孫曉旭,徐 進(jìn),蘇治國(guó)

(1.南京工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院,江蘇 南京 211167; 2.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室,江蘇 南京 210098)

真空蒸餾提取與原位采集對(duì)土壤水氫氧穩(wěn)定同位素值比值的影響

孫曉旭1,徐 進(jìn)1,蘇治國(guó)2

(1.南京工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院,江蘇 南京 211167; 2.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室,江蘇 南京 210098)

為了研究不同采樣方法對(duì)采集的土壤水氫氧穩(wěn)定同位素比值的影響,設(shè)計(jì)了室內(nèi)降水入滲模擬試驗(yàn),收集土柱底部出流水、土壤溶液采樣器原位采集10 cm、40 cm、70 cm、100 cm處的土壤水,在相同層位采集土壤樣品并采用真空蒸餾法提取土壤水。通過(guò)樣品的氫氧穩(wěn)定同位素比值對(duì)比分析可知,降水入滲干燥的土壤過(guò)程中土顆粒優(yōu)先吸附輕同位素,第一個(gè)收集的水分具有最正的氫氧穩(wěn)定同位素比值;真空蒸餾法提取的土壤水是土壤吸濕水和入滲水分的混合,土壤溶液采樣器原位采集的土壤水代表土壤中流動(dòng)的水分,此水分是土壤中可被有效利用的水分。

真空蒸餾提取;原位采集;氫氧穩(wěn)定同位素比值;土壤水

水分在包氣帶中的運(yùn)移是一種非常復(fù)雜的物理和化學(xué)作用過(guò)程,受多種應(yīng)力和多種能量的控制和制約,隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,越來(lái)越多的新方法用于研究包氣帶水分[1]。氫氧穩(wěn)定同位素(D和18O)是一種天然示蹤劑[2-4],其隨水流一起運(yùn)動(dòng),可以很好地表征包氣帶水分的運(yùn)移特征,很多學(xué)者利用土壤水中穩(wěn)定同位素來(lái)追蹤水在土壤中的輸送過(guò)程,提供有關(guān)水在包氣帶中的遷移信息[5-10]。然而包氣帶土壤水的氫氧同位素特征受到降雨入滲、土壤蒸發(fā)、潛水蒸發(fā)等一系列過(guò)程的影響,土壤水分蒸發(fā)和降水入滲過(guò)程與土壤顆粒的性質(zhì)有密切關(guān)系[11-12]。

土壤水受降水入滲、蒸發(fā)作用等共同影響,對(duì)其同位素值的研究有助于了解水分入滲、蒸散發(fā)等一些水文循環(huán)過(guò)程。王仕琴等[13]基于降水、土壤水和地下水的氫氧穩(wěn)定同位素比值研究了華北平原降水的入滲過(guò)程,指出不同降水特征、土壤質(zhì)地和植被條件下入滲過(guò)程是不同的。田日昌等[14]通過(guò)土壤水的穩(wěn)定性同位素值研究了湘西北紅壤丘陵區(qū)土壤水的運(yùn)移特征,同位素分析得出油茶林入滲率受降水量影響明顯,大雨后2～3 d入滲率約為50～ 100 mm/d,之后入滲率明顯減慢,50 cm土層常成為阻隔層,玉米地由于通透性差,入滲率更低。孫曉旭等[15]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M研究了蒸發(fā)和降水入滲過(guò)程水體的氫氧穩(wěn)定同位素比值變化規(guī)律。國(guó)外方面,Hsieh等[16]分析了夏威夷地區(qū)從干旱到濕潤(rùn)地區(qū)一個(gè)斷面的土壤含水率及氧同位素值變化規(guī)律,指出由于降水的同位素值偏負(fù)于土壤水,在雨季土壤水從表層到深層同位素值不斷增加,而在旱季土壤水同位素值隨著深度的增加是不斷偏負(fù)的,并且應(yīng)用土壤含水率及氧同位素值計(jì)算了土壤的蒸散發(fā)量。CAREY等[17]對(duì)比分析了漢諾威6個(gè)地區(qū)降水和土壤水中的δ18O,發(fā)現(xiàn)在大部分土壤剖面中淺層土壤水(lt;20 cm)富集δ18O,主要原因是地表水蒸發(fā)強(qiáng)烈,深部土壤水(gt;50 cm)同位素?cái)?shù)據(jù)表明降水通過(guò)優(yōu)勢(shì)流方式入滲到土壤深部,成功地區(qū)分了土壤中的靜水與動(dòng)水。Kwang-Sik等[18]研究了韓國(guó)濟(jì)州島一年之中降水和3個(gè)不同深度土壤水的氫氧穩(wěn)定同位素比值,分析得出土壤水接受年降水的補(bǔ)給,并且即使在炎熱夏季蒸發(fā)的影響也可以忽略。

