南方丘陵區(qū)降雨同位素組成及影響因素的研究
——以長(zhǎng)沙油茶林為例

岳伶俐， 陳永忠， 夏雄， 劉棟， 王湘南， 吳友杰*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院，長(zhǎng)沙 410004）

降雨中穩(wěn)定氫氧同位素是用來(lái)追蹤水汽來(lái)源、探究水文過(guò)程、研究氣候變化的有效手段，其豐度與水汽源區(qū)的初始狀態(tài)和當(dāng)?shù)貧夂驐l件密切相關(guān)[1]。研究表明，降雨同位素同溫度呈正相關(guān)關(guān)系（溫度效應(yīng)），同降雨量、緯度、高程和濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（降雨量效應(yīng)、緯度效應(yīng)、高程效應(yīng)和濕度效應(yīng)）[2-3]。目前，我國(guó)西南地區(qū)[4]、西北地區(qū)[5]、東北地區(qū)[6]、東部沿海地區(qū)[7]、青藏高原[8]等地都進(jìn)行了有關(guān)降雨同位素組成變化和水汽來(lái)源的研究，分析了大區(qū)域的降雨同位素分布特征、同位素效應(yīng)以及水汽輸送機(jī)制，取得了一定成果[9]。在時(shí)間尺度上，缺乏針對(duì)小區(qū)域水汽來(lái)源及其輸送規(guī)律的精細(xì)研究，為進(jìn)一步完善我國(guó)水汽循環(huán)規(guī)律，研究南方季風(fēng)區(qū)降雨和水汽來(lái)源及其環(huán)境效應(yīng)具有重要意義[10]。

長(zhǎng)沙是典型的季風(fēng)氣候區(qū)，其雨季的開始和季風(fēng)的影響密不可分[11]，該區(qū)是季風(fēng)為我國(guó)帶來(lái)不同水汽來(lái)源的交匯處，從某種意義上看，其同位素值可作為我國(guó)其他地區(qū)降雨同位素組成的背景值，對(duì)研究我國(guó)降雨的時(shí)空分布規(guī)律具有重大意義[12]。另一方面，闡明小區(qū)域的水文過(guò)程有利于該地區(qū)的生態(tài)文明建設(shè)。

長(zhǎng)沙地形以丘陵為主，土壤多為紅壤，氣候條件溫和濕潤(rùn)、四季分明，非常適合種植油茶。油茶是我國(guó)康養(yǎng)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值極高的一種特有經(jīng)濟(jì)林木，主要分布在我國(guó)南方，如湖南、江西、廣西等地[13]。2020年，長(zhǎng)沙所在省份被列為油茶產(chǎn)業(yè)核心發(fā)展區(qū)，研究其氣候條件對(duì)油茶生長(zhǎng)發(fā)育的影響、了解林地水文循環(huán)過(guò)程對(duì)促進(jìn)林地生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。目前，有關(guān)油茶林的研究多集中于油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展、油茶低產(chǎn)林改造和油茶籽產(chǎn)量提升等方面，而針對(duì)油茶林降雨-土壤-植株系統(tǒng)各水分同位素特征的研究亟待加強(qiáng)。

本文基于長(zhǎng)沙地區(qū)油茶林地降雨同位素資料，欲揭示林地降雨同位素分布特征，量化水汽來(lái)源，探究林地降雨同位素對(duì)水汽來(lái)源、降雨量、溫度、濕度、風(fēng)速和相對(duì)濕度變化的響應(yīng)，以期對(duì)林地水汽輸送過(guò)程有更深刻的了解，為研究林地水循環(huán)提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)林地生態(tài)循環(huán)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

