和δD 均呈现富集趋势，在8月份时达到最高值，之后呈下降趋势。
且9月份和10月份δ18O 和δD 均高于5—7月，这与羊圈沟小流域的气候条件（气温从5月份开始逐渐回升，在8月份达到最高，之后逐渐降低）相吻合。
此外，降水同位素组成变化幅度大于土壤水和木质部水（图3），且在气温最高的8月份与二者有交叉，这是因为羊圈沟小流域降水主要集中在7—9月份，且7—9月份气温变化明显。
土壤水和木质部水变化幅度较为一致，且木质部水的δ18O和δD 均高于土壤水，说明水分运移满足降水-土壤水-木质部水的转化途径，在7—9月份木质部水有降水和土壤水两个补给来源。
图3降水、土壤水与木质部水同位素组成随时间的变化Fig.3Isotopic content changes of soil water ，xylem water ，and precipitation with time不同深度土壤水δ18O 和δD 平均值ʃ标准差在5月份为－13.08ɢʃ0.84ɢ和－98.08ɢʃ5.28ɢ，在7月份为－10.02ɢʃ0.58ɢ和－58.52ɢʃ2.66ɢ，在9月份为－9.95ɢʃ0.67ɢ和－56.13ɢʃ5.61ɢ，呈现出9月＞7月＞5月的变化趋势（图4（a ），图4（b ））。
这3个月土壤含水量平均值ʃ标准差依次为11.04%ʃ1.66%、18.18%ʃ1.82%和23.56%ʃ1.27%，即9月＞7月＞5月（图4（c ））。
5—10月份，降水、土壤532水科学进展第27卷图4不同深度土壤水的同位素组成和土壤含水量Fig.4Isotopic compositions and soil water contents at different depths水和木质部水的氢氧同位素组成由于受蒸发影响强弱不同，而随月份呈现出相同的变化特征。