然而土壤水同位素研究最重要的前提條件之一是土壤水的提取問(wèn)題,提取的精度對(duì)于結(jié)果有重要影響,必須保證在提取過(guò)程中不能改變土體水分的同位素值。提取土壤水的方法主要包括:真空蒸餾法、共沸蒸餾法、吸式蒸滲儀法、離心過(guò)濾法等。1995年,Aragus-Aragus 等[19]系統(tǒng)研究了真空蒸餾法提取非飽和帶土壤水,試驗(yàn)表明,如果98%以上的土壤水分被提取出來(lái),提取水分的同位素值就能夠代表土壤水的值,對(duì)于砂樣,加熱溫度為100 ℃時(shí)需提取7 h才能保證試驗(yàn)精度。Landona等[20]對(duì)比分析3種方法提取出的砂質(zhì)土壤水的氫氧穩(wěn)定同位素比值,得出3種方法提取的水分占土壤總水分的比例不同的結(jié)論,并且得出第2種方法提取出的水分同位素含量能代表補(bǔ)給到地下的那部分土壤水的同位素值。Figueroa-Johnson等[21]對(duì)比了吸式蒸滲儀法、離心過(guò)濾法和共沸蒸餾法提取出的土壤水的氧同位素含量,得出:對(duì)于砂土離心過(guò)濾和共沸蒸餾法提取出的水分氧同位素值比吸式蒸滲儀法偏負(fù)0.025%,對(duì)于結(jié)構(gòu)好的土壤氧同位素偏負(fù)約0.2%～0.7%,這3種方法有不同的適用范圍。國(guó)內(nèi)方面,耿清國(guó)等[22]對(duì)土壤中不同狀態(tài)的水分采用離心分離法所需的時(shí)間長(zhǎng)短和化學(xué)組成進(jìn)行了研究。王濤等[23]對(duì)共沸蒸餾、真空蒸餾、離心分離、鋅的微量蒸餾4 種土壤水提取技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,并主要分析了真空蒸餾技術(shù)提取土壤水時(shí)需要的溫度和時(shí)間。目前,真空蒸餾技術(shù)被廣泛用來(lái)提取土壤水。土壤溶液取樣器也叫吸力測(cè)滲儀,用于在土壤剖面原位收集土壤溶液樣品。取樣器的核心技術(shù)是取樣頭部分采用了多孔濾膜,可自動(dòng)濕潤(rùn),它不產(chǎn)生吸附,也能避免交叉污染。取樣器被安放在土壤的適宜深度,在最小擾動(dòng)土壤的情況下進(jìn)行周期性取樣測(cè)定?；镜娜悠骱幸粋€(gè)多孔陶瓷頭和一個(gè)樣品收集管。用真空管或注射器抽出真空后,將采樣器放置在真空下即可進(jìn)行采樣。這種取樣器具有使用簡(jiǎn)單方便、能耗低、不擾動(dòng)土壤等一系列優(yōu)點(diǎn)。郝漢舟等[24]采用土壤溶液采樣器(Rhizon-SMS)原位采集了河南平原耕地土壤溶液,研究了重金屬的土水分配行為。張守仁等[25]對(duì)比研究了果樹(shù)根際土壤取樣分析技術(shù),指出土壤溶液取樣器適合于動(dòng)態(tài)研究溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程,但采集樣品量有限,并且要求較高的土壤含水量。時(shí)祥順等[26]通過(guò)設(shè)計(jì)室內(nèi)土柱試驗(yàn),模擬了土壤水入滲情況,采用土壤溶液采樣器原位采集不同層位的土壤水樣品,研究降水入滲過(guò)程中土壤水鹽分的變化規(guī)律。本文就目前廣泛采用的2種土壤水提取技術(shù)(真空蒸餾提取、土壤溶液取樣器原位采集)進(jìn)行研究,對(duì)比分析不同的取樣方法對(duì)土壤水氫氧穩(wěn)定同位素比值的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)試分析