該試驗(yàn)在長(zhǎng)沙國(guó)家油茶工程技術(shù)研究中心核心育種基地油茶種質(zhì)資源收集圃（28°12′N，113°06′E）進(jìn)行。長(zhǎng)沙位于中國(guó)中南部，處于湖南省東部偏北，湘江下游和長(zhǎng)沙盆地西緣，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤(rùn)，四季分明，年均氣溫17.2 ℃，年積溫5457 ℃，年均日照時(shí)數(shù)1529 h，年均無(wú)霜期279 d，年均降雨量1405 mm，主要集中在春季和夏季。土壤種類多樣，以紅壤和水稻土為主，試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為紅壤，土壤干容重1.28～1.58 g·cm-3，體積含水率為39.79%～50.58%，體積田間持水量32.17%～34.09%。試驗(yàn)區(qū)油茶種植面積達(dá)20.0 hm2，油茶種植密度為1500株·hm-2，平均樹高1.8 m，平均冠幅1.2 m×1.4 m，主要品種為湘林系列，本試驗(yàn)選用3～5年生的油茶林地。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 降雨樣品采集 2019年4—10月進(jìn)行雨水取樣，具體方法為：在油茶林間隙中隨機(jī)放置3個(gè)自制的降雨采樣器——直徑10 cm、高20 cm的鐵質(zhì)收集桶，桶口放置1個(gè)塑料漏斗，漏斗內(nèi)放置1個(gè)乒乓球以防止桶內(nèi)水樣蒸發(fā)，每場(chǎng)降雨結(jié)束后0.5 h內(nèi)，將雨水過(guò)濾后收集，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，裝入1.5 mL連蓋離心管并低溫冷藏，以降低水樣蒸發(fā)時(shí)同位素分餾對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的不利影響。一般情況下，每場(chǎng)降雨取樣1次，當(dāng)遇到持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、降水量大的降雨事件時(shí)，取樣工作進(jìn)行2～3次，對(duì)其降雨中的同位素組成比率進(jìn)行加權(quán)平均，如公式（1）。

式中，δXi和Pi分別為氫、氧穩(wěn)定同位素比率和相應(yīng)的降水量。

采用微型自動(dòng)氣象觀測(cè)站（HOBOware U30，Onset Computer Crop，USA）同步記錄降雨量（precipitation，P，mm），平均溫度（average temperature，T，℃）、平均風(fēng)速（average wind velocity，V，m·s-1）和相對(duì)濕度（relative humidity，R，%），氣象站每隔1 min進(jìn)行采樣，綜合考慮試驗(yàn)需要和儀器內(nèi)存，每隔15 min記錄1次數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析處理 所有樣品采用液態(tài)水同位素分析儀（PICARRO L2130-i，Picarro，USA）測(cè)定其穩(wěn)定氫、氧同位素組成δ(‰)，分析結(jié)果用相對(duì)于維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海洋水（Vienna-relative standard mean ocean water，V-SMOW）的千分差表示，如公式（2）。過(guò)量氘d-excess可用于確定數(shù)據(jù)質(zhì)量，并識(shí)別樣本在采集、處理和存放過(guò)程中可能蒸發(fā)的樣品，了解水分來(lái)源和蒸汽輸送歷史[14]，計(jì)算方法如公式（3）所示。

式中，Rsample和Rstandard分別表示樣品和V-SMOW中的穩(wěn)定氫氧同位素比率（18O/16O或D/H），測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差分別為δ18O＜0.1‰和δD＜2.0‰。

為進(jìn)一步研究降雨氫氧穩(wěn)定同位素變化對(duì)水汽來(lái)源的響應(yīng)機(jī)理，利用由美國(guó)海洋大氣局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）空氣資源實(shí)驗(yàn)室提供的向后軌跡模型（hybrid single particle lagrangian intergrated trajectory，HYSPLIT）。該模型即拉格朗日混合單粒子軌道模型，通過(guò)追蹤氣流移動(dòng)方向，研究其運(yùn)動(dòng)軌跡[15]，它采用地形σ坐標(biāo)，即氣象數(shù)據(jù)在水平坐標(biāo)上保持原格式，在垂直方向通過(guò)公式（4）內(nèi)插到地形σ坐標(biāo)系統(tǒng)。

