光照水库溶解无机碳变化及其来源解析

河流拦截筑坝形成蓄水河流,逐渐向“湖泊型”生态系统演化,加强了生物地球化学循环并进一步影响水体碳循环.为了更准确地进行全球碳循环的预算并预测碳循环变化,必须确定对河流系统产生影响的碳来源.因此,通过测定库区水体c（DIC）（DIC为溶解性无机碳）及其δ13C（稳定碳同位素）,分析了DIC的主要来源及其影响因素.结果表明:①水体c（DIC）为1.80~5.02 mmol/L,而δ13C_DIC（溶解性无机碳的稳定碳同位素）为-7.45‰~-1.26‰.c（DIC）与EC（电导率）、TA（总碱度）均呈正相关,与水温呈负相关.表水层δ13C_DIC与c（DIC）、TA均呈正相关,与EC在入库河流处呈负相关;而滞水层δ13C_DIC与EC、pCO₂（二氧化碳分压）、TA、c（DIC）均呈正相关.②水平方向上,表水层各指标变化明显,TA、EC、SIc（方解石饱和指数）和c（DIC）整体上呈降低趋势,δ13C_DIC从上游至下游逐渐偏正,受碳酸盐矿物溶解影响显著;垂直方向上,热分层和化学分层现象对水的碳循环产生了显著影响.有机质分解在深水层释放大量CO₂致使c（DIC）、pCO₂逐渐升高及δ13C_DIC逐渐降低,c（DIC）及其δ13C在整个水柱上存在显著的空间异质性.研究显示,光照水库DIC的来源主要有两种,即生物源的土壤CO₂和有机物呼吸产生的溶解CO₂形式的DIC源、碳酸盐矿物风化所产生的碳酸氢盐形式的DIC源.      

西南喀斯特流域土地利用对河流溶解无机碳及其同位素的影响

河流溶解无机碳(DIC)作为流域碳循环的重要部分一直备受关注,其稳定同位素(δ13CDIC)能够反映DIC来源和转化过程,而其受土地利用变化的影响的研究还较为缺乏.为了研究喀斯特河流水体DIC和δ13CDIC的影响因素,在典型喀斯特流域赤水河进行了河水样品采集与分析.赤水河流域上游主要分布碳酸盐岩而下游分布硅酸盐岩,且...     

西安周边河流溶解无机碳浓度及同位素组成初探

通过分析西安周边4条主要河流(浐河、灞河、涝河、黑河)的溶解无机碳(DIC)浓度和碳同位素组成,初步探讨了西安周边主要河流溶解无机碳(DIC)的浓度变化及碳源.结果表明西安周边主要河流DIC浓度的变化范围为0.34～5.66mmol.L-1,平均为1.23 mmol.L-1,自源头到下游,DIC浓度呈现升高趋势.4条河流δ13CDIC值的变化范围在-13.3‰～-7.2‰之间,平均值约为-10.1‰,4条河流整体表现为δ13CDIC值在源头偏负(平均值约为-12.6‰),中下游农耕区δ13CDIC值偏正(平均值约为-9.4‰),靠近入渭河河口的城市区δ13CDIC表现为偏负值(平均值为-10.5‰).DIC浓度与河流DIC碳同位素组成的变化规律揭示了河流溶解无机碳来源的变化,土壤CO2的输入可能是源头水体DIC的主要来源;中下游农耕区河水δ13CDIC值偏正是由于农业区农作物存在C4植被(如:玉米),使得农业区土壤CO2和土壤碳酸盐具有偏正的碳同位素组成,进而导致河流水体具有偏正的δ13CDIC值;靠近河口处具有较低δ13C值,污水的大量输入可能导致河水δ13CDIC表现为偏负.结果表明西安周边河流溶解无机碳浓度和同位素组成变化大致指示了河流从源头到下游过程中DIC的可能来源,可为黄土高原小流域河流无机碳来源示踪研究提供参考.     

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.      

