東北地理所在穩(wěn)定同位素蒸發(fā)定量方法方面取得進(jìn)展
土壤蒸發(fā)是陸地水循環(huán)和能量平衡的重要組成部分，其準(zhǔn)確估算對于揭示生態(tài)系統(tǒng)水分利用機(jī)制、改進(jìn)蒸散發(fā)組分分離及提升水文模型預(yù)測精度均具有重要意義。近年來，穩(wěn)定同位素技術(shù)能夠利用蒸發(fā)過程中重同位素富集特征直接估算土壤蒸發(fā)量，但現(xiàn)有方法多建立在穩(wěn)態(tài)（SS）或非穩(wěn)態(tài)（NSS）假設(shè)基礎(chǔ)上，忽略了降水入滲、植物吸水及深層滲漏等非蒸發(fā)通量的影響，這在實(shí)際應(yīng)用中可能導(dǎo)致顯著誤差。?
針對這一問題，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土保護(hù)與利用團(tuán)隊(duì)提出了一種新的穩(wěn)定同位素蒸發(fā)估算框架：ISONEVA（ISOtope based soil water evaporation estimation considers dynamic soil water storage and Non-EVAporative fluxes）。該方法借鑒湖泊蒸發(fā)同位素模型思想，在傳統(tǒng)框架基礎(chǔ)上同時(shí)考慮土壤水動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量變化及非蒸發(fā)通量貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了土壤水和同位素質(zhì)量守恒條件下的蒸發(fā)估算。研究通過數(shù)值模擬和田間蒸滲儀數(shù)據(jù)對ISONEVA進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證。結(jié)果表明，相較于傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)方法，ISONEVA在虛擬實(shí)驗(yàn)中的蒸發(fā)估算精度提高24.2%-79.0%，在田間試驗(yàn)中的精度提高57.1%-79.0%。此外，該方法能夠進(jìn)一步估算土壤蒸發(fā)占總蒸散發(fā)（E/ET）的比例，并給出合理的上限范圍，有效解決了傳統(tǒng)方法存在明顯低估或無法估算的問題。?
研究揭示，在利用氫氧穩(wěn)定同位素定量土壤蒸發(fā)時(shí)，動(dòng)態(tài)土壤水儲(chǔ)量變化及非蒸發(fā)通量的貢獻(xiàn)不可忽略。ISONEVA框架有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的理論缺陷，為氫氧穩(wěn)定同位素技術(shù)在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)及流域水循環(huán)研究中的應(yīng)用開辟了新的技術(shù)途徑，對提升蒸發(fā)估算精度和完善生態(tài)水文理論具有重要意義。?
圖1. ISONEVA框架示意圖.（a）表層土壤控制體內(nèi)降水、蒸發(fā)和非蒸發(fā)通量示意；（b）ISONEVA利用評價(jià)時(shí)段前后土壤水含量及其同位素組成變化，估算蒸發(fā)/降水比值（E/P）的計(jì)算框架
圖2. 不同方法在時(shí)間尺度下 E/P（蒸發(fā)/降水）估算值與觀測值對比
該研究以“Technical note: Including non-evaporative fluxes enhances the accuracy of isotope-based soil evaporation estimates”為題發(fā)表于國際主流期刊《Hydrology and Earth System Sciences》。黑土保護(hù)與利用學(xué)科組特別研究助理富涵為第一作者，鄒文秀研究員為通訊作者。司炳成特聘研究員、高明特別研究助理、魯東大學(xué)李會(huì)杰副教授、劉俊明助理教授、以及意大利佛羅倫薩大學(xué)（University of Florence）的Danniel Penna副教授參與了研究。該研究得到國家自然科學(xué)基金、黑龍江省杰出青年科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
論文信息如下：
Fu, H., Gao, M., Li, H., Penna, D., Liu, J., Si, B., Zou, W.* Technical note: Including non-evaporative fluxes enhances the accuracy of isotope-based soil evaporation estimates. Hydrology and Earth System Sciences, 2026, 30, 1951–1968. https://doi.org/10.5194/hess-30-1951-2026
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