式中，Ztop為模型頂部的縮放高度，默認(rèn)內(nèi)部縮放高度為25 km；Zmst為平均海平面高度；Zgl為地面高度；單位均為km。

模擬氣流運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，其最終位置P（t+Δt）由初始位置P（t）和第一猜測(cè)位置P′（t+Δt）的三維速度矢量得到，見(jiàn)公式（5）和（6）。

式中，Δt為積分時(shí)間步長(zhǎng)，本研究中Δt取1 h。

本研究利用全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)（global data assimilation system，GDAS）1.0作為背景氣象數(shù)據(jù)，分別計(jì)算了地面以上1500、3000和5500 m高度帶的水汽運(yùn)輸軌跡，每6 h計(jì)算1次軌跡，回溯72 h[16]，并通過(guò)聚類分析確定研究區(qū)的主要水分來(lái)源。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨同位素組成動(dòng)態(tài)變化

分析長(zhǎng)沙地區(qū)油茶林地日降雨同位素(δD、δ18O和d-excess)數(shù)據(jù)，降雨中δD、δ18O、d-excess組成如圖1所示。日降雨同位素δD的范圍為：-150.12‰～12.55‰，平均值為-81.32‰。δ18O值在-19.97‰～0.03‰之間，平均值為-11.39‰。每日d-excess值在6.01～14.37之間，平均值為9.84。分析各月份降雨的平均同位素組成，結(jié)果（表1）表明，4和10月的同位素組成與5—9月同位素組成存在顯著差異，但4月同10月之間、5—9月之間同位素組成無(wú)明顯差異。長(zhǎng)沙地區(qū)5月開始受到東南季風(fēng)作用的影響，因此將5—9月劃分為季風(fēng)期，其余2月代表非季風(fēng)期。本文數(shù)據(jù)范圍大體上與吳華武等[17]于2010—2011年在長(zhǎng)沙地區(qū)得到的研究結(jié)果（δD：-132.9‰～13.2‰；δ18O：-17.4‰～0.24‰）相近，同位素?cái)?shù)據(jù)沒(méi)有顯示出很大的年際變異性，但均值偏低，大致是前人研究結(jié)果[17-18]（δD=-39.9‰；δ18O=-6.83‰、δD=-31.81‰；δ18O=5.58‰）的2倍，這表明林地降雨氫氧同位素組成的年際波動(dòng)較小，年內(nèi)存在波動(dòng)，有明顯的季節(jié)性變化。有研究指出，南方矮化棗樹林降雨受到冠層截留作用，雨滴滯留時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)蒸發(fā)時(shí)間也長(zhǎng)，其同位素值較林外降雨富含重同位素[19]。本試驗(yàn)基地以3～5年生油茶為主，其冠層截流作用不明顯，從而降雨重同位素值富集程度低。如圖1所示，降雨氫和氧同位素具有良好的線性關(guān)系，其變化規(guī)律也高度一致，因此本文主要討論降雨中δD變化[2]。

表1 各月降雨同位素的分布情況Table 1 Distribution of precipitation isotopes in each month

圖1 δ18O、δD和d-excess分布Fig. 1 Distribution of δ18O、δD and d-excess

林地降雨同位素組成表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化，如表1所示。在試驗(yàn)期內(nèi)表現(xiàn)出季風(fēng)期整體偏低，非季風(fēng)期偏高，大多數(shù)受季風(fēng)氣候影響的地方也有類似的季節(jié)趨勢(shì)，如日本本州島受到氣團(tuán)水汽來(lái)源的影響，其d-excess夏季低，冬季高[20]；三角洲降雨同位素冬季值偏高、夏季偏低[21]。季風(fēng)期降雨量（76.2%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非季風(fēng)期（23.8%），降雨同位素δD平均值在季風(fēng)期（-105.99‰）低于4（-42.60‰）和10月（-16.33‰），d-excess平均值在季風(fēng)期（8.19）也低于4（13.85）和10月（12.93）。降雨同位素在各季節(jié)中表現(xiàn)出高度的差異性，季風(fēng)期變化較大，非季風(fēng)期差異性較小，其可能原因是林地在季風(fēng)期受到東南季風(fēng)和西南季風(fēng)的共同影響，降雨量多且水汽來(lái)源復(fù)雜[17]，導(dǎo)致溫度對(duì)降雨同位素的影響作用減弱[22]。通過(guò)分析降雨中δD同位素值的季節(jié)變化，可以判斷林地降雨過(guò)程中氫氧同位素分餾不平衡程度，從而可以得知降雨過(guò)程中水滴蒸發(fā)汽化的強(qiáng)度[23]，林地季風(fēng)期降雨同位素組成為負(fù)，即同位素較貧乏，說(shuō)明季風(fēng)期降雨過(guò)程中氫氧同位素分餾較大，即蒸發(fā)強(qiáng)度較高。

