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.     

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.     

雨季不同土地利用下表层岩溶泉中脂肪酸来源分析

为阐述南川表层岩溶泉中溶解性有机质的来源,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对采自南川柏树湾(BQ)、兰花沟(LQ)、后沟(HQ)表层岩溶泉水中的脂肪酸进行定量分析.结果表明,BQ、LQ和HQ中5~7月泉水脂肪酸平均含量分别为14 870、12 912和8 801 ng·L~(-1),脂肪酸组成均表现为饱和直链脂肪酸单不饱和脂肪酸支链脂肪酸多不饱和脂肪酸,在检测到的脂肪酸中,单体脂肪酸以C16:0、C18:0含量最高,BQ、LQ、HQ中5~7月脂肪酸总浓度随时间推移呈升高趋势.各泉域植被覆盖和基岩裸露率不同,以及降雨带来的稀释作用与土壤迁移增大效应相互作用引起脂肪酸含量和组分变化.通过分析3口表层岩溶泉水中的脂肪酸分布特征和特征参数H/L、CPIh、TARFA,及细菌源、浮游植物源、陆源高等植物源脂肪酸含量发现,兰花沟泉脂肪酸5月以高等植物源为主,7月后沟泉脂肪酸以藻类来源为主,其他月的兰花沟、后沟泉、柏树湾泉的5~7月脂肪酸主要来自于细菌.     

室内模拟不同因子对岩溶作用与碳循环的影响

为分析岩溶作用及岩溶碳循环的影响因素,设计了6个不同的处理以进行模拟实验.结果表明H2SO4含量、水动力条件以及土壤厚度对岩溶作用及岩溶碳循环具有重要影响.具有相同土壤厚度的3个处理,其Ca2++Mg2+浓度与SO2-4浓度均表现为:B20-2B20-1B20-3,B50-2B50-1B50-3,说明H2SO4的输入导致了岩溶作用增强,并且下渗水水量增加对水化学性质产生了明显的稀释作用.在煤铁残渣输入量及水动力条件相同而土壤厚度不同的条件下,Ca2++Mg2+浓度与SO2-4浓度表现为:B50-1B20-1、B50-2B20-2、B50-3B20-3.这说明较厚的土壤更有利于岩溶作用的进行.另外,由于实验中H2CO3对碳酸盐岩的溶解量贡献较小,岩溶作用对CO2的净消耗量主要取决于H2SO4含量.但B50-2的SO2-4浓度最大,CO2的净消耗量却最高.这可能是由于煤铁残渣向土壤中输入了有机质或其它养分促进了土壤深部CO2的形成,并且B50-2上部较厚的土壤也导致了H2CO3对碳酸盐岩溶解量的贡献增加,因此B50-2的CO2净消耗量也比较高.     

硫酸对乌江中上游段岩溶水化学及δ13 CDIC的影响

对乌江中上游段地表和地下水水化学、溶解无机碳(DIC)同位素组成(δ13CDIC)进行了测试,探讨流域水化学特征及主要影响因素,利用化学计量法对硫酸溶蚀碳酸盐岩的比例及对HCO-3离子的贡献比例进行了计算.结果表明:1乌江上游段地表和地下水优势阳离子均为Ca2+,分别占全部阳离子的50%以上,阴离子以HCO-3、SO2-4为主,两者占总阴离子的85%以上,水化学类型主要为HCO3-Ca,部分为HCO3·SO4-Ca型,反映出部分地下水和地表水可能受到人类源的SO2-4影响;2地下水和地表水的δ13CDIC值介于-12.98‰~-6.36‰,且[Ca2++Mg2+]/[HCO-3]当量比值介于1.11~1.90,H2SO4对流域水化学和δ13CDIC具有重要影响;3硫酸溶解碳酸盐岩对地下水(Ca2++Mg2+)和HCO-3的贡献变化分别介于20.59%~92.87%(平均贡献率为51.50%)和11.47%~86.69%(平均贡献率为36.90%);对地表水(Ca2++Mg2+)和HCO-3的贡献变化分别介于56.14%~94.55%(平均贡献率为76.89%)和39.02%~89.66%(平均贡献率为64.24%),显示硫酸显著地影响到流域碳酸盐岩的风化过程.研究结果对乌江流域水资源的保护和开发利用及岩溶碳循环研究意义重大.     

云南鹤庆西山岩溶地下水主要离子雨季和旱季对比及来源分析

鹤庆西山岩溶地下水是当地居民的主要生活用水来源,本文综合运用统计学分析方法对地下水主离子的雨季和旱季变化特征及其来源进行了研究。结果表明,研究区岩溶地下水主要补给来源为大气降水,TDS介于113.3~180.76mg/L属弱矿化度水,总硬度(Ca2++Mg2+)介于38~53 mg/L之间属于极软水。HCO-3和(Ca2++Mg2+)分别占主要阴阳离子的79.6%~95.5%和75%~94%,按照O.A.阿列金分类法研究区水质为HCO3-Ca·Mg型水。Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4及HCO-3均未出现季节性变化,Na+与NO-3为丰水期枯水期,K+出现异常为丰水期枯水期。参照我国及世界卫生组织饮用水标准,锰矿黑龙潭泉受人为活动的影响较大,不宜长期饮用;其他地区主要离子浓度不会对人体产生危害。     

有机氯农药在岩溶区上覆土壤中的垂直迁移特征及对地下水的影响

选取典型表层岩溶泉域内的土壤剖面和表层岩溶泉水为研究对象,采用气相色谱(GC-μECD)对土壤和地下水中的有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)进行定量分析,研究了有机氯农药在岩溶区上覆土壤中的垂直迁移以及对地下水的影响.结果表明,研究区所有土壤剖面中,HCHs和DDTs均有检出.HCHs和DDTs的含