河网水源生态湿地水氢氧同位素分异特征

来源：环境科学杂志2021年第1期北京时间：

作者：杨婷,王阳,徐静怡,吴萍,王为东

单位：中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085,中国科学院大学资源与环境学院, 北京 100049,中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085,中国科学院大学资源与环境学院, 北京 100049,中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085,中国科学院大学资源与环境学院, 北京 100049,中国农业大学资源与环境学院生态系, 北京 100094,嘉兴市水利水电勘察设计研究院, 嘉兴 314001,中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085

摘要：为揭示河网水源生态湿地中水力流程沿途和植物床-沟壕系统内部水同位素分异特征，于2019年8月夏季湿雨期，沿水力流程梯度采集嘉兴市石臼漾湿地、贯泾港湿地、海宁市长水塘湿地和泰山港湿地这4个根孔型水源生态湿地上层水样，于2020年1月冬季干冷期采集泰山港湿地植物床-沟壕系统内部沟壕上层水样和植物床潜水样品.测定氘（δD）和δ18 O丰度，运用同位素技术和数理统计方法解析湿地水体水同位素分布和组成特征，并探明植物床-沟壕系统对水同位素分异的影响.结果表明：①河网水同位素时空变化很大程度上受到不同水源补给和蒸发富集作用的影响，湿地敞水区水线与邻近区域大气降水线相比，湿地区水氢氧同位素呈现富集特征；②通过多种数理统计手段结合散点图并做模型假设诊断分析，发现在4个湿地的区域尺度和每个湿地内部的局域尺度，水氢氧同位素丰度及组成在垂向维度和水平维度大多呈现复杂的非线性变化，在区域尺度上，垂向维度的水位高程较水平维度的水力流程长度对水同位素的分布影响更大，而在局域尺度内，水力流程驱动的影响往往更大；③异质性较强的湿地根孔生态净化区相较于其他功能区其水同位素相对更加富集；④由芦苇等根系发达的植物所形成的地下大孔隙网络、富含粘土的基质土壤和植物床上的植物对湿地水氢氧同位素丰度具有显著影响，因此，在植物床-沟壕系统内部，出水侧的低位小沟相较于进水侧的高位小沟其水同位素偏轻；⑤植物床-沟壕系统中水同位素丰度的突变点可能预示着水体净化的拐点；⑥植物床-沟壕系统潜水中氘盈余（d-excess）明显高于沟水相应值，且潜水变异系数远大于沟水，湿地根孔生态净化区的氘盈余呈现夏季湿热雨季偏负、冬季干冷旱季偏正的季节性差异，反映了湿地水汽来源的季节性差异和内部同位素分馏行为的空间差异.研究结果为人们认识人工湿地中水同位素分布特征、水力流态及提升湿地运行效果提供参考依据，并为探索湿地水质提升关键技术提供新思路.本研究表明水同位素技术在剖析湿地水文学方面具有可靠的巨大潜力.

关键词：构筑根孔湿地,植物床-沟壕系统,氢氧同位素,水力流程梯度,潜水,嘉兴河网地区,