2.2 降雨δD同環(huán)境因子的關(guān)系

如圖2所示，試驗(yàn)期內(nèi)高溫和降雨都主要集中于季風(fēng)期，溫度自4—8月持續(xù)上升，4（17.73 ℃）、5月（18.87 ℃）的平均溫度都低于20 ℃，而8月則高達(dá)34.93 ℃，8月5日出現(xiàn)最高溫37.2 ℃，之后溫度開始下降，10月平均溫度為17.98 ℃；2019年4月13日至10月23日出現(xiàn)28次降雨，其中5月13日出現(xiàn)特大暴雨，降雨量82.2 mm；降雨量在20 mm以上的降雨有5次，分別出現(xiàn)在4月29日、5月12日、6月22日、7月9日和7月12日；4月13日、4月15日和5月6日等10場(chǎng)降雨的降雨量低于5 mm。試驗(yàn)期內(nèi)降雨δD存在明顯的變化周期，4月中旬開始下降，季風(fēng)期整體偏低，9月初開始上升，形成較完整的“V”形變化規(guī)律。降雨δD波動(dòng)較大，部分場(chǎng)次降雨同位素高度貧乏，δD在 -150.12‰～12.55‰間變化，最小值出現(xiàn)在5月13日。

圖2 試驗(yàn)期內(nèi)降雨量、溫度和δD分布Fig. 2 Distribution of precipitation， temperature and δD during the trial period

為考察林地氣候條件對(duì)降雨同位素組成的影響，對(duì)溫度、降雨量、平均風(fēng)速、相對(duì)濕度等日氣候變量[17]同降雨δD進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果（表2）顯示，降雨δD同4個(gè)氣候變量均存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.306、-0.622、-0.691和-0.496，其中降雨量和平均風(fēng)速與降雨δD的相關(guān)性較高。在綜合考慮上述氣候因子的條件下，降雨量和平均風(fēng)速對(duì)林地降雨的同位素變化起主要的影響作用。在控制溫度的偏相關(guān)分析條件下，降雨量、平均風(fēng)速和相對(duì)濕度對(duì)林地降雨δD的影響均增大，其中以降雨量的變化幅度最大，說(shuō)明各個(gè)影響因素之間相互影響，溫度變化對(duì)降雨量的影響最大。在控制降雨量的偏相關(guān)分析條件下，降雨δD同溫度和風(fēng)速存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，同前2種分析比較可知，降雨δD的溫度效應(yīng)被降雨量效應(yīng)掩蓋。

表2 氣候因子與δD相關(guān)性和偏相關(guān)性分析Table 2 Analysis of correlation and partial correlation between climatic factors and δD

