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.     

广西五里峡水库夏季溶解无机碳行为的初步研究

为更加清晰地认识无机碳在岩溶水库水体中的循环转化过程,2013年7月初对位于岩溶区的广西五里峡水库沿流程方向不同地点不同深度水体进行现场监测.结果表明:1研究区水体水化学主要受碳酸盐平衡体系控制,水化学类型为HCO3-Ca+Mg型.2水体溶解无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)含量及其同位素组成δ13CDIC分布特征:沿流程方向从库尾到坝前同一深度不同取样点DIC含量呈减小趋势(DIC(平均):1.03～0.78 mmol·L-1),δ13CDIC则逐渐变重(δ13CDIC(平均):-10.21‰～-6.62‰).沿垂直方向从表层向库底DIC含量呈增加趋势(DIC(平均):0.86～1.05 mmol·L-1),δ13CDIC则逐渐变轻(δ13CDIC(平均):-7.88‰～-13.39‰).分析认为:1碳酸盐岩溶解沉淀过程对研究区水体DIC含量及δ13CDIC的影响有限或被其它过程平抑.2研究区水体存在热分层现象,其通过影响水库不同部位、不同深度水生生物新陈代谢的方向及强度、有机质分解强度等对水体DIC及δ13CDIC产生影响,使之出现前述变化趋势.     

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...     

岩溶区不同土地利用下地下水碳同位素地球化学特征及生态意义

通过分析贵州洪家渡盆地地下水水化学和溶解无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)同位素(δ13CDIC)季节变化特征,探讨岩溶区不同土地利用类型下影响地下水δ13CDIC特征的自然过程和人为因素.结果表明:洪家渡盆地地下水中DIC主要来源于碳酸盐岩风化和土壤CO2.地下水δ13CDIC值冬季为-14. 8‰～-4. 1‰,平均值-10. 1‰;夏季为-14. 5‰～-6. 3‰,平均值-10. 2‰.含煤地层中硫化物氧化和酸雨带来的H2SO4参与碳酸盐岩风化使地下水δ13CDIC值整体偏正.由于土壤CO2效应,人类活动干扰程度小的林地地下水δ13CDIC值夏季冬季.夏季农业活动施用的大量肥料产生的HNO3参与了碳酸盐岩风化,使耕地地下水δ13CDIC值夏季冬季.居住区人为输入的有机质降解对地下水DIC贡献较大,冬夏季δ13CDIC平均值分别-11. 9‰和-11. 6‰,季节差异较小.不同季节、不同土地利用类型下,人类活动方式不同导致地下水δ13CDIC值与水化学存在差异.因此,δ13CDIC可以反映人类活动对岩溶含水层的影响,具有良好的生态指示意义.     

岩溶地下河补给的地表溪流溶解无机碳及其稳定同位素组成的时空变化

岩溶水体中溶解无机碳(DIC)主要以HCO_3~-形式存在,其同位素(δ~(13)CDIC)被广泛用于示踪DIC的不同来源及其影响因素.为了解亚热带典型岩溶溪流溶解无机碳及其稳定同位素的分布规律,本文以广西柳州官村地下河补给的地表溪流为研究对象,对其水化学特征和δ~(13)CDIC进行分析.结果表明,溪流上游和下游的DIC与δ~(13)CDIC都表现出明显的时空变化特征,地下河出口(G1点)HCO_3~-旱季浓度变化范围为(4.73±0.14)mmol·L~(-1),而雨季为(4.23±0.68)mmol·L~(-1).溪流下游(G2点)HCO_3~-旱季浓度变化范围为(4.56±0.23)mmol·L~(-1),而雨季为(4.20±0.59)mmol·L~(-1).溪流上游的旱季δ~(13)CDIC变化范围为-12.22‰±0.49‰,雨季的变化范围为-12.28‰±0.82‰;溪流下游的旱季变化范围为-10.73±0.71‰,雨季的变化范围为-11.10‰±0.90‰.两个点水体DIC含量旱季均高于雨季,且G1点要高于下游G2点.两个点水体δ~(13)CDIC值旱季较雨季偏重,且G2点水体δ~(13)CDIC值显著高于G1点δ~(13)CDIC值.地下河水和溪流DIC主要来源于土壤CO2和碳酸盐岩溶蚀,但是溪流上游与下游DIC和δ~(13)CDIC值差异表明水体的CO2脱气作用,水生植物的光合作用显著影响了水体DIC和δ~(13)CDIC值.     