猫跳河流域梯级水库夏-秋季节溶解无机碳（DIC）含量及其同位素组成的分布特征

于2007年7月(夏季)、10月(秋季)2次对猫跳河流域河流-水库水体样品进行了采集,分析其水化学组成特征,溶解无机碳(DIC)含量及其同位素组成,研究了猫跳河流域河流-水库的碳元素地球化学行为,目的是阐明梯级水库拦截后河流的碳元素含量和碳同位素(δ13CDIC)组成的分布特征.水体DIC及其同位素(1δ3CDIC)组成的总体特征为:DIC含量夏季低于秋季,夏季DIC含量为1.35~2.84 mmol/L,平均值为2.12 mmol/L,秋季DIC含量为2.03~3.98 mmol/L,平均值为2.67 mmol/L;1δ3CDIC值则相反,夏季较秋季偏正,其1δ3CDIC值流域夏季为-10.3‰~-5.1‰,平均值是-8.6‰,秋季为-13.0‰~-6.9‰,平均值为-9.0‰,表明夏季藻类光合作用优先富集12C,水体富集13C.夏季水库的DIC含量随着深度的加深而增大,而δ13CDIC值则随着深度的加深而偏负,表明表层水体受藻类生物作用影响较大,下层水体主要受有机质的降解影响.DIC含量从上游至下游呈逐渐降低的趋势,而δ13CDIC值从上游至下游呈逐渐偏负的趋势,表明河流受水坝拦截后河流水化学性质发生了改...     

地下水灌溉对华北平原农田土壤碳库转化影响

为揭示区域尺度上地下水灌溉对农田土壤碳库转化的作用机制,选取华北平原高灌溉定额区、低灌溉定额区及无灌溉背景区为研究对象,分析土壤深度0~700 cm剖面范围内碳含量及碳储量的变化特征,并结合稳定碳同位素源解析技术,采用端元混合模型定量评估地下水灌溉条件下不同来源的土壤碳对土壤碳库的贡献率.结果表明:①地下水灌溉对土壤有机碳（SOC）储量影响不显著,但是显著增加了土壤无机碳（SIC）储量,具体趋势表现为无灌溉背景区（43.8 kg/hm2） < 低灌溉定额区（46.9 kg/hm2） < 高灌溉定额区（79.9 kg/hm2）;垂向剖面数据进一步显示,灌溉区与无灌溉区碳密度在土壤深度100~300 cm处存在显著差异（p < 0.01）.②碳含量及稳定碳同位素相关分析表明,无灌溉条件下SOC和SIC间转化关系较为明显;而在地下水灌溉区SOC与SIC相关性较弱.地下水溶解性无机碳（DIC）输入成为灌溉区土壤无机碳库的主控因素.③稳定碳同位素源解析表明,SOC以C3植物来源为主,无灌溉区DIC主要来源于SOC转化,其占比在10.6%~25.8%之间;灌溉区DIC则主要来源地下水灌溉,占比范围为74.0%~89.8%.研究显示,地下水灌溉外源输入的DIC显著提高了SIC的储量,对区域土壤碳库组成及转化过程产生重要的直接影响.      

放射性碳同位素在地表水体有机碳来源示踪中的研究进展

随着加速器质谱分析测试技术的不断发展,天然放射性碳同位素(△14C)被广泛应用于地表水环境研究.地表水(河流、湖泊)有机碳循环在全球碳循环中发挥着重要作用.利用放射性碳同位素探究地表水环境有机碳循环,不仅能定量识别有机碳的来源贡献率,还能提供有机碳迁移转化过程的信息.本文综合介绍了放射性碳同位素分析技术原理,比较了溶解...     

珠江流域河流碳输出通量及变化特征

研究河流碳运移对于研究全球碳循环以及探讨河流对全球气候变化的响应机制具有重要意义.2012年4月和7月选取珠江主流及支流11个代表性断面,分析悬浮颗粒物和碳组分的空间分布和季节变化,同时选取博罗、石角和高要这3个主控断面,对珠江流域的碳通量和侵蚀模数进行了估算.结果表明,珠江流域悬浮颗粒物(TSS)、颗粒有机碳(POC)以及溶解有机碳(DOC)随雨季的到来而质量浓度升高,西江上游TSS和POC的质量浓度增加显著;珠江流域河流碳的4种组分中,溶解无机碳(DIC)的所占质量分数最高,且西江、北江的DIC质量浓度明显高于东江;西江、北江和东江河流中外源POC分别占78%、72%和26%,三大支流的POC均受上游C3植物的影响;珠江流域的TSS、总碳(TC)、POC、颗粒无机碳(PIC)、DOC、DIC、以及颗粒碳(TPC)、总有机碳(TOC)的入海通量分别为134×1012、12.69×1012、2.50×1012、1.01×1012、1.13×1012、8.05×1012、3.51×1012和3.65×1012g·a-1,对应的侵蚀模数分别为:309×106、28.98×106、5.75×106、2.27×106、2.56×106、18.4×106、8.02×106和8.31×106g·(km2.a)-1.与全球主要河流碳侵蚀模数相比,珠江流域河流DOC、POC和TOC的侵蚀模数均高于全球平均值.     

