亚热带典型岩溶区地表溪流水文地球化学昼夜变化及其影响因素研究

为了解岩溶区地表溪流水文地球化学的昼夜变化过程及其影响因素,于2013-07-09～2013-07-14期间,在广西壮族自治区融安县官村地下河出口(G1)和下游雷崖村(G2)设置两个监测点同时展开了为期5 d的高分辨率昼夜监测工作,每15min监测水温(T)、pH、溶解氧(DO)和电导率(Spc),每2 h进行人工采样工作,样品测试Ca2+、HCO-3和NO-3等主要离子以及δ13CDIC.结果发现:1 G1和G2点都是HCO3-Ca型水,但是两个监测点表现出不同的水文地球化学昼夜变化过程;2监测期间官村地下河出口(G1)的物理化学参数和主要离子(Ca2+、HCO-3和NO-3等)基本上保持稳定,而雷崖监测点(G2)的物理化学参数(T、pH、DO、Spc)和Ca2+、HCO-3和NO-3离子表现出有规律的昼夜变化特征;3 G2监测点的溶解无机碳(DIC)和δ13C值表现出相反的昼夜变化特征,DIC在白天下降晚上升高而δ13C值白天上升晚上下降,并表现出较好的负相关关系(相关系数为-0.87,P<0.01).结果表明,水生植物的光合作用和呼吸作用、水温以及脱气作用共同影响岩溶区地表溪流水文地球化学的昼夜变化,控制了岩溶地表溪流内部物质循环过程.     

高分辨率监测下的漓江省里断面生物地球化学特征分析

为了获得漓江流域不同季节生物地球化学昼夜动态变化过程、影响因素与规律,分别于2016年10月30日~11月1日(秋季)和2017年9月14~16日(夏季)对漓江流域省里断面进行了为期48 h的高分辨率在线监测和高频率取样工作,研究其水文参数[电导率(EC)、水温(T)、p H]以及Ca2+、HCO3-、NO3-等离子含量和溶解无机碳同位素(δ13CDIC)等水化学参数的昼夜变化规律,并分析其影响因素,同时评估水生植物对输入岩溶水生生态系统中溶解无机碳的固定量。结果表明:(1)省里断面水化学参数表现出显著的昼夜变化规律,T、p H、DO、SIC白天上升夜间下降,Ca2+、HCO3-、EC、p CO2白天降低夜晚上升且秋季昼夜变化幅度大于夏季。(2) SO42-、Cl-、Na+、K+和Mg2+等营养元素含量昼夜变化主要受水生植物代谢过程(同化作用)控制,呈现白天降低夜间升高的变化规律。同时,省里断面夏季营养元素昼夜变化幅度小于秋季。(3)省里断面溶解无机碳同位素(δ13CDIC)主要受水生植物光合作用和呼吸作用控制,表现为白天偏重晚上偏轻的动态变化。受土壤根系和土壤微生物呼吸作用强度和河流水文要素季节变化的影响,夏季省里断面δ13CDIC总体上偏轻于秋季,两者的平均值分别为-10.08‰和-8.90‰。(4)通过计算,实验期间省里断面水生植物光合作用岩溶碳汇量日平均值为2.12mmol·L-1和0.94mmol·L-1,秋季比夏季具有更高的固碳效率。     