2.3 當(dāng)?shù)亟邓€和水汽來(lái)源

降雨中δD與δ18O之間的關(guān)系稱為大氣降水線，可反映不同的氣候條件，比較不同地區(qū)的空間和季節(jié)同位素變化[23]。本研究使用回歸模型構(gòu)建了當(dāng)?shù)亟邓€（local meteoric water line，LMWL），如圖3所示。2019年林地降雨所形成的降水線δD=8.3δ18O+13.5（R2=0.99），同全球大氣降水線（global meteoric water line，GMWL）δD=8.0δ18O+10.0相比，其斜率略微偏高，截距顯著偏高，表明林地蒸發(fā)強(qiáng)度和蒸發(fā)速率均低于全球平均水平，同時(shí)反映出林地的溫暖濕潤(rùn)氣候[24]。由圖3可以看出，季風(fēng)期和非季風(fēng)期的降水線分別為δD=8.0δ18O+8.3（R2=0.99）和δD=7.9δ18O+12.9（R2=0.98），非季風(fēng)期降水線與林地降水線十分接近，但季風(fēng)期降水線的斜率和截距均低于林地降水線，尤其截距變化較大。

圖3 林地降水線Fig. 3 Forestland rainfall line

降雨同位素組成同水汽來(lái)源和輸送路徑存在密切關(guān)系[1]，為研究長(zhǎng)沙油茶林地降雨同位素變化對(duì)水汽來(lái)源的響應(yīng)，利用HYSPLIT分別從1500、3000和5500 m高度追蹤了當(dāng)月降雨量比較突出日期的林地水汽來(lái)源路徑，如表3所示。并在1500 m高度處對(duì)3—10月的水汽來(lái)源進(jìn)行聚類分析，如圖4所示。結(jié)合該地區(qū)降雨事件中δD的變化，綜合分析林地降雨δD與水汽輸送之間的關(guān)系。

表3 不同時(shí)期的水汽來(lái)源Table 3 Water vapor sources in different periods

圖4 不同時(shí)期水汽輸送過(guò)程的追蹤Fig. 4 Tracking of water vapor transport process in different periods

3月降雨水汽主要是源于西風(fēng)帶及南下冷空氣的大陸性氣團(tuán)和局部循環(huán)水汽，分別占所有水汽來(lái)源的32%和60%，其同位素富集[25]。4月35%來(lái)源于大陸性氣團(tuán)的作用；局部水汽補(bǔ)給驟減，僅為19%；分別有7%和38%的水汽來(lái)源于印度洋和西太平洋，同位素組成開始下降。季風(fēng)期林地水汽來(lái)源主要是海洋氣團(tuán)，占比達(dá)51%，由于輸送距離較遠(yuǎn)，其同位素整體貧乏。如7月5日和7月8日的水汽來(lái)源分別是湖北和緬甸，平均濕度相差30%，來(lái)自緬甸的水汽受到孟加拉灣的影響，其濕度偏高，但長(zhǎng)距離的輸送使得7月8日林地降雨δD（-112.41‰）低于7月5日（-109.38‰）。10月隨著東南季風(fēng)退出大陸，林地逐漸受到來(lái)自蒙古和西伯利亞的大陸性氣團(tuán)影響，局部循環(huán)水汽補(bǔ)給增加，61%水汽來(lái)源于局部循環(huán)水汽，降雨次數(shù)減少，降雨量驟減，降雨中同位素組成有所增大。11月主要水汽來(lái)源為西風(fēng)帶輸送的大陸性氣團(tuán)和局部水汽補(bǔ)給，分別占27%和51%，降雨同位素繼續(xù)富集。

3—11月林地降雨水汽主要來(lái)源呈現(xiàn)出“大陸性氣團(tuán)-海洋氣團(tuán)-陸性氣團(tuán)”循環(huán)變化規(guī)律，大陸性氣團(tuán)主要包括局部循環(huán)水汽和來(lái)自西風(fēng)帶及南下冷空氣，輸送過(guò)程中分餾程度小，對(duì)應(yīng)降雨同位素組成偏大；來(lái)自印度洋和西太平洋的暖濕海洋氣團(tuán)攜帶大量水汽，由于輸送過(guò)程中分餾大，導(dǎo)致降雨同位素組成偏負(fù)，從而林地降雨δD表現(xiàn)出季風(fēng)期偏低、非季風(fēng)期偏高的“V”形變化規(guī)律。

