Quantification of paddy hydrological process by water stable isotopes

水稳定同位素对水稻水文过程的量化

基本信息

批准号：
22K05886
负责人：
吉岡有美
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shimane University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

酸素・水素安定同位体比は，水田のように強い蒸発を受けると，動的同位体分別効果によって同位体比が上昇するとともに蒸発線とよばれる酸素同位体比と水素同位体比の関係（傾き）が小さくなる特徴がある．蒸発の影響が大きく，水収支変動が大きい水田を対象として，日単位での水田の流入流出による水収支式，同位体収支式，大気水蒸気と水田水面付近の水蒸気との非平衡反応（動的同位体分別）で生じる蒸発水蒸気の同位体比をCraig-Gordon式を用いて推定し，田面水の同位体比変動をモデルを作成した．複数地域・複数年での現地観測データを用いてモデルのパメーターの同定および感度解析を行った．この際，湖沼における先行研究を参考にし，水田と湖沼における同位体モデリングの差異を抽出した．Craig-Gordon式のモデルパラメータのうち液相（水）より気相（水蒸気）の観測値を得ることは通常困難である．そこで，大気水蒸気の同位体比について感度解析を行った結果，水面上0.3mの観測値では田面水の同位体比を過大推定した．つぎに，降水加重平均値から同位体平衡を仮定して大気水蒸気の同位体比を推定したところ，再現性が向上した．Craig-Gordon式の大気静止状態を表すパラメータについては，通常の湖沼のモデリングで用いられる値n＝1/2（粗い水面）では，蒸発線の傾きを過大推定した．n=2/3（滑らか水面）とすれば蒸発線の傾きの再現性が向上した．その他パラメータ，減水深，平衡同位体分別係数、相対湿度などが田面水の同位体比変動に与える影響が小さいことがわかった．

当氧/氢稳定同位素比受到强烈蒸发时，如在稻田中，由于动态同位素分馏效应，同位素比增大，氧和氢同位素比之间的关系（称为蒸发线）增大。其特征在于，斜率)变小。针对蒸发影响较大、水平衡波动较大的稻田，水平衡方程、同位素平衡方程、大气水汽与稻田水面附近水汽的非平衡反应（动态利用克雷格-戈登方程，我们估算了同位素分馏产生的蒸发水蒸气的同位素比，并创建了米水同位素比变化的模型。利用多个地区和多年的现场观测数据确定了模型参数并进行了敏感性分析。此时，我们参考了之前对湖泊的研究，提取了稻田和湖泊同位素建模的差异。在克雷格-戈登方程的模型参数中，获取气相（水蒸气）的观测值通常比获取液相（水）的观测值更困难。因此，我们对大气水汽同位素比进行了敏感性分析，发现水面以上0.3 m处的观测值高估了稻米水汽同位素比。接下来，我们在假设同位素平衡的情况下根据加权降水平均值估算了大气水蒸气的同位素比率，并且再现性得到了提高。关于克雷格-戈登方程代表大气停滞的参数，湖泊建模中通常使用的值n = 1/2（粗糙的水面）高估了蒸发线的斜率。设置n=2/3（平滑水面）提高了蒸发线斜率的再现性。结果发现，失水深度、平衡同位素分馏系数、相对湿度等其他参数对稻田水体同位素比波动影响不大。