高分辨率监测下的漓江省里断面生物地球化学特征分析

为了获得漓江流域不同季节生物地球化学昼夜动态变化过程、影响因素与规律,分别于2016年10月30日～11月1日(秋季)和2017年9月14～16日(夏季)对漓江流域省里断面进行了为期48 h的高分辨率在线监测和高频率取样工作,研究水体电导率(EC)、水温(T)、pH以及Ca~(2+)、HCO_3~-、NO_3~-等离子含量和溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))等水化学参数的昼夜变化规律,并分析其影响因素,同时评估水生植物对输入岩溶水生生态系统中溶解无机碳的固定量.结果表明:①省里断面水化学参数表现出显著的昼夜变化规律,T、pH、DO、SIC白天上升夜间下降,Ca~(2+)、HCO_3~-、EC、p(CO_2)白天降低夜晚上升且秋季昼夜变化幅度大于夏季.②SO_4~(2-)、NO_3~-、Cl~-、Na~+、K~+和Mg~(2+)等营养元素含量昼夜变化主要受水生植物代谢过程(同化作用)控制,呈现白天降低夜间升高的变化规律.同时,省里断面夏季营养元素昼夜变化幅度小于秋季.③省里断面溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))主要受水生植物光合作用和呼吸作用控制,表现为白天偏重晚上偏轻的动态变化.受土壤根系和土壤微生物呼吸作用强度和河流水文要素季节变化的影响,夏季省里断面δ~(13)C_(DIC)总体上偏轻于秋季,两者的平均值分别为-10. 08‰和-8. 90‰.④通过计算,实验期间省里断面水生植物光合作用岩溶碳汇量日平均值为2. 12 mmol·L~(-1)和0. 94mmol·L~(-1),秋季比夏季具有更高的固碳效率.     

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.     

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.     

岩溶泉水化学性质及δ13CDIC影响因素

为了深入研究岩溶泉水水化学性质与溶解无机碳同位素(δ13CDIC)的变化特征及其影响因素,在雨季(2014年6月~2014年10月)对柏树湾泉、兰花沟泉、后沟泉进行监测,并与旱季进行对比分析.结果表明,3个岩溶泉在雨季的碳酸盐岩溶蚀量大于旱季,但消耗的CO2量却小于旱季,其中兰花沟泉和后沟泉的CO2消耗量为负值.相对于雨季其它月份,7月与旱季一样,岩溶作用减弱但消耗的CO2量增加.因为受到水动力条件影响,7月H2CO3对碳酸盐岩溶蚀的贡献增加,而HNO3与H2SO4对碳酸盐岩溶蚀的贡献则降低.另外,HNO3与H2SO4溶蚀碳酸盐岩及其对HCO-3产生的脱水作用都会导致δ13CDIC偏正,因此δ13CDIC与NO-3+SO2-4浓度呈现出正相关性,而与HCO-3浓度呈现出负相关性.这说明水动力条件以及HNO3与H2SO4的参与对岩溶泉水化学性质及δ13CDIC的变化具有重要影响.     

夏季热分层效应对典型岩溶水库水化学及溶解无机碳的影响

热分层导致水库内部水化学、水生生物分布等出现显著的分层特征,并影响了水库内部的生物地球化学循环过程.为掌握夏季热分层期岩溶水库水体理化性质和溶解无机碳变化过程及其影响因素,以岩溶地下水补给型水库广西上林县大龙洞水库为研究对象,于2015年6月沿水库流程方向在8个点位开展分层采样及监测.结果发现:(1)水库夏季存在明显的热分层现象,水体pH、电导率(Spc)等理化性质出现分层结构;(2)水体溶解氧(DO)与叶绿素a(Chl-a)浓度从表层至底层并没有呈现单一的递减趋势,而是在水面以下2.5 m或者5 m处达到最大值;(3)由表层至底层水体溶解无机碳(DIC)浓度整体上呈增加趋势,表层水体DIC平均浓度为2.03 mmol·L~(-1),底层平均浓度为4.18 mmol·L~(-1);其同位素(δ~(13)C_(DIC))在表水层偏正,在温跃层随水深增加逐渐偏负.分析认为:(1)由于夏季热分层效应,水库水体温度、水生生物的分布及新陈代谢的强度和方向在不同水层存在显著差异,致使水库水体理化性质、DIC均呈现垂向分层性特征;(2)DIC浓度变化在表水层主要受碳酸盐岩沉淀过程及浮游植物光合作用影响,进而影响水中DIC稳定同位素的分馏;在温跃层则主要由生物呼吸作用及有机质分解过程控制.     