漓江地表水体有机碳来源

科学辨识河流有机碳来源是碳循环研究的关键.本文选取典型岩溶流域漓江流域为研究对象,通过同位素示踪法、相关分析法、端元混合模型,利用碳稳定同位素、C/N对其2016年7~9月有机碳来源进行研究.结果表明:(1)DIC浓度空间分布特征为:岩溶区岩溶区与非岩溶区的混合区非岩溶区;干流区DIC浓度从上游到下游递增,主要受控于流域碳酸盐岩的空间分布比例.(2)DOC是构成漓江水体TOC的主体,TOC来源以内源有机碳为主,内源碳浓度空间分布特征为:岩溶区混合区非岩溶区,可能与岩溶区水生植物丰茂、碳酸酐酶活性较强有关,TOC中内源碳的浓度介于1.02~5.14 mg·L~(-1),平均为2.54 mg·L~(-1);TOC中内源碳的比例空间分布差异不大,平均为73.07%.(3)POC浓度、POC中内源碳的浓度及POC中内源碳的比例空间分布差异不大,POC来源以外源碳为主,POC中内源有机碳浓度介于0.01~0.16 mg·L~(-1),平均为0.05mg·L~(-1),水生生物量对漓江流域POC贡献平均为17.31%.(4)DOC浓度及内源DOC浓度空间分布均为:岩溶区混合区非岩溶区,DOC主要来源于水生生物的初级生产力,DOC中内源碳的浓度介于0.97~5.10 mg·L~(-1),平均为2.48 mg·L~(-1);DOC中内源碳的比例空间分布差异不大,平均为79.51%.研究水生光合生物对流域有机碳的影响,可以为岩溶碳汇稳定性科学问题的解答提供基础.     

白龙江溶解有机碳的空间分布、来源及其控制因素探究

流域碳循环是全球碳循环的重要组成部分,也是研究的热点,但是目前对于高原流域碳循环的认识仍然不足。白龙江流域位于青藏高原东缘,是研究高原流域碳循环的理想地区之一。为了研究白龙江流域河流水体中溶解有机碳(DOC)的空间分布特征、来源及其影响因素,我们对白龙江流域河流水体进行了系统的空间序列采样并对河流水体水温、p H、电导率(EC)、DOC浓度、DOC的稳定碳同位素组成(δ~(13)C_(DOC))及紫外-可见光吸收光谱特征等进行测试分析。分析结果显示,白龙江流域DOC浓度为0.4～4.1 mg/L,平均值为1.4 mg/L,δ~(13)C_(DOC)变化范围为-27.2‰～-26.2‰。研究结果表明白龙江源区高海拔区域DOC含量在全流域内最高,自源区至下游,DOC含量逐渐降低,干流中、下游DOC浓度值基本相同,南部DOC含量由上游支流至下游支流逐渐减少。白龙江流域DOC含量与土壤有机碳含量和α(254)之间明显的正相关性,以及δ~(13)C_(DOC)的分布范围等,均表明DOC主要来源于以C3植物为主的陆源有机质,其空间分布受到海拔(温度)和土地利用控制。     

池武溪流域溶解无机碳特征及影响因素分析

溶解无机碳及其碳同位素(δ13CDIC)是指示物质来源及生物地球化学特征和反映碳在陆地水循环过程中的重要手段。为了研究池武溪流域内地下水、地表水的溶解无机碳及碳同位素的变化特征和影响因素,文章于2019年6月、2019年12月对采样点进行监测。结果表明:池武溪流域水化学类型为HCO_3-Ca型或HCO_3-Ca·Mg型;流域DIC含量及δ13CDIC具有明显的季节变化特征,具体表现为枯水期大于丰水期,丰水期δ13CDIC比枯水期更偏负;枯水期和丰水期时硫酸和硝酸不同程度参与碳酸盐岩风化过程并使δ13CDIC偏正。     

河口水体中溶解CO_2及其稳定同位素在线同时测定的技术研究——吹扫-EA-IRMS联用法

稳定碳同位素比值(13 C/12 C)是指示碳生物地球化学行为的有效指标。本研究研制并优化了CO2及其稳定同位素测定的吹扫预处理系统,将该系统与EA-IRMS联用实现了溶解CO2、其它形式DIC及二者碳同位素比值的在线同时测定,测得河口水样中易逃逸CO2及其它形式DIC的相对标准偏差分别为3.7%和3.0%;二者的δ13 C值的标准偏差分别为0.30‰和0.15‰。运用此法对九龙江9个站位表层水中不同形态DIC的碳同位素进行测定,得出易逃逸CO2的δ13 C平均值为-12.90‰,其他形式DIC的δ13 C平均值为-5.63‰。该法为水体中无机碳及其稳定碳同位素的测定研究提供了新途径。     

