黃土高原的土壤水分平衡與地下水補(bǔ)給是關(guān)乎區(qū)域生態(tài)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要科學(xué)問題。包氣帶的緩沖作用使植被-土壤-地下水的相互作用變得更加復(fù)雜，時間尺度也可以從幾十年到上萬年。黃土高原包氣帶厚度達(dá)30-80m，是研究半干旱、厚包氣帶地區(qū)地下水補(bǔ)給的理想場所。目前的爭議問題主要有：（1）地下水補(bǔ)給量有多少？（2）補(bǔ)給周期是多少？（3）水分運(yùn)移方式是不是活塞流？（4）包氣帶水化學(xué)、同位素為什么與地下水不一致？中科院地質(zhì)地球物理研究所工程地質(zhì)與水資源研究室黃天明副研究員在博士后期間與合作導(dǎo)師龐忠和研究員等人采用氯、氧-18、氚等多種環(huán)境示蹤劑（圖1），研究了黃土包氣帶水文過程與地下水補(bǔ)給，得出如下新認(rèn)識：（1）地下水補(bǔ)給量：黃土高原屬于草原環(huán)境，根系較淺，氣溫較低，植被生長與降水錯峰。氯質(zhì)量平衡法顯示：麥地降水補(bǔ)給量在30-90mm/a，入滲系數(shù)為6.3-18%。降水入滲量比世界其他年均降水量相近的地區(qū)高2-3個數(shù)量級。黃土地下水補(bǔ)給受季風(fēng)影響，同位素值較年加權(quán)平均值貧化，表明地下水補(bǔ)給主要發(fā)生在7-9月的雨季。（2）補(bǔ)給響應(yīng)滯后：基于氯累積年齡和氚峰運(yùn)移速率，得出黃土土壤水運(yùn)移速率為0.2-0.3m/a。據(jù)此推算，降水需要60-500年才能到達(dá)地下水面。因此，淺部過程受巨厚包氣帶的緩沖作用，其效應(yīng)不會立即影響到地下水，往往表現(xiàn)為同位素取值不一致。（3）水分運(yùn)移形式：基于根系以下土壤水氯的分布、氯累積年齡和地下水中氚的研究，認(rèn)為在黃土中水分運(yùn)移以活塞流占主導(dǎo)。（4）人類活動效應(yīng)：黃土包氣帶剖面的溶質(zhì)分布顯示（圖2），現(xiàn)代農(nóng)業(yè)活動導(dǎo)致包氣帶淺部水分喪失，溶質(zhì)、同位素富集。種植苜蓿、蘋果和其他灌木可致降水入滲補(bǔ)給地下水的量顯著減少。上述研究成果發(fā)表在國際水文學(xué)雜志Hydrological Processes（Huang et al.Soil profile evolution following land-use change: Implications for groundwater quantity and quality. Hydrological Processes, 2013, 27: 1238-1252）上。

圖1 土壤氯對植被變化的響應(yīng)

圖2降水補(bǔ)給地下水季節(jié)性特征

新聞來源：http://www.cas.cn/ky/kyjz/201310/t20131031_3965849.shtml