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用高110 cm,內(nèi)徑10 cm的有機(jī)玻璃柱作為容器,為了便于破開(kāi)土柱采集土壤樣品進(jìn)行真空蒸餾法收集土壤水,設(shè)計(jì)將110 cm長(zhǎng)的有機(jī)玻璃柱分成4段,從下往上每一段的長(zhǎng)度分別為20 cm、30 cm、30 cm、30 cm,每?jī)啥沃g通過(guò)法蘭連接。柱子底部是多孔板,使得水分能順利流出。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

土樣采自南京工程學(xué)院校園綠化帶內(nèi),采樣深度距表層10～20 cm,自然風(fēng)干后,磨碎,經(jīng)2 mm的篩子篩分,均勻混合裝袋備用。根據(jù)GBJ 145—1990《土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》,試驗(yàn)所用土樣為粉質(zhì)亞黏土。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和樣品采集

圖2 Rhizon-SMS土壤溶液采樣器Fig.2 Soil solution sampler

在距有機(jī)玻璃柱頂部10 cm、40 cm、70 cm、100 cm處四周開(kāi)采樣孔,采樣孔直徑約1.5 cm。柱子的30 cm、60 cm和90 cm處是法蘭連接處。處理后的土樣均勻充填土柱,水分入滲前采集孔全部用塞子塞住,柱子充填完成后,土壤表層距有機(jī)玻璃柱頂部5 cm。土壤溶液采樣器(Rhizon-SMS,圖2)通過(guò)采樣孔插入土柱中,原位采集土壤水樣品,采樣器型號(hào)為19.21.01,5 cm多孔材料插入土壤中,另外一端連接注射器,可以人工抽取土壤水。土柱頂部連續(xù)降雨,待土柱底部有水流出時(shí),按照出流順序,依次收集重力出流水樣品7個(gè),封存。入滲結(jié)束后,在10 cm、40 cm、70 cm、100 cm這4個(gè)層位原位采集土壤水,為了保持水樣的均勻性,每個(gè)層位在2個(gè)采樣孔同時(shí)采樣,然后混合一起裝入瓶中備用。原位采樣結(jié)束后,土柱靜置48 h,打開(kāi)法蘭,分別在土柱原位采樣的4個(gè)層位處采集土壤樣品并封存,以備真空蒸餾法提取土壤水。

1.3 真空蒸餾法提取土壤水

真空蒸餾法提取土壤水裝置如圖3所示,土壤水在負(fù)壓情況下變成水蒸氣從土壤中揮發(fā)出來(lái),采用液氮冷凝水蒸氣。為了便于控制溫度采用水浴加熱(水體沸騰),提取過(guò)程中溫度保持不變,經(jīng)過(guò)4次條件試驗(yàn)(真空蒸餾提取土壤水后的土壤樣品放在105℃烘箱中烘干8 h,土壤質(zhì)量沒(méi)有損失)得出,水浴加熱情況下,提取120 min,土壤水被完全提取干凈[15]。提取完全后關(guān)閉閥A和閥B,取下液氮,收集的水分常溫下在冷肼慢慢融化,等全部融化后倒入樣品瓶中,封存后放入冰箱。