贵州施秉白云岩喀斯特区水化学和溶解无机碳稳定同位素特征

对贵州施秉白云岩喀斯特世界自然遗产地49个水点进行采样,分析地表水和地下水水化学特征及控制因素,并探讨溶解无机碳(DIC)稳定同位素的分布特征和来源.结果发现,研究区地表水和地下水p H值呈中性到碱性,溶解质较低,水中阳离子以Ca2+、Mg2+为主,阴离子以HCO-3为主,水化学类型为重碳酸-钙镁型(HCO3-Ca·Mg).北部上游页岩分布区外源水水中Cl-、NO-3、SO2-4的比重相对白云岩区喀斯特水水点的高,Si的含量也明显高于白云岩地区喀斯特水;外源水的SIc和SId值为负,而流经白云岩区后均大于0.水化学数据表明研究区水化学受降水和人为活动影响很小,Gibbs图显示水中离子组成主要受岩性的控制.研究区喀斯特地表水中δ13CDIC值变化范围为-8.27‰~-11.55‰,平均为-9.45‰,地下水的δ13CDIC值范围为-10.57‰~-15.59‰,平均为-12.04‰,地表水δ13CDIC值比地下水偏重.DIC的δ13CDIC值在杉木河支流上整体表现为河流上游相对于下游偏轻,而杉木河干流上河水DIC的δ13CDIC值的变化则比较复杂.根据同位素质量平衡,利用DIC的δ13CDIC实测值,计算了喀斯特区地下水DIC来自土壤CO2和白云岩矿物溶解的比例,计算结果为51.2%来自于土壤CO2,矿物本身的贡献约为48.8%.     

长江口溶解无机碳循环的地球化学研究

于2005年6月对长江口23个站点的溶解性无机碳及其同位素组成进行了采样调查。结果发现长江河流区水体的pCO2均处于过饱和状态,但在进入河口区后发生大幅度的下降;δ13CDIC为-10.0‰～-0.9‰,且随盐度发生梯度性变化;DIC和δ13CDIC值偏离河水、海水混合线,显示了长江河口碳的复杂生物地球化学过程,包括内部碳酸盐岩体系及外部生物的作用:河流区主要受水-气界面CO2逸散的影响;河口区主要受光合作用的影响;海岸区则主要受碳酸盐类矿物沉淀作用的影响。     

石漠化治理对岩溶地下水水化学和溶解无机碳稳定同位素的影响

以贵州关岭-贞丰花江岩溶石漠化综合治理示范区不同土地利用类型和不同石漠化治理模式的5个泉点为研究对象,分析泉水水化学特征及溶解无机碳(DIC)稳定同位素(δ13CDIC)的分布和变化,揭示石漠化治理的岩溶效应和水质效应.结果表明,研究区地下水水化学类型为重碳酸-钙型(HCO3-Ca),人类活动干预相对较少的水井湾、戈贝和毛家湾泉水的水质较好,而受农业活动影响较多的吊井和谭家寨泉水主要离子浓度和电导率都较高,水质相对较差;泉水p H值、方解石饱和指数(SIc)和二氧化碳分压(p CO2)对土地利用或石漠化治理反应敏感,表现为水井湾、吊井、谭家寨和戈贝泉水中的p H值和SIc小于毛家湾泉水,相反p CO2明显大于毛家湾泉水;水井湾、毛家湾、戈贝泉水中的(Ca2++Mg2+)/HCO-3当量比接近1∶1,以碳酸风化碳酸盐岩为主,吊井和谭家寨泉水中(Ca2++Mg2+)相对HCO-3明显偏高,主要是因为受到农业活动强烈影响,可能有硫酸和硝酸参与了碳酸盐岩的溶蚀;此外,雨季由于生物旺盛,泉水中的δ13CDIC值较旱季偏轻;不同泉水中δ13CDIC平均值大小顺序为吊井(-12.79‰)水井湾(-12.48‰)戈贝(-10.76‰)毛家湾(-10.30‰)谭家寨(-6.70‰),反映了石漠化和农业施肥影响下的地下水的δ13CDIC值偏重,石漠化治理后泉水的δ13CDIC值则偏轻.     

