一种北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法技术

本发明专利技术提供了一种北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法，包括以下步骤：采集各个潮位带样地的表层土壤水样品，分别检测确定相应样地的表层土壤水稳定同位素丰度；在采集表层土壤水的同一时段采集海水样品，检测确定海水稳定同位素丰度；按照水文连通指数计算公式，分别构建各个潮位带样地的水文连通指数，综合评价北方潮间带水平方向水文连通性。通过本发明专利技术的技术方案，基于稳定同位素示踪构建水文连通指数，具有更高的准确性和灵敏性，且仅通过氢氧稳定同位素丰度变化这一指标可有效地辨识潮间带多水源的来源比例，从而准确量化潮间带水文连通性，指导滨海湿地的生态水文修复。复。复。

A construction method of horizontal hydrological connectivity index in the northern intertidal zone

【技术实现步骤摘要】
一种北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法


[0001]本专利技术涉及生态水文学
，具体而言，涉及一种北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法。

技术介绍

[0002]水文连通是指在水文循环的各个元素之间或内部的物质、能量和生物体以水为介质的转移，不仅影响湿地的水文特征，塑造了湿地特有的生境，同时也影响湿地生态系统的结构和功能。在高强度人类活动和气候变化条件下，水文连通性的变化将改变湿地生物的分布格局和湿地生物地球化学过程，进而影响湿地生态系统的健康状态。水文连通性受水动力、水文、地貌、土壤、植被等多种因子的共同制约。
[0003]目前水文连通指数构建方法大多集中于流域尺度内的原位水文监测、指标法、水文模型、图论法等，局限于水文、地形、土壤、底栖、植被等相关指标，在水文连通指数构建过程中多存在以下问题：
[0004](1)多因子的监测具有耗时特征，且需要对多指标进行筛选和整合来间接反映水文连通性。
[0005](2)难以量化水文连通性，准确度与灵敏度较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
[0007]为此，本专利技术的一个目的在于提供一种北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法，依据水体稳定同位素特征构建以海水为主要来源的土壤水的水文连通指数，对于量化水文连通性具有更高的准确性和灵敏性，无需进行多个环境因子的测定，能够根据潮间带多水源来源的动态变化特征，准确、直接、简便地量化水文连通性。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案提供了一种北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法，包括以下步骤：采集各个潮位带样地的表层土壤水样品，分别检测确定相应样地的表层土壤水稳定同位素丰度；在采集表层土壤水的同一时段采集海水样品，检测确定海水稳定同位素丰度；按照水文连通指数计算公式，分别构建各个潮位带样地的水文连通指数，综合评价北方潮间带水平方向水文连通性，所述水文连通指数计算公式包括：
[0009]HCI
X
＝
‑
|1
‑
δ
sample
/δ
seawater
|
[0010]其中，HCI
X
表征为利用稳定同位素构建的水文连通指数，δ
sample
表征为样地表层土壤水稳定同位素丰度，δ
seawater
表征为海水稳定同位素丰度，HCI
X
越大，相应潮位带样地的水文连通性越好。
[0011]在该技术方案中，以潮间带不同潮位带水体来源为数据源，利用水体稳定同位素构建水文连通指数，有利于分析量化湿地潮间带水文连通梯度变化和年际变化特征，为湿地的水文连通修复提供科学依据。该北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法能够适用于潮间带不同季节(同位素分馏效应较强的春季除外)、不同潮位带的滨海湿地的水文连通
指数构建，依据水体稳定同位素特征构建以海水为主要来源的土壤水的水文连通指数，对于量化水文连通性具有更高的准确性和灵敏性，无需进行多个环境因子的测定，能够根据潮间带多水源来源的动态变化特征，准确、直接、简便地量化水文连通性。
[0012]具体地，采用稳定同位素分析软件(IsoSource)对不同潮滩湿地的表层土壤水进行来源分析，分析结果如图1所示，图1示出了各潮滩各季节的土壤水稳定同位素来源构成比例，可见，高潮滩的表层土壤水有4种来源：降水、海水、地下水和河水，而低潮滩和中潮滩的表层土壤水只有2种来源：降水和海水。
