Picarro博客

利用稳定水同位素提高农业用水效率

日期: November 12, 2014

  笔者刚刚结束了为期一周的迪拜之旅,在那里参加并主持了国际原子能机构的区域培训课程,内容是使用同位素和其它常规技术将蒸发蒸腾(ET)分解为蒸发(E)和蒸腾(T。为期五天的技术课程吸引了来自整个中东地区的约 15 位科学家,围绕理解农业用水效率的重要性展开各种形式探讨,尤其是如何使用稳定同位素技术将农作物的水分损失划分为良性的水分损失(蒸腾)和不良的水分损失(蒸发)。您可以想象这在缺水现象非常普遍、大部分农业灌溉都使用劣质水(例如咸水和废水)的中东干旱沙漠地区是多么重要。

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  研讨会期间,笔者与 Leo Mayr 展开了密切合作,Leo 最近刚从维也纳国际原子能机构退休,在那里他花了 30 多年的时间,始终致力于推广国际原子能机构/联合国粮农组织关于土壤与水资源管理的联合计划。Leo 在稳定同位素方面拥有丰富的经验,我们就如何将水同位素应用于农业用水效率研究,组织了一个讲座与一个实践研讨会。此外,来自 ICBA 的两位科学家 Dr.Makram Belhaj Fraj Dr.Ian McCann也举办了一系列讲座,主题是关于利用传统技术(例如树液流量计)研究蒸腾速率以及使用作物模型来预测水资源的变化将如何影响未来几年的农作物产量和农业决策。

  研讨会的关键部分之一是对一套 Picarro L2130-i 进行为时48小时的现场演示与培训,用以测量周围环境水汽中的水同位素 δ18O δD。我们为该系统配置了高精度汽化器、自动进样器和双模式阀,以便在周边环境测量与系统校准之间任意切换。此外,还使用了一个六通旋转阀来对作物冠层上方不同高度的环境水汽进行采样(本次以草地为例)。

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Picarro L2130-i实验设置示意图

  通过测量混合信号 δ18O δD (或两者)以及两个端元组分,可以使用稳定水同位素将蒸发蒸腾作用划分为蒸发和蒸腾作用。在现场,可以使用 Keeling 混合线图确定 δET(蒸发蒸腾的同位素组成),使用呼吸叶室确定 δT(蒸腾同位素组成)和使用土壤水分测量结合蒸发作用时的同位素分馏理论模型(改进的 Craig-Gordon 模型)以确定 δE(蒸发的同位素组成)。然后,使用简单的质量平衡同位素模型,您可以得出:

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  [请持续关注即将发布的应用文章,其中将对该理论进行详细的阐述,随附来自迪拜的实例数据]

  Picarro 基于CRDS 光腔衰荡光谱技术)的水同位素分析仪特别适合于此类应用。Picarro L2130-i 可以轻松地在液态水校准和环境水汽测量之间自动切换。此外,改善了同位素比结果对水汽浓度的依赖性,这意味着尽管仍建议进行浓度依赖关系测试和校准,但其随时间的变化是稳定的,并且与上一代分析仪(例如 L2120-i L1000 系列水同位素分析仪)相比,依赖性有了极大的改善。此外,只要有可用的电源,该系统就可以在野外现场轻松部署(即使没有,研究人员也可以使用太阳能电池板和电池组为仪器提供电力)。即使是非专家团队,也能够将此系统从实验室转移到野外现场,并在两个小时以内开始进行测量。

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  笔者希望 Picarro 对此次研讨会作出有益的贡献,也很高兴与大家分享、交流并了解更多有关中东农业用水管理所面临的挑战!

  要了解有关使用水同位素分离 ET 的更多信息(或分享您在此应用中的经验),请通过[email protected] 与我联系。此外,请关注即将发布的关于使用稳定水同位素进行 ET 研究的应用指南,包括从野外现场试验得到的书面数据记录。