圖3 真空蒸餾法提取土壤水裝置Fig.3 Soil water extracting device using vacuum method

1.4 樣品測(cè)試分析方法

樣品氫氧穩(wěn)定同位素比值采用穩(wěn)定性同位素質(zhì)譜儀MAT253進(jìn)行測(cè)試,高溫裂解法測(cè)定氫同位素,樣品測(cè)試精度為0.1%,水平衡法測(cè)定氧同位素,樣品測(cè)試精度為0.01%。

2 結(jié)果與討論

土壤溶液取樣器原位采集土壤水、真空蒸餾法提取土壤水氫氧穩(wěn)定同位素比值列于表1，重力水及初始水氫氧穩(wěn)定同位素比值見(jiàn)表2。

從表1和表2可以看出,相同層位的土壤水,真空蒸餾法提取的水分氫氧穩(wěn)定同位素比值均比原位采集的土壤水值偏負(fù)。氫穩(wěn)定同位素比值偏負(fù)在0.4%～1.1%范圍內(nèi),氧穩(wěn)定同位素比值偏負(fù)在0.042%～0.169%范圍內(nèi)。10 cm處的樣品氫氧穩(wěn)定同位素比值最大,后面3個(gè)層位氫氧穩(wěn)定同位素比值較接近,說(shuō)明土壤剖面水分比較均勻,并且10 cm附近的土壤水可能受到了蒸發(fā)的影響,導(dǎo)致氫氧穩(wěn)定同位素比值偏正。

表1 原位取水樣品氫氧穩(wěn)定同位素比值數(shù)據(jù)

表2 重力水及初始水氫氧穩(wěn)定同位素比值數(shù)據(jù)

圖4 不同方法采集的土壤水、重力出流水和初始水的氫氧穩(wěn)定同位素比值關(guān)系Fig.4 Stable ratios of hydrogen and oxygen isotopes of soil water, gravity flowing water and initial water collected by different methods

圖4為不同方法采集的土壤水、重力出流水和初始水的氫氧穩(wěn)定同位素比值關(guān)系圖[27],采用南京地區(qū)降水線:δD=8.47δ18O+17.52。從圖4可以看出,重力出流水樣品氫氧穩(wěn)定同位素比值均比初始水偏正,結(jié)合表2中的氫氧穩(wěn)定同位素比值數(shù)據(jù),可知第一個(gè)出流水氫氧穩(wěn)定同位素比值最大,其余出流水氫氧穩(wěn)定同位素比值隨著出流水量的增加呈現(xiàn)不斷偏負(fù)的趨勢(shì)。在出流水樣品中,第一次出流的樣品最先經(jīng)過(guò)整個(gè)剖面的風(fēng)干土壤,風(fēng)干土壤顆粒僅含有土壤吸濕水,當(dāng)土柱上方有降水入滲時(shí),土壤顆粒分子仍可以吸附一定的水分子,形成薄膜水層,并引起入滲水分發(fā)生同位素分餾[15,19]。同時(shí)，可以看出土壤顆粒優(yōu)先吸附輕的水分子,導(dǎo)致土壤中流動(dòng)的水分氫氧穩(wěn)定同位素比值偏正。