3 討論

3.1 降雨同位素環(huán)境效應(yīng)

降雨同位素組成受到諸多因素控制，如降雨量、溫度、水分來(lái)源其軌跡、水氣輸送距離、海拔高度和水汽循環(huán)等[26]。降雨同位素與降雨量間的負(fù)相關(guān)關(guān)系被稱為降雨量效應(yīng)[9]，降雨量效應(yīng)一般存在于中、低緯度沿海地區(qū)（海島）或季風(fēng)區(qū)[8]。一般地，日降雨量小于10 mm降雨過(guò)程同位素趨于富集，大于10 mm則表現(xiàn)出貧乏趨勢(shì)[1]。本研究數(shù)據(jù)顯示，日降雨量在5 mm以下的連續(xù)降雨隨降雨歷時(shí)增加，δD水平逐漸提高，鄰近兩場(chǎng)歷時(shí)短、雨量大的降雨，δD水平逐漸貧乏。如10月13—16日降雨過(guò)程，隨著降雨量的增加，δD組成反而富集，說(shuō)明大氣中的殘留水汽隨著降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)而逐漸減少，成雨水汽在落至地面之前經(jīng)歷了逐漸強(qiáng)化的二次蒸發(fā)過(guò)程[10]。對(duì)于5月6日、7月4日和7月23日的降雨量分別為2.7、1.3和0.1 mm，之前10 d內(nèi)降雨量稀少，高溫條件下有利于水汽蒸發(fā)，故降雨δD高度富集，為季風(fēng)期內(nèi)3個(gè)較高值，同三峽庫(kù)區(qū)[27]降雨同位素一樣，表現(xiàn)出明顯的降雨量效應(yīng)。

我國(guó)低緯度地區(qū)出現(xiàn)與溫度效應(yīng)相反的現(xiàn)象稱之為“反溫度效應(yīng)”[4]，主要是因?yàn)榧撅L(fēng)氣候帶來(lái)豐富的降雨，抑制和掩蓋了溫度效應(yīng)，使得這些地區(qū)表現(xiàn)出反溫度效應(yīng)[20]。本研究在綜合考慮降雨量、溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速等環(huán)境因子的情況下，油茶林地降雨δD與溫度之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系（-0.306），但并未達(dá)到顯著水平；在控制降雨量后，其負(fù)相關(guān)系數(shù)提高（-0.520），并達(dá)到顯著水平，這說(shuō)明連續(xù)降雨過(guò)程增大了空氣濕度，降低了溫度，從而抑制蒸發(fā)，使得溫度效應(yīng)被掩蓋，此現(xiàn)象在我國(guó)華南其他地區(qū)（桂林）也有出現(xiàn)。在分別控制溫度和降雨量的情況下，降雨δD與降雨量和溫度的負(fù)相關(guān)性均有所提高，同風(fēng)速的負(fù)相關(guān)關(guān)系比較穩(wěn)定，后種情況下與相對(duì)濕度的負(fù)相關(guān)性有所下降，溫度和濕度的變化幅度較大，說(shuō)明溫度效應(yīng)和濕度效應(yīng)都比較敏感。由此可知，影響林地降雨δD的主導(dǎo)因素是降雨量，降雨量對(duì)溫度效應(yīng)的影響較大，濕度效應(yīng)對(duì)溫度的變化十分敏感，風(fēng)速的影響比較穩(wěn)定。