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。     

不同岩溶环境条件下岩溶地下水中δ~(13)C_(DIC)特征

岩溶地下水的δ13 CDIC值主要是受土壤碳库和碳酸盐岩碳库的δ13 C所制约。本研究选取两个气候条件完全不同的南方广西桂林、北方山西汾阳为对比研究对象,通过取样测试分析两个地区岩溶地下水的δ13 CDIC值,发现北方汾阳岩溶地下水的δ13 CDIC范围为-7.53‰～-12.25‰,平均为-9.84‰;南方桂林岩溶泉水的δ13 CDIC范围为-9.22‰～-15.99‰,平均为-13.06‰;北方岩溶水比南方偏重3.22‰。结合两个地区所处的气候环境条件分析,北方暖温带干旱半干旱大陆性季风区,C4植被发育,C3/C4比例低,土壤碳库的δ13 C重;南方亚热带湿润季风区C3植被发育,C3/C4比例高,土壤碳库的δ13 C轻。因此气候条件不同引起生态条件的差异而造成南北方地下水δ13 CDIC的不同。这为利用同位素方法研究地下水对气候条件变化的响应提供了理论依据。     

岩溶区地下水补给型水库表层无机碳时空变化特征及影响因素

为更深入地认识岩溶区地下水补给型水库表层无机碳的循环过程,于2014-07-12~2014-07-20期间,以广西上林县大龙洞岩溶水库表层水体为研究体系,对无机碳循环研究的重要指标进行定点观测和高密度的昼夜监测.结果发现:1从上游到下游DIC含量和水体p CO2值逐渐增加[DIC(平均):122.88 mg·L-1增至172.02 mg·L-1,p CO2(平均):637.91×10-6增至1 399.97×10-6],δ13CDIC值逐渐偏负[δ13CDIC(平均):-4.34‰降至-6.97‰].2库区均为大气CO2的源,CO2交换通量在7.11~335.54 mg·(m2·h)-1之间,平均125.03 mg·(m2·h)-1,上游和下游地区CO2交换通量较大[平均131.73 mg·(m2·h)-1、170.25 mg·(m2·h)-1],中游狭窄地区CO2交换通量较小[平均116.05 mg·(m2·h)-1].3表层水体p CO2值和水-气界面CO2交换通量存在晚上升高,白天降低的昼夜变化规律,且与叶绿素a(Chla)呈负相关关系.分析认为:1大龙洞水库表层水体DIC含量、δ13CDIC值和水体p CO2的空间分布主要受浮游植物浓度、浊度、电导率、水深、透明度等的影响,而水-气界面CO2交换通量除了受浮游植物浓度空间变化的影响外还受风速的影响.2浮游植物昼夜垂向运动及光合作用和呼吸作用昼夜变化控制着水库表层水体溶解性无机碳的昼夜循环过程.     

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(δ¹³C_DIC)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δ¹³C_DIC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,且下游林地覆盖率较高,河水的元素组成揭示了流域上游河流水化学主要受碳酸盐岩风化作用控制,而下游部分支流主要受硅酸盐岩风化的影响.丰水期河流c（DIC）和δ¹³C_DIC的平均值分别为（1 940±493）μmol·L^-1和（-9±1）‰;枯水期c（DIC）偏高,δ¹³C_DIC值更偏正,二者平均值分别为（2 334±626）μmol·L^-1和（-7.3±1）‰.河流DIC主要受开放体系中碳酸盐岩风化作用控制,来源于碳酸盐矿物以及大气和土壤CO₂     

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.     

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。     

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。     

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.     