圖4中原位采集土壤水的氫氧穩(wěn)定同位素比值全部落在土柱重力出流水氫氧穩(wěn)定同位素比值范圍內(nèi),而真空蒸餾法提取土壤水的氫氧穩(wěn)定同位素比值中,第一個(gè)樣品由于受到了蒸發(fā)的影響,同位素值偏正,落在了土柱重力出流水氫氧穩(wěn)定同位素比值的范圍內(nèi),其余3個(gè)層位的樣品氫氧穩(wěn)定同位素比值明顯偏負(fù),并且位于初始水氫氧穩(wěn)定同位素比值的左下方。本試驗(yàn)所用土樣為風(fēng)干壤土,土壤在自然環(huán)境下風(fēng)干48 h,土壤中含有吸濕水,在土壤顆粒的分子引力作用下,土顆粒吸附空氣中的水分子在其表面,形成了吸濕水,吸濕水被緊緊地束縛在土粒表面,接近固態(tài)水的性質(zhì),不能呈液態(tài)流動(dòng),也不能被植物根系吸收。孫曉旭等[15]的研究指出,風(fēng)干土壤中土壤吸濕水的氫氧穩(wěn)定同位素比值偏負(fù)(氫氧穩(wěn)定同位素比值分別為-8.14%和-1.034%),本文試驗(yàn)采用的初始水氫氧穩(wěn)定同位素比值分別為-4.87%和-0.721%。因此通過(guò)氫氧穩(wěn)定同位素比值的對(duì)比分析可以看出,真空蒸餾法提取的土壤水是土壤吸濕水和入滲水分的混合。原位采集土壤水氫氧穩(wěn)定同位素比值反映土壤剖面中流動(dòng)水體的氫氧穩(wěn)定同位素特征,此方法收集的土壤水更能代表土壤中可有效利用的水分。

3 結(jié) 論

通過(guò)設(shè)計(jì)室內(nèi)土柱試驗(yàn)?zāi)M水分在包氣帶中的入滲過(guò)程,收集了土柱底部的重力出流水,采用2種方法收集土壤水(土壤溶液取樣器原位采集和真空蒸餾法提取)。土柱底部出流水的氫氧穩(wěn)定同位素比值對(duì)比分析得出降水入滲干燥的土壤過(guò)程中,土顆粒優(yōu)先吸附輕同位素,引起土壤中流動(dòng)的水分發(fā)生同位素分餾,優(yōu)先流出的水分具有最正的氫氧穩(wěn)定同位素比值,隨著出流水量的增加出流水氫氧穩(wěn)定同位素比值呈不斷偏負(fù)的趨勢(shì);土壤溶液采樣器原位采集的土壤水氫氧穩(wěn)定同位素比值落在出流水氫氧穩(wěn)定同位素比值區(qū)域內(nèi),真空蒸餾法提取的土壤水氫氧穩(wěn)定同位素比值明顯比原位采集的土壤水偏負(fù)。因?yàn)檎婵照麴s法提取土壤水時(shí),風(fēng)干土壤的吸濕水也一起被提取出來(lái),導(dǎo)致此方法提取的水分氫氧穩(wěn)定同位素比值偏負(fù)。因此可以看出,土壤溶液采樣器原位采集的土壤水代表土壤中流動(dòng)的水分,此水分是土壤中可被有效利用的水分。

[ 1 ] 楊紅斌.氫氧穩(wěn)定同位素在半干旱地區(qū)包氣帶中的分餾機(jī)制[D].西安:西安科技大學(xué),2014.

[ 2 ] 康萍萍,許士國(guó),禹守泉.同位素溯源解析地下水庫(kù)對(duì)地下水氮分布影響[J].水資源保護(hù),2016,32(5):79-84.( KANG Pingping,XU Shiguo,YU Shouquan. Analysis of influence of underground reservoir on nitrogen distribution through tracing of isotope source[J]. Water Resources Protection, 2016,32(5):79-84. (in Chinese))

[ 3 ] 陳建生,彭靖,詹瀘成,等.鄱陽(yáng)湖流域河水、湖水及地下水同位素特征分析[J].水資源保護(hù),2015,31(4):1-7.(CHEN Jiansheng,PENG Jing,ZHAN Lucheng, et al. Analysis of isotopes characteristics of river water, lake water and groundwater in Poyang Lake Basin[J]. Water Resources Protection, 2015,31(4):1-7. (in Chinese))