3.2 降雨同位素指示意義

本研究林地大氣降水線斜率和截距均高于前人[4,7,28]，可能是因?yàn)殚L(zhǎng)沙地處我國(guó)中南地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，其云下二次蒸發(fā)的動(dòng)態(tài)分餾值較低，從而降水線斜率和截距偏高[29]。季風(fēng)期降水線斜率（8.0）和非季風(fēng)期降水線斜率（7.9）接近，說(shuō)明林地降雨同位素的相變過(guò)程中雨除水平相當(dāng)[27]；季風(fēng)期受東南和西南季風(fēng)的相互影響，降雨集中，降雨量效應(yīng)顯著，頻繁的降雨在一定程度上抑制了蒸發(fā)作用，致使季風(fēng)期降水線截距（8.3）小于非季風(fēng)期（12.9）；非季風(fēng)期受到同位素富集的局部水汽的補(bǔ)給[30]，所以林地降水線表現(xiàn)出較高的截距。林地降水線和不同季節(jié)降水線斜率接近，而截距相差較大，說(shuō)明油茶林地的蒸發(fā)強(qiáng)度接近全國(guó)平均水平，其蒸發(fā)速率遠(yuǎn)小于全國(guó)平均水平，突出了林地的濕潤(rùn)氣候特征，林地受到季風(fēng)氣候和溫度的影響，蒸發(fā)速率處于不斷變化中[31]，在季風(fēng)期達(dá)到最大。

本研究表明，非季風(fēng)期d-excess的變幅為0.86～2.37，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于季風(fēng)期的變幅（2.47～3.59）。季風(fēng)期d-excess的較大波動(dòng)說(shuō)明林地季風(fēng)期水汽來(lái)源更加復(fù)雜，其輸送途徑更多。研究區(qū)d-excess的變化基本與降雨δD變化同步，說(shuō)明長(zhǎng)沙油茶林地云下二次蒸發(fā)作用不明顯[25]。研究指出，如果降雨水汽來(lái)源于海洋，因其空氣濕度大，則過(guò)量氘較??；若過(guò)量氘較大，則說(shuō)明降雨來(lái)源于內(nèi)陸蒸發(fā)[30]，林地季風(fēng)期過(guò)量氘d-excess均值（8.19‰）顯著小于非季風(fēng)期（13.34‰），表明季風(fēng)期降雨來(lái)源為海洋，非季風(fēng)期來(lái)源為內(nèi)陸蒸發(fā)，其結(jié)果和HYSPLIT模擬結(jié)果一致，可見(jiàn)利用過(guò)量氘指示降雨水汽來(lái)源是可行的。

大陸性氣團(tuán)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈、水汽含量少，局部水汽輸送距離短，氣團(tuán)在輸送過(guò)程中的蒸發(fā)作用和分餾程度小，從而導(dǎo)致3和11月同位素富集，與前人研究結(jié)果一致[16]。4月近距離的海洋水汽使得降雨同位素富集程度開始下降，4月13—15日，降雨量共8.3 mm，其1500、3000和5500 m處的水汽來(lái)源分別是新疆、貴州和巴基斯坦，雖高度不同水汽來(lái)源差異較大，但所攜帶水汽均偏低，如新疆庫(kù)勒站降雨同位素在4月最低[5]，從而使得林地降雨δD有所下降。季風(fēng)期林地受到東南季風(fēng)和西南季風(fēng)的共同作用，其氣候條件復(fù)雜，濕度變化大，來(lái)自海洋的暖濕氣流在向陸地運(yùn)輸過(guò)程中分餾大，降雨同位素貧乏，因而林地降雨同位素組成在季風(fēng)期整體偏負(fù)。季風(fēng)期林地水汽多來(lái)自近海和太平洋的海洋氣團(tuán)，攜帶水汽十分豐富，濕度也較其他月份高，在7月8日達(dá)到92%，但降雨δD最低值出現(xiàn)在5月13日而非7月，濕度效應(yīng)不明顯。這是因?yàn)?月林地降雨有21%的大陸性氣團(tuán)和8%的局部補(bǔ)給，51%來(lái)自海洋氣團(tuán)（西太平洋和印度洋），較長(zhǎng)距離的輸送過(guò)程使得同位素?fù)p失較多，且溫度變化對(duì)濕度效應(yīng)的影響較大，濕度效應(yīng)可能受到季風(fēng)作用、降雨量、水汽來(lái)源及其途徑不同的影響，這說(shuō)明在季風(fēng)期，影響林地降雨同位素組成變化的因素是復(fù)雜的，有待進(jìn)一步深入研究。