三峡水库坝前水体水化学及溶解无机碳时空分布特征

以三峡水库坝前水体为研究对象,分析了三峡水库蓄水至145m和172m水位时坝前垂向水体基本物理化学参数、主量元素、溶解无机碳(DIC)含量及其碳同位素(δ13CDIC)分布特征.研究结果表明,无论夏季还是冬季,坝前水体均没有出现水温分层现象,pH、电导、溶解氧也没有发生分层现象.坝前水体水化学组成主要受碳酸盐岩风化的控制,主量元素、溶解无机碳含量和三峡大坝截流前相比没有发生明显的变化.水体δ13CDIC值夏季(丰水期)低于冬季(枯水期),在垂向上变化不明显,与水库、湖泊δ13CDIC的时空变化特征相异而与自然河流的变化特征相似.目前,三峡水库坝前水体水化学特征主要表现出自然河流的特征,水库"湖沼学反应"还不明显.     

胞外碳酸酐酶对湖泊微藻稳定碳同位素组成的影响

本文以红枫湖、百花湖和阿哈水库中的微藻为研究对象,通过测定湖水中的DIC含量,微藻胞外碳酸酐酶活力和藻体的稳定碳同位素组成等信息,来研究湖泊微藻的碳同位素组成对全球气候变化的响应。结果发现:水体无机碳和微藻胞外碳酸酐酶活力是影响湖泊微藻稳定碳同位素组成变化的决定性因素。本研究所获得的认识将在全球气候变化方面具有重要意义。     

乌江梯级筑坝对河流碳酸氢根的影响机制

梯级筑坝显著改变了河流碳的生物地球化学循环。为了了解梯级筑坝对河流HCO_3~-的影响,本文对乌江中上游梯级水库的HCO_3~-浓度、溶解无机碳同位素(δ~(13)CDIC)及相关的环境参数进行了长时间跨度的分析。乌江中上游梯级水库-河流体系HCO_3~-浓度为1 42154～3 38752μmol/L,平均值为2 36321μmol/L;δ~(13)CDIC为-1066‰～-452‰,平均值为-854‰;梯级筑坝导致河流具有下游HCO_3~-浓度升高的变化趋势。河流筑坝发电,易形成峡谷型深水水库。碳同位素证据和相关性分析表明,上层的光合作用和下层的呼吸作用成为控制发电水库碳循环的主要因素。这导致HCO_3~-浓度在水库剖面上呈现出由上层至下层逐渐增高的变化规律,再加上水库底层泄水的发电方式,最终导致梯级筑坝河流下游HCO_3~-浓度逐渐升高。本研究将加深梯级筑坝对河流碳循环影响机理的理解。     

典型绿洲不同土壤类型有机碳含量及其稳定碳同位素分布特征

土壤有机碳及其稳定同位素组成反映了生态系统碳循环的关键信息,对研究全球变化下陆地生态系统碳动态及碳资源的可持续发展具有重要意义.本研究以阿拉尔绿洲4种土壤类型为研究对象,测定不同深度土壤有机碳(SOC)含量和δ~(13)C值,探讨不同土壤类型有机碳分布、δ~(13)C_(SOC)丰度差异及其与土壤环境因子的关系.结果表明:(1)土壤整体有机碳含量由高到低依次为灌漠土、棕漠土、盐土、风沙土,且在表层(0~20 cm层)具有较大值;δ~(13)C_(SOC)变化范围在-26‰~-23‰,表层(0~20 cm)由正趋负为盐土风沙土灌漠土棕漠土.(2)土壤有机碳含量受土壤类型、深度及其交互作用极显著影响,δ~(13)C_(SOC)受土壤类型、交互作用显著影响;进一步交互效应检验中土壤有机碳受因素水平影响极强,同位素相对较弱.(3)冗余分析发现土壤有机碳与土壤无机碳、全氮、土壤含水量、容重均存在显著或极显著正相关关系,与C/N具有显著负相关关系;δ13CSOC与电导率存在显著正相关关系,与土壤无机碳、土壤含水量均存在极显著负相关关系.土壤环境因子的重要性排序为土壤含水量土壤无机碳容重全氮C/N电导率pH.分析得出土壤有机碳及其同位素在不同土壤类型中呈现出不同变化规律,其土壤类型的效应强于土壤深度,受土壤含水量影响最甚.     