河南鸡冠洞CO2季节和昼夜变化特征及影响因子比较

岩溶洞穴空气CO_2变化影响次生沉积物沉积和溶蚀,它关系到洞穴旅游景观的稳定性及洞穴环境的舒适性,是岩溶作用发生的关键因素,进行洞穴空气CO_2变化的机制研究对于理解岩溶作用发生规律和现代洞穴合理保护具有重要意义.本文基于对我国南北地理分界区域河南西部鸡冠洞2011年12月至2016年5月近5年连续洞穴CO_2、水文地球化学指标、洞内外温度及湿度、大气降水和游客量等数据监测,并结合2016年5月19~20日洞穴CO_2等指标的昼夜的系统监测,分析了鸡冠洞洞穴空气CO_2时空变化特征和昼夜变化特征及其影响因素,结果表明:1在空间尺度上,越靠近洞口通风效应越强,洞穴空气p CO_2越低,越接近大气的p CO_2;洞穴结构及外界环境变化尤其是气候变化导致的土壤中p CO_2变化也会对鸡冠洞空气p CO_2变化产生影响.2在长时间尺度,鸡冠洞洞穴空气p CO_2夏季明显高于冬季,对比分析发现旅游活动和岩溶作用是其主要的影响因子.3在短时间尺度上(昼夜变化),鸡冠洞洞穴空气p CO_2变化主要受旅游活动的影响,建议景区在进行旅游开发的时候要考虑高峰期游客人数对CO_2的影响及岩溶景观的合理保护.     

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.     

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.     

岩溶地下水补给的地表河流溶解无机碳昼夜变化与钙沉降

溶解无机碳昼夜动态变化对河流水体碳通量的估算有重要影响。本文选择由地下水补给且富含水生植物的典型河流,开展高分辨率水文地球化学监测和高频率水样取样工作,分析了水化学的昼夜动态变化特征,钙与无机碳昼夜循环产生的生物地球化学控制机理,估算了钙与无机碳昼夜通量。结果表明,白天pH、SIC上升,产生钙沉降和水体无机碳(主要为HCO-3)含量的下降,夜间得到地下水的补给,Ca2+和HCO-3浓度回升。监测期间,官村地下河出口地表河流钙与溶解有机碳的流失或沉降量分别为69.04kg/d和168.68kg/d,即51.14g/(m·d)和124.95g/(m·d),分别占输入量的6.2%和4.7%。受水生植物光合作用和钙化作用控制,沿流程发生无机碳向有机碳转化,是真正意义上的自然碳汇。     

中国南方喀斯特地区碳循环研究进展

中国南方喀斯特地区碳循环路径与过程基本清晰,与其他陆地生态系统明显不同,呈现出鲜明的区域特色:雨热同季、地质构造背景与碳酸盐岩可溶性的耦合,导致碳酸盐岩中大量封存的碳重新进入生态系统碳的循环;二元三维结构中地下空间CO_2具体动态变化性,可视为次级碳库,影响生态系统碳的循环过程;陆生植物、水生植物均有利用HCO_3~-碳源进行光合作用的新途径;发现了碳酸盐岩快速的风化作用与水生植物生物碳泵的耦合机制,喀斯特作用碳汇效应得以确证。但是,中国南方喀斯特地区碳循环的研究还存在明显不足:喀斯特作用碳汇量的估算受到气候变化、土地利用变化的正负机制、外源酸等多因素的挑战,还具有很大的不确定性;植被、土壤与岩石、地下空间次级碳库、大气、大气降水存在复杂的多界面作用过程,碳的通量及迁移转化机制仍不明确。未来研究应重视:针对喀斯特地区特点的新研究方法、技术的研发;喀斯特关键带理念的统领;联网长期观测;模型的集成与创新。     