[ 4 ] 張文卿,陳建生,姜淑坤,等.基于同位素水化學(xué)分析的松嫩平原大布蘇湖流域地下水補(bǔ)給源研究[J].水資源保護(hù),2017,33(1):9-14.(ZHANG Wenqing,CHEN Jiansheng,JIANG Shukun, et al. Study of recharge source of Dabusu Lake in Songnen Plain based on isotopic and hydrochemical analysis[J]. Water Resources Protection, 2017,33(1):9-14. (in Chinese))

[ 5 ] 劉君,衛(wèi)文,張琳,等.土壤水D和18O同位素在揭示包氣帶水分運(yùn)移中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù),2012(5):39-43.(LIU Jun,WEI Wen,ZHANG Lin,et al.Application on isotopes D and18O of soil water in water movement of unsaturated zone[J].Site Investigation Science and Technology,2012(5):39-43.(in Chinese))

[ 6 ] ADOMAKO D,MALOSZEWSKI P,STUMPP C,et al.Estimating groundwater recharge from water isotope(2H、18O) depth profiles in the Densu River basin,Ghana[J].Hydrological Sciences Journal,2010,55(8): 1405-1416.

[ 7 ] BRODERSEN C,POHI S,LINDENLAUB M,et al.Influence of vegetation structure on isotope content of through fall and soil water[J].Hydrol Processes,2000,14: 1439-1448.

[ 8 ] 侯士彬,宋獻(xiàn)方,于靜潔,等.太行山區(qū)典型植被下降水入滲的穩(wěn)定同位素特征分析[J].資源科學(xué),2008,30(1):86-92.(HOU Shibin,SONG Xianfang,YU Jingjie,et al.Stable isotopes characters in the process of precipitation and infiltration in Taihang Mountainous Region[J].Resources Science,2008,30(1):86-92.(in Chinese))

[ 9 ] 徐學(xué)選,張北贏,田均良.黃土丘陵區(qū)降水—土壤水—地下水轉(zhuǎn)化試驗(yàn)研究[J].水科學(xué)進(jìn)展,2010,21(1):16-22.(XU Xuexuan,ZHANG Beiying,TIAN Junliang.Experiment study on the precipitation-soil water-groundwater transformation in loess hilly region[J].Advances in Water Science,2010,21(1):16-22.(in Chinese))

[10] 汪集旸,陳建生,陸寶宏,等.同位素水文學(xué)的若干回顧與展望[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,43(5):406-413.(WANG Jiyang,CHEN Jiansheng,LU Baohong, et al.Review and prospect of isotope hydrology[J].Journal of Hohai University (Natural Sciences),2015,43(5):406-413.(in Chinese))

[11] 原翠萍,張心平,雷廷武,等.砂石覆蓋粒徑對(duì)土壤蒸發(fā)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(7):25-28.(YUAN Cuiping,ZHANG Xinping,LEI Tingwu,et al.Effects of mulching sand and gravel size on soil moisture evaporation[J].Transactions of the CASE,2008,24(7):25-28.(in Chinese))

[12] 宋日權(quán),褚貴新,冶軍,等.摻砂對(duì)土壤水分入滲和蒸發(fā)影響的室內(nèi)試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(增刊1):109-114.(SONG Riquan,CHU Guixin,YE Jun,et al.Effects of surface soil mixed with sand on water infiltration and evaporation in laboratory[J].Transactions of the CASE,2010,26(Sup1):109-114.(in Chinese))

[13] 王仕琴,宋獻(xiàn)方,肖國(guó)強(qiáng),等.基于氫氧同位素的華北平原降水入滲過(guò)程[J].水科學(xué)進(jìn)展,2009,20(4):495-501.(WANG Shiqin,SONG Xianfang,XIAO Guoqiang,et al.Appliance of oxygen and hydrogen isotope in the process of precipitation infiltration in the shallow groundwater areas of North China Plain[J].Advances in Water Science,2009,20(4):495-501.(in Chinese))