桂江主要离子及溶解无机碳的生物地球化学过程

河流水体的化学组成记录了流域内各种自然过程与人类活动的信息.对西江一级支流桂江化学径流的分析结果表明,桂江水体的离子组成主要受碳酸盐岩化学风化过程的控制,CO2是这一过程的主要侵蚀介质;H2SO4对碳酸盐岩的风化影响桂江河水的化学组成.大气沉降、人类活动、碳酸盐岩和硅酸盐岩化学风化对桂江水体贡献的溶解物质分别占总溶解物质的2.7%、6.3%、72.8%和18.2%.河流溶解无机碳(DIC)的稳定同位素组成(δ13CDIC)揭示桂江河水中的DIC明显被浮游植物的光合作用所利用.浮游植物初级生产力对桂江颗粒有机碳(POC)的贡献达22.3%~30.9%,这表明岩石风化来源的DIC经浮游植物的光合作用转化为有机碳,并在迁移过程中部分沉积水体底部,进而形成埋藏有机碳.     

黄河口溶解无机碳时空分布特征及影响因素研究

河口是全球碳循环的重要区域.为了研究黄河口表层水中溶解无机碳(DIC)的时空分布特征,2013年春季、夏季、秋季、深秋分别对表层水进行采样分析,讨论了DIC含量与环境因子间的相关关系.结果表明,黄河口表层水体DIC浓度在26.34~39.43 mg·L-1,其分布趋势为淡水端高于海水端,在盐度小于15‰的区域发生明显亏损,最大亏损量为20.46%;季节分布规律表现为春季秋季深秋夏季.通过主成分分析表明,水温、悬浮物、盐度、叶绿素a是影响黄河口表层水DIC浓度变化的主要因素,其解释效率达83%,而碱度、p H、溶解有机碳、溶解氧等因素对DIC分布特征的影响不容忽视.DIC在低盐区亏损的主要原因是碳酸钙沉降.黄河口DIC呈逐年增长趋势,主要受水体停留时间、温度、外源输入及环境条件等因素的影响.     

典型岩溶地区岩溶泉溶解性碳浓度变化及其通量估算

溶解性无机碳(DIC)和溶解性有机碳(DOC)是岩溶作用、碳汇与碳循环研究的重要指标.为增进对小流域岩溶泉DIC和DOC运移特征的认识,提升离散、有限的水质监测数据条件下碳通量的估算精度,研究了贵州普定陈旗岩溶泉DIC和DOC浓度的变化特征,采用LOADEST模型建立了估算DIC和DOC日通量的回归方程,并估算了陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度.结果表明,陈旗岩溶泉DIC和DOC的浓度分别为16. 47～42. 31 mg·L~(-1)和0. 87～6. 89 mg·L~(-1),它们分别随瞬时径流量的增加呈指数减小和增加.从LOADEST模型构建的回归方程可知,DIC日通量主要受径流量的影响,DOC日通量受径流量和时间的影响;陈旗岩溶泉DIC和DOC的估算通量分别为9 490. 01 kg·a~(-1)和1 704. 87 kg·a~(-1),陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度为3. 40 g·(m~2·a)~(-1). LOADEST模型是低频率水质监测条件下估算岩溶泉DIC和DOC通量的有效工具.     

北京密云水库流域水体夏季DOC和DIC质量浓度及同位素组成初探

为丰富水库水体碳循环研究,有效地从源头控制饮用水源水营养盐输入.以北京境内密云水库及其主要入库河流（密云水库流域水体,包括白河干支流、潮河干支流和密云水库）为研究对象,京密引水渠水体为参比,对比分析了夏季不同水体溶解性有机碳和溶解性无机碳的质量浓度水平及碳同位素组成.结果表明,密云水库流域水体夏季溶解性有机碳（DOC）质量浓度的总体变化范围是1.07~5.19 mg ·L^-1,平均值是2.61 mg ·L^-1;δ¹³C_DOC值变化范围为-27.4‰~-24.3‰,平均值为-25.8‰.入库河流夏季DOC主要来自土壤有机质,密云水库夏季DOC主要来自陆源C3植物,内源物质对流域水体DOC同样有一定贡献,水位升高导致库滨带淹水可能是密云水库DOC偏高的重要原因.研究区域水体夏季δ¹³C_DIC值变化范围为-12.6‰~-5.75‰,平均值为-9.44‰,土壤CO₂溶解碳酸盐岩过程是河流溶解性无机碳（DIC）的主要贡献者,且DIC明显被水生生物的光合作用所利用.密云水库溶解性碳（DOC和DIC）浓度显著高于京密引水渠水体（P<0.01）,两种水体碳素浓度、组分可能存在差异.总体上,除个别点位外,密云水库流域水体夏季DOC受人类生活源影响较小,DIC转化为DOC可能同样是夏季库区水体DOC的潜在来源.