珠江流域水化学组成的时空变化特征及对岩石风化碳汇估算的意义

基于水-岩-气-生相互作用的碳酸盐风化碳汇模型表明,陆地碳酸盐风化碳汇是大气CO_2汇的重要组成部分;然而,碳酸盐风化碳汇的过程、机制和控制因素仍有待进一步的研究。本文采用野外监测、现场滴定和样品室内测试相结合的方法,对珠江流域支干流分旱季和雨季进行了4次野外监测取样,研究其水化学组成的时空变化特征。结果表明:珠江流域支干流的水化学组成受流域岩石风化、气候和水生光合作用的共同影响,并具有明显的时空变化特征。空间上,南盘江下游双江口段至红水河上游蔗香段,水流较慢,水质清澈,水生光合作用强烈,电导率、[HCO_3~-]和[Ca~(2+)]的空间变化主要受水生光合作用控制;从红水河上游蔗香段至肇庆西江大桥监测点,反映的是流域岩石风化对水化学空间变化的影响。季节变化上,西江的电导率、[HCO_3~-]和[Ca~(2+)]呈现出夏季低、冬春季高的特征,主要反映稀释效应的控制。西江干流河水的溶解氧具有明显的季节变化,在上述南盘江下游双江口段至红水河上游蔗香段,DO是夏季高冬季低,其他监测点是冬季高而夏季低;DO的季节变化受水生光合作用强度的控制。在南盘江下游双江口段至红水河上游蔗香段,温度是光合作用强度的限制因子,而其他监测点的光合作用限制因子为浊度影响的光照。造成上述差异的原因是监测点的水文环境不同。通过对梧州水文站流量和[HCO_3~-]变化的分析发现,[HCO_3~-]的季节变化幅度相对流量小得多,显示在西江流域中,HCO_3~-也存在化学稳定性行为。因此在西江流域中,流量变化是岩溶碳汇通量变化的主控因子。研究还发现,西江流域中具有强烈的生物碳泵效应,由内源有机碳形成的碳汇通量约占传统计算模式碳汇(溶解无机碳-DIC)通量的40%。因此,在估算珠江流域碳酸盐风化碳汇时,必须考虑水生生态系统光合生物对DIC的利用形成的有机碳的贡献。     

淹水增加对闽江河口淡水潮汐湿地孔隙水地球化学特征及CO2和CH4排放通量的影响

海平面上升使得河口潮汐湿地淹水高度增加,对CO_2和CH_4的排放通量产生重要影响,但目前绝大多数研究集中在淹水增加对河口盐沼湿地的影响,淹水增加对于河口淡水潮汐湿地的影响缺乏数据.鉴于此,本研究利用模拟潮汐池和中型生态系,研究淹水增加15 cm和30 cm后对闽江河口淡水潮汐湿地孔隙水(NH_4+、NO_3-、DOC、溶解性CH_4和DIC)浓度及CO_2和CH_4排放通量的影响.结果表明,淹水高度增加15 cm和30 cm后,CO_2的排放通量分别下降28. 53%和36. 56%;淹水增加15 cm时,CH_4的排放通量没有显著变化,增加至30 cm后,CH_4的排放通量显著增加29. 27%;淹水高度增加15 cm和30 cm,孔隙水CH_4的浓度分别增加47. 83%和73. 91%.淹水增加对孔隙水DOC浓度变化影响不显著.淹水增加促进孔隙水NH_4+浓度,并降低孔隙水DIC和NO_3-的浓度.淹水增加降低CO_2和CH_4排放通量的温度敏感性.根据研究结果,未来海平面上升50 a和100 a后,闽江河口淡水潮汐湿地的综合增温潜势将分别降低28%和35%.     