[14] 田日昌,陳洪松,宋獻(xiàn)方,等.湘西北紅壤丘陵區(qū)土壤水運(yùn)移的穩(wěn)定性同位素特征[J].環(huán)境科學(xué),2009,30(9):2747-2754.(TIAN Richang,CHEN Hongsong,SONG Xianfang,et al.Characteristics of soil water movement using stable isotopes in red soil hilly region of Northwest Hunan[J].Chinese Journal of Environmental Science,2009,30(9):2747-2754.(in Chinese))

[15] 孫曉旭,陳建生,史公勛,等.蒸發(fā)與降水入滲過(guò)程中不同水體氫氧同位素變化規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(4):100-105.(SUN Xiaoxu,CHEN Jiansheng,SHI Gongxun,et al.Hydrogen and oxygen isotopic variations of different water bodies in evaporation and rainfall infiltration processes[J].Transactions of the CASE,2012,28(4):100-105.(in Chinese))

[16] HSIEH J C C,CHADWICKO A,KELLY E F,et al.Oxygen isotopic composition of soil water: quantifying evaporation and transpiration[J].Geoderma,1998,82:269-293.

[17] CAREY G,FENG Xiahong.A stable isotope study of soil water: evidence for mixingand preferential flow paths[J].GEODERMA,2004,119:97-111.

[18] KWANG-SIK Lee,JUN-MO Kim,DONG-RIM Lee,et al.Analysis of water movement through an unsaturated soil zone in Jeju Island,Korea using stable oxygen and hydrogen isotopes[J].Journal of Hydrology,2007,345:199-211.

[20] LANDONA M K,DELINA G N,KOMORB S C,et al.Comparison of the stable-isotopic composition of soil water collected from suction lysimeters,wick samplers,and cores in a sandy unsaturated zone[J].Journal of Hydrology,1999,224:45-54.

[21] FIGUEROA-JOHNSON,MARIA A,JAMES A.Tindall and michael friedel,a comparison ofδ18O composition of water extracted from suction lysimeters,centrifugation and azeotropic distillation[J].Water Air Soil Pollut,2007,184:63-75.

[22] 耿清國(guó),安忠民,相場(chǎng)芳憲.不同狀態(tài)土壤水的采取及化學(xué)組成特性研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究,1996,4(3):43-48.(GENG Qingguo,AN Zhongmin,XIANG-CHANG Fangxian.Study on the adoption and chemical composition of soil water in different state[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,1996,4(3):43-48.(in Chinese))

[23] 王濤,包為民,陳翔,等.真空蒸餾技術(shù)提取土壤水試驗(yàn)研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,37(6): 660-664.(WANG Tao,BAO Weimin,CHEN Xiang,et al.Soil water extraction using vacuum distillation technology[J].Journal of Hohai University (Natural Sciences),2009,37(6): 660-664.(in Chinese))

[24] 郝漢舟,靳孟貴,李瑞敏,等.重金屬的土水分配行為研究:根際土壤溶液采樣器的應(yīng)用[J].土壤,2009,41(4): 577-582.(HAO Hanzhou,JIN Menggui,LI Ruimin,et al.Study on soil-water distribution coefficients of heavy metals by rhizon-SMS[J].Soils,2009,41(4): 577-582.(in Chinese))

[25] 張守仕,謝克英,喬寶營(yíng),等.果樹(shù)根際土壤取樣分析技術(shù)研究[J].落葉果樹(shù),2015,47(6):25-27.(ZHANG Shouren,XIE Keying,QIAO Baoying,et al.Study on sampling technique of rhizosphere soil in fruit trees[J].Deciduous Fruits,2015,47(6):25-27.(in Chinese))

[26] 時(shí)祥順,滕曉飛,孫麒,等.降水入滲過(guò)程中土壤水鹽分變化試驗(yàn)研究[J].廣東化工,2016,43(12):28-30.(SHI Xiangshun,TENG Xiaofei,SUN Qi,et al.Experimental study on the change of soil water salinity in the process of rainfall infiltration[J].Guangdong Chemical Industry,2016,43(12): 28-30.(in Chinese))