[0013]依据研究区地理位置，低潮滩、中潮滩、高潮滩到海水的距离逐渐变长，但是距河道的距离逐渐缩短，因此河水是否能影响到中、低潮滩的表层土壤水组成需进一步分析。采用稳定同位素分析软件(IsoSource)继续分析样品的水源来源，如果将降水、海水、地下水和河水全部作为表层土壤水的来源，结果会显示河水来源占比极低(0％～0.8％)，可以认为河水不对中、低潮滩的表层土壤水产生影响。而在高潮滩，IsoSource分析结果显示河水来源占比在9.8％～35.3％，河水是地表土壤水的重要组成来源之一。因此在做中、低潮滩表层土壤水来源分析时剔除了河水来源。此外，如果将降水、海水、地下水作为表层土壤水来源时，在中、低潮滩，海水来源占比和地下水来源占比没有显著的分布规律，且单因素方差分析显示中、低潮滩的地下水和海水中的稳定同位素丰度差异不显著，如下表1所示。因此，在中、低潮滩，如果同时将海水和地下水作为表层土壤水的来源考虑，则会出现来源混淆的情况，导致分析结果不准确。而在高潮滩，无论在哪个季节，海水和地下水均存在显著差异(P<0.05)。因此，在研究区样地中，中低潮滩的表层土壤水有2个来源：降水和海水；高潮滩的表层土壤水有4个来源：降水、海水、地下水和河水。
[0014]表1潮滩地下水和海水氢氧稳定同位素丰度含量比较
[0015][0016]注：a,b表示同一类型同位素丰度在不同水源来源间的差异性(P<0.05)。
[0017]由此可见，样地表层土壤水的主要来源为海水。影响土壤水蒸发的因素有很多，例如气温、日照时长、风速等，但不同季节的水文连通指数构建所需的水体样品均在同一季节短期内完成样品采集，气候条件差异较小，因此只考虑海水的浸润时长。故而，水文连通指数计算公式中利用样地表层土壤水中稳定同位素的丰度与海水中稳定同位素的丰度比值来进行构建，构建的水文连通指数的适用性好、季节适用性好，而且相对于现有技术，本专利技术构建的水文连通指数仅通过稳定同位素丰度变化这一指标可有效地辨识潮间带多水源的来源比例，对于量化水文连通性具有更高的准确性和灵敏性，在生态水文学的基础上，可根据潮间带多水源来源的动态变化特征，准确、直接、简便地量化水文连通性。
[0018]在上述技术方案中，优选地，所述稳定同位素为2H或
18
O。
[0019]在该技术方案中，稳定同位素选择2H或
18
O，通过在不同季节采集了海水、潮沟水、地下水、河水以及大气降水进行了δD和δ
18
O的丰度测定，进行不同季节多水源水体同位素特征的分析，氢氧稳定同位素的丰度在不同潮位带以及不同季节的差异较为显著，采用氢氧稳定同位素，进一步保障了构建的水文连通指数的适用性。
[0020]在上述任一项技术方案中，优选地，所述采集各个潮位带样地的表层土壤水样品
包括以下步骤：通过ENVI软件对遥感影像解译，根据潮汐过程中潮水水位高低将潮间带划分为低潮滩、中潮滩、高潮滩；分别在低潮滩、中潮滩、高潮滩设置样地，通过采土器采集部分湿润表层土壤，经离心提取得到表层土壤水样品。
[0021]在该技术方案中，通过ENVI软件对遥感影像解译，根据潮汐过程中潮水水位高低划分潮间带，分别在低潮滩、中潮滩、高潮滩设置样地提取表层土壤水样品，使得各个水文连通指数具有代表性和显著差异性，有利于综合评价北方潮间带水平方向水文连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法，其特征在于，包括以下步骤：采集各个潮位带样地的表层土壤水样品，分别检测确定相应样地的表层土壤水稳定同位素丰度；在采集表层土壤水的同一时段采集海水样品，检测确定海水稳定同位素丰度；按照水文连通指数计算公式，分别构建各个潮位带样地的水文连通指数，综合评价北方潮间带水平方向水文连通性，所述水文连通指数计算公式包括：HCI
X
＝
‑
|1
‑
δ
sample
/δ
seawater
|其中，HCI
X
表征为利用稳定同位素构建的水文连通指数，δ
sample
表征为样地表层土壤水稳定同位素丰度，δ
seawater
表征为海水稳定同位素丰度，HCI
X
越大，相应潮位带样地的水文连通性越好。2.根据权利要求1所述的北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法，其特征在于，所述稳定同位素为2H或
18
O。3.根据权利要求2所述的北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法，其特征在于，所述采集各个潮位带样地的表层土壤水样品包括以下步骤：通过ENVI软件对遥感影像解译，根据潮汐过程中潮水水位高低将潮间带划分为低潮滩、中潮滩、高潮滩；分别在低潮滩、中潮滩、高潮滩设置样地，通过采土器采集部分湿润表层土壤，经离心提取得到表层土壤水样品。4.根据权利要求3所述的北方潮间带水平方向水文连通指数构建方法，其特征在于，分别于春、夏、秋和冬季的低...

【专利技术属性】
技术研发人员：白军红，刘玥，于子博，王伟，温理想，刘哲，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：