改进沉淀法在溶解性无机碳稳定同位素测定中的应用研究

水体中溶解性无机碳(Dissolved inorganic carbon,DIC)的稳定碳同位素比值(δ¹³C_DIC)是揭示碳循环过程的重要技术指标。DIC的分离和富集是测定δ¹³C_DIC的基础,也是影响δ¹³C_DIC测定准确度的主要过程之一。沉淀法和气体法均为常用的DIC分离和富集方法。相比于气体法,沉淀法操作流程简单,适用性较强,在δ¹³C_DIC测定过程中具有广阔的应用前景。然而,基于沉淀法的DIC分离和富集过程中常存在碳稳定同位素分馏问题。为此,本研究在综合气体法和沉淀法优缺点的基础上,以超声时间,水浴温度和氮气吹扫速率为自变量,以δ¹³C_DIC的理论值与实测值之间绝对误差的最小化为目标,采用响应面法对传统NaOH-BaCl₂沉淀法进行了改进。基于改进沉淀法测定的δ¹³C_DIC理论值与实测值之间的绝对误差,以及两处城市河流水体平行样品δ¹³C_DIC的标准偏差分别为0.052‰、0.061‰和0.037‰。上述结果表明了该方法在δ¹³C_DIC测定中的有效性和实用性。     

典型排放源黑碳的稳定碳同位素组成研究

采集了我国主要的黑碳排放源(生物质燃烧、民用燃煤和机动车尾气)的烟尘样品,分析烟尘中黑碳(BC)和总碳(TC)与原始燃料的稳定碳同位素组成(δ13C),对比各种δ13C值之间的关联性,评估运用δ13C技术进行BC源解析的潜力.结果表明:①3种典型排放源烟尘样品的δ13CBC与燃料有较好的一致性,且不同排放源的δ13CBC变化范围之间有比较明显的差别:生物质燃料除玉米秸(C4植物,δ13CBC为-13.62‰)显著不同外,C3植物的δ13CBC平均值为-26.49‰±1.17‰;烟煤的平均值为-23.46‰±0.37‰;机动车尾气(包括柴油车和汽油车)的平均值为-25.17‰±0.40‰.②各种排放源的BC形成过程存在程度各异的碳同位素分馏,C4植物(玉米秸)燃烧过程分馏作用较明显(BC的δ13C相对燃料负偏1.62‰),而C3植物和民用煤燃烧过程的分馏较小(分别正偏0.63‰和0.52‰).③BC的纯化手段(CTO-375方法)对生物质烟尘的δ13C有一定的影响(BC和TC的δ13C相差约为0.50‰),对化石燃料烟尘没有影响.上述典型排放源的δ13C数据库可为BC源解析提供依据.     

南太行山山前平原地下水和地表水氢氧同位素组成及环境意义

借助氢氧同位素和水化学方法对南太行山山前平原地下水补给运移规律进行研究,阐明人类活动对地下水的影响过程。研究结果表明:(1)区内不同水体δD、δ~(18)O、氘盈余值(d-excess)和氚同位素(T)值差异明显,深层地下水均值分别为-74.0‰、-9.4‰、1.5‰和8.73TU,浅层地下水均值分别为-72.1‰、-8.8‰、-1.9‰和17.46TU,河水均值分别为-71.3‰、-8.9‰、-0.4‰和18.60TU,工业废水均值分别为-68.3‰、-7.2‰、-10.7‰和21.11TU;(2)补给区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-68.08‰、-9.24‰和5.84‰,径流区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-62.30‰、-8.50‰和5.66‰,排泄区深层地下水δD、δ~(18)O和d-excess年均值分别为-75.14‰、-10.26‰和6.94‰;(3)深层地下水补给源包括大气降水和河水,受污染河水通过断层导水裂隙带补给深层地下水。浅层地下水补给源包括大气降水和河水,受污染河水通过河流侧渗方式补给浅层地下水;(4)受河水影响的深层地下水氘盈余值变低,T含量升高,因此结合氘盈余值与T含量可以很好地识别区内深层地下水污染过程。