[27] 王濤,張潔茹,劉笑,等.南京大氣降水氧同位素變化及水汽來(lái)源分[J].水文,2013,33(4):25-31.(WANG Tao,ZHANG Jieru,LIU Xiao,et al.Variations of stable isotopes in precipitation and water vapor sources in Nanjing area[J].Journal of China Hydrology,2013,33(4):25-31.(in Chinese))

《水利水電科技進(jìn)展》征訂啟事

(郵發(fā)代號(hào)：28-244， CN 32-1439/TV， ISSN 1006-7647， 雙月刊，A4開(kāi)本)

《水利水電科技進(jìn)展》由河海大學(xué)主辦，是中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD)核心期刊、全國(guó)中文核心期刊、中國(guó)科技核心期刊和RCCSE核心期刊。曾先后被評(píng)為中國(guó)高校百佳科技期刊、中國(guó)高校優(yōu)秀科技期刊、全國(guó)水利系統(tǒng)優(yōu)秀期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊和江蘇省優(yōu)秀期刊。主要刊登水科學(xué)、水工程、水資源、水環(huán)境、水管理方面的科技論文，主要欄目有水問(wèn)題論壇、研究探討、工程技術(shù)、專(zhuān)題綜述、水管理、國(guó)外動(dòng)態(tài)等，適合水科學(xué)、水工程、水資源、水環(huán)境領(lǐng)域的科研、工程、管理人員以及大專(zhuān)院校師生閱讀。

《水利水電科技進(jìn)展》由郵局發(fā)行，郵發(fā)代號(hào)：28-244，2018年每期定價(jià)15元，全年6期共計(jì)90元?？稍谌珖?guó)各地郵局訂閱，也可直接向編輯部訂閱。

編輯部地址：南京市西康路1號(hào) 河海大學(xué)《水利水電科技進(jìn)展》編輯部

郵政編碼：210098 電話/傳真：025-83786335

網(wǎng)址：www.hehaiqikan.cn E-mail:jz@hhu.edu.cn

微信公眾號(hào)：“水利水電科技進(jìn)展”或“slsdkjjz”

Effectsofvacuumdistillationextractionandin-situcollectionmethodsontheratioofhydrogenandoxygenisotopeofsoilwater

SUNXiaoxu1,XUJin1,SUZhiguo2

(1.SchoolofEnvironmentalEngineering,NanjingInstituteofTechnology,Nanjing211167,China;2.SchoolofEarthSciencesandEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

To study the effects of different collection methods on hydrogen and oxygen isotope values of soil water, a laboratory experiment is designed to model the rainfall infiltration behavior, and the water outflow from the bottom of the soil column is collected. In this experiment, soil waters at depths of 10 cm, 40 cm, 70 cm and 100 cm are collected and this collection method is termed as in-situ collection method. On the other hand, soil samples at the same depths are taken out with the soil waters being collected using vacuum distillation extraction method. The comparison results between D and18O values show that during the process of rainfall infiltration in the dry soil sample, the light isotopes are preferentially adsorbed by soil particles, and the outflow water collected first has the most positive hydrogen and oxygen isotope values. The soil water extracted by the vacuum distillation method is composed of moisture-absorbing water of the air-dried soil and the water infiltrated into the unsaturated zone. The soil water collected by the in-situ soil solution sampler represents the water flowing in the soil and could be effectively used.

vacuum distillation extraction; in-situ collection; ratio of hydrogen and oxygen isotopes; soil water

10.3876/j.issn.1000-1980.2017.06.005

2016-12-20

南京工程學(xué)院引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金(YKJ201327)

孫曉旭(1983—),女,江蘇徐州人,講師,博士,主要從事同位素水文學(xué)、水污染控制工程研究。E-mail:hjsunxiaoxu@njit.edu.cn

P597

A

1000-1980(2017)06-0503-06