土地利用变化对喀斯特水体溶解无机碳、总氮和总磷输出的影响——以贵州普定沙湾模拟试验场为例

耦联水生光合作用的碳酸盐岩风化碳汇是全球碳循环研究的关键问题,生物碳泵效应不仅能够稳定碳酸盐风化碳汇,也有利于改善水环境,而过量输入氮、磷会导致水环境变差。土地利用变化作为全球变化重要内容之一,对流域碳氮磷的输出具有重要影响,但关于土地利用变化对喀斯特水体溶解无机碳、总氮和总磷输出影响的研究有待进一步加强。本研究以贵州普定沙湾喀斯特试验场为研究对象,以研究土地利用变化对水文、水化学、溶解无机碳汇通量、总氮通量和总磷通量的影响。结果表明,流量、径流深、土壤CO₂浓度、pCO₂、HCO₃^-浓度和电导率呈现出夏秋季节高、春冬季节低的变化特征,与pH变化相反。样地间,土壤CO₂浓度、pCO₂、HCO₃^-浓度和电导率表现为草地>灌丛地>农耕地>裸土地>裸岩地,与pH变化相反。参与岩溶作用的土壤CO₂是造成水化学变化的主要原因。溶解无机碳汇通量和总氮通量呈现出夏秋季节高、春冬季节低的变化特征,总磷通量秋季最高、春季最低。样地间,草地溶解无机碳汇通量最大,HCO₃^-浓度是决定溶解无机碳汇通量大小的主导因素。有植被覆盖的土地利用方式的总氮、总磷浓度及其通量明显低于无植被生长的类型,总氮通量灌丛地最小,总氮浓度是决定总氮通量大小的主导因素,总磷通量草地最小,而流量是决定总磷通量大小的主导因素。综上,我们认为可以通过调整土地利用方式来达到增加岩溶碳汇和改善水环境双赢的目标。     

北方典型岩溶泉域地下水水文地球化学特征分析——以鹤壁许家沟泉域为例

近年来,受采矿活动、气候变化等因素影响,包括鹤壁许家沟泉域在内的北方多数岩溶泉域水化学场发生了改变,但其演变规律及现状条件下的水文地球化学特征仍不明晰。为揭示现状条件下许家沟泉域地下水水文地球化学特征及其控制因素,本文在调查取样分析的基础上,采用数理统计、离子比例系数、Gibbs图及相关性分析等方法进行了研究。结果表明:泉域内岩溶地下水水化学类型主要为HCO_3-Ca·Mg和HCO_3·SO_4-Ca·Mg型。地下水主要水化学组分演化过程的主控因素是岩石风化作用,地下水中的Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)和HCO_3~-主要来源于含方解石(CaCO_3)、白云石(CaMg(CO_3)_2)的碳酸盐岩以及硫酸盐岩(CaSO_4·2H_2O)的溶解,一部分SO_4~(2-)来自黄铁矿氧化。脱白云石化作用致使泉域枯水期地下水中Mg~(2+)明显高于丰水期。阳离子吸附交替使地下水中Na~+、K~+含量降低。稳定同位素特征表明,泉域岩溶地下水主要接受西部裸露区大气降雨的入渗补给,泉域南部岩溶地下水还受淇河河水渗漏的影响,枯水期岩溶地下水中δ~(18)O存在漂移现象。研究成果为泉域内岩溶地下水的合理开发与保护提供了依据。     

Effects of elevated CO2 on dynamics of microcystin-producing and non-microcystin-producing strains during Microcystis blooms

In an attempt to elucidate the effects of different CO₂ concentrations (270, 380, and 750 μL/L) on the competition of microcystin-producing (MC-producing) and non-MC-producing Microcystis strains during dense cyanobacteria blooms, an in situ simulation experimentwas conducted in the Meiliang Bay of Lake Taihu in the summer of 2012. The abundance of total Microcystis and MC-producing Microcystis genotypes was quantified based on the 16S rDNA and mcyD gene using real-time PCR. The results showed that atmospheric CO₂ elevation would significantly decrease the pH value and increase the dissolved inorganic carbon (DIC) concentration. Changes in CO₂ concentration did not show significant influence on the abundance of total Microcystis population. However, CO₂ concentrations may be an important factor in determining the subpopulation structure of Microcystis. The enhancement of CO₂ concentrations could largely increase the competitive ability of non-MC-producing over MC-producing Microcystis, resulting in a higher proportion of non-MC-producing subpopulation in treatments using high CO₂ concentrations. Concurrently, MC concentration in water declined when CO₂ concentrations were elevated. Therefore, we concluded that the increase of CO₂ concentrations might decrease potential health risks of MC for human and animals in the future.     

