土壤作物系统中水分及其氢氧稳定同位素的动态与农田耗水特征

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1、分类号：单位代码：丨密级号：闻乂弋令博士学位论文土壤作物系统中水分及其氢氧稳定同位素的动态与农田耗水特征研究生：土曰曰曰曰指导教师：李保国教授串请学位类别：农学博士专业领域名称：土壤学研究方向：土壤物理与环境过程所在学院：资源与环境学院年月ChinaagriculturaluniversityPh.D.DissertationDynamicsofSoilWaterandDeuteriumandOxygen-18StableIsotopesinSoil-CropSystemandFieldWaterconsumptionCharacteristi

2、csPh.D.CandidateWangJingjingAdvisorProf.LiBaoguoMajorSoilandWaterScienceMay，本研究得到国际原子能机构（项目“中国北方提高水分生产效率和农业可持续性的研究”中国农业大学研究生科研创新专项资助独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经注明引用和致谢的内容外，论文中不包含本人和其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任

3、何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：义暴时间：？年乙月曰关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定。本人同意中国农业大学有权保存及向国家有关部门和机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人同意中国农业大学将本学位论文的全部或部分内容授权汇编录入《中国博士学位论文全文数据库》或《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行出版，并享受相关权益。保密的学位论文在解密后应遵守此协议学位论文作者签名：时间：辦年月曰导师签名：时间：年月曰摘要水资源严重短缺对粮食安全产生了直接影响，而农

4、田生态系统中水资源主要通过蒸散的途径来消耗。全面了解蒸散发生的规律，明确水分消耗的特征、转化过程和水分来源，定量区分￡的组分及其在生育期内的变化规律，可明确农田生态系统的水分利用、分配与传输，为实现水资源的可持续利用与保证粮食安全提供理论基础。本研究以农田土壤植物大气）系统的水分运移规律为中心点，在华北平原（冬小麦夏玉米）和东北平原（春玉米）开展农田水文过程同位素试验研究，明确了主要种植体系下氢氧稳定同位素的分布特征及系统水分动态变化以及不同处理对其影响，并分析了多年耗水结构特征，为今后发展适水种植和提高作物水分生产力提供科学依据和参考。论文主

5、要研究结论如下：系统分析了冬小麦夏玉米及春玉米生育期内不同水源的（降水、土壤水、地下水和植株茎水）和含量组成、分布规律及其影响因素。在分布图上，的土壤水蒸发线斜率均低于当地大气降水线的斜率，说明表层土壤水经历了强烈的蒸发作用；土壤水的同位素值也随着深层向表层越来越富集，且不同处理的土壤剖面氢氧稳定同位素变化程度也不相同，强弱依次为裸土处理〉常规处理秸秆处理〉覆膜处理。作物根系吸水过程中没有发生氢氧稳定同位素分馏，可将作物茎水的氢氧稳定同位素值视为各土层深度水分来源的线性组成。通过利用直接对比法和基于同位素质量守恒的模型得出作物不同生长期的主要吸

6、水深度，同时估算主要吸水深度的水分利用比例。冬小麦在抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期主要是利用、和的土壤水；夏玉米在拔节期、抽雄期、灌浆期和完熟期主要是利用、、和。以水量平衡为基础理论，定量研究了年华北平原夏玉米蒸发蒸腾量的变化。借助同位素质量守恒（和模型两种不同的方法对农田地表蒸散通量灯进行了分割及比较研究。同位素质量守恒（和模型在夏玉米的苗期、拔节期和灌浆期计算的蒸散通量（蒸腾量比蒸散量，即比例较一致，分别为左右、以上和左右，但在夏玉米的收获期，模型的例仍在左右，而的比例为。说明这两种方法对五了分割为￡和的结果具有可比性。综合考虑长期气候因素

7、和不同地下水位埋探对水分生产力（灰的影响。釆用年（年）华北山前平原北京地区（上庄试验站）气象数据，运用模型对夏玉米的耗水结构进行分析，分别设置两种不同的地下水位埋深进行模拟，即有地下水补给（地下水位埋深为和无地下水补给，从而确定在不同情况下灰的差异。结果显示，在该区域的干旱年份，有地下水补给的灰变化不明显，分别为和而没有地下水补给的奶明显降低，分别为和。该区域干旱年份的降雨量将满足夏玉米的水分供给，但是如果想获得高产和高的灰，那么补充灌溉是必不可少的。关键词：农田系统，氢氧稳定同位素，蒸散分割，模型，同位素质量守恒模型AbstractWater

8、shortagehasdirectinfluenceonfoodsecurityandthemainpathwayforagroecosystemto