Picarro+LI-2100---農田土壤水穩定同位素時空格局特征分析
土壤水（SW）是調節地表過程和地表能量分配的重要狀態變量。由于與周圍環境復雜的相互作用，SW存在顯著的時空變化。近年來，隨著測量技術的發展，SW穩定同位素組成（SWSIC；δD和δ18O）已越來越多地用于追蹤土壤-植物-大氣連續體中的SW運移，以更好地理解諸如量化SW停留時間、識別植物吸收水源和區分蒸騰和蒸發等相關過程。然而，由于受多種環境因素和過程的影響，如具有不同同位素組成的降水輸入、土壤蒸發、土壤基質勢梯度或礦物質-水相互作用造成的同位素分餾，SWSIC可能會隨著時間和空間而顯著變化，從而導致了在解釋不同研究中SWSIC數據時存在很大的不確定性。因此，通過解釋其時空變化格局及與其他因素（如土壤質地、土壤深度和植被）的相關性來改善SWSIC示蹤技術至關重要。
基于此，為更好地理解SWSIC的時空格局，在本研究中，來自天津大學的研究團隊在中國科學院欒城農業生態系統試驗站（LAEES）進行了為期約2年的田間試驗。主要研究目標為：（1）比較不同深度SWSIC和SWC的時空格局，以及（2）研究SWSIC空間結構的時間特征并評估其影響因素。
作者于2018年12月1日、2019年4月1日、2019年6月4日、2019年7月18日、2020年4月26日、2020年6月28日和2020年8月23日收集了0、30和60 cm深度的土壤樣本。利用全自動真空冷凝抽提系統（LI-2100，北京理加聯合科技有限公司）提取土壤中的水分，并利用Picarro L2140-i 水同位素分析儀分析水穩定同位素組成。為了估計土壤質地對SWSIC的影響，將2020年4月26日和8月23日在同一地點和深度采集的土壤樣品充分混合以確定其粒度分布。
【結果】
研究期日降水量、潛在蒸散量（ETp）、土壤含水量和10、
30和60 cm深度土壤水δD值的時間序列。
10、30和60 cm深度土壤水樣的雙同位素圖比較。
實線表示地區大氣降水線（LMWL），虛線表示土壤水蒸發線（EL）。
【結論】
基于華北平原7次田間試驗所收集的數據，作者發現，即使在田間尺度上（例如~100 m），土壤含水量（SWC）和土壤水穩定同位素組成（SWSIC；例如δD和δ18O）均表現出相當大的時空變異性。具體而言，不同土壤深度的平均SWC隨降水季節性表現出明顯的時間變化；由于深層土壤蒸發強度較弱，SWC隨著土壤深度的增加而增加。然而，空間平均SWSIC隨時間無明顯變化趨勢，但在垂直方向上表現出顯著的變化，淺層土壤D更富集。同時，淺層SWSIC比深層（受降水和蒸發影響較小，保持相對穩定）變化幅度大。不同樣地同一深度雨季（6-8月）δD值的變化幅度大于旱季（12-4月）。此外，雨季δD值更小，但這種差異隨深度增加逐漸減小。時間穩定性分析（TSA）結果表明，SWSIC的空間結構存在時間穩定性，隨土壤深度的增加，相應的時間穩定性增加。此外，粘土含量某種程度上會影響同位素組成，植被對SWC和SWSIC時空變化具有很大影響。而且，可以確定不同土壤深度SWC和SWSIC的代表性監測點，表明TSA在未來研究中估計SWSIC空間平均值的可行性。本研究為SWSIC的時空變異性提供了一些見解，有助于改進同位素示蹤技術。