Responses of dissolved organic carbon and dissolved nitrogen in surface water and soil to CO2 enrichment in paddy field

Increasing evidences have shown that dissolved organic components are responsible for the significant C and N exports from terrestrial ecosystems to the surrounding aquatic ecosystems and very sensitive to CO₂ enrichment. However, there is still a lack of direct evidence about CO₂-led effects on these components at the ecosystem scale, especially in wetlands. We, therefore, simultaneously investigated the contents of dissolved organic carbon (DOC) and dissolved nitrogen (DN) in the surface water and soil layer in a paddy field under FACE facility in Eastern China. Elevated CO₂ significantly increased the contents of DOC and DN in the surface water by 18.0% and 14.3% on average. Elevated CO₂ also increased DOC content in the soil, but decreased DN content. The contents of DOC and DN in the soil–water interface of 0–1 cm soil layer were on average 22.4% and 47.5% higher than in the 5–15 cm soil layer. Besides, significant higher DOC and DN contents existed in the soil porewater than in the surface water. Due to multiple drainage regime and rainstorm-induced runoffs in rice cropping regions, CO₂-led DOC and DN increments in the surface water may increase C and N exports from paddies to the surrounding aquatic ecosystems under future climate patterns.     

融冰期与非融冰期水库CO2逸出昼夜变化及CO2分压影响因素研究

以位于黄土高原北洛河流域的南沟水库为研究对象，采用Li-850静态箱法，于融冰期（3月）、非融冰期（5月）对水体CO₂分压（p（CO₂））和水-气界面CO₂逸出（F（CO₂））分别进行了5 d 40次昼夜监测，同时测定了各种水体理化指标，着重对比了水体p（CO₂）在两个时期间的差异和两时期内的昼夜变化特征，系统分析了水体p（CO₂）的影响因素.结果表明：融冰期p（CO₂）（（324.8±59.4）Pa）比非融冰期（（124.9±14.1）Pa）高出近3倍，差异性显著（p<0.05），但两个时期内昼夜p（CO₂）值并无显著性差异（p>0.05）；水体p（CO₂）与水温、pH、叶绿素（Chla）、溶解氧（DO）呈显著负相关，与溶解无机碳（DIC）、溶解有机碳（DOC）呈显著正相关，水体p（CO₂）受流域碳酸盐体系和水温影响最大，相关系数分别达0.92和-0.91，光合呼吸作用的影响其次；研究区小水库F（CO₂）范围为101~1589 g·m^-2·a^-1，是大气持续碳"源"，其平均排放量与个别温带、亚热带小型水库接近，但低于热带水库.     

模拟大气 CO2水平升高对春季太湖浮游植物生理特性的影响

基于2012年春季在太湖梅梁湾进行为期27 d的不同CO2水平(大气CO2体积分数([CO2,g])梯度为270×10-6、380×10-6、750×10-6)的野外培养实验,揭示了大气CO2水平升高对太湖浮游植物的碳源选择、生长速率、光合作用、净初级生产力和细胞化学元素组成等生理过程的影响,结果表明,大气CO2浓度的升高首先会显著改变太湖水体的pH值和碳化学环境,减弱浮游植物碳浓缩机制(CCM)的必要性.大气CO2浓度加倍后,浮游植物的最大生长速率(Umax)、净初级生产力(NPP)、单位叶绿素a(Chl-a)含量的NPP会分别增加63.1%、69.6%、33.8%.大气CO2浓度的升高会促进太湖绿藻和硅藻的最大光合作用效率并且其对硅藻的促进作用比绿藻更显著,但并没有改变春季蓝藻光合作用活性极低的现状.大气CO2浓度的升高在提高浮游植物细胞中C、N含量的同时,却减少了P的吸收.本研究结果将为预测和揭示太湖浮游植物对未来气候变化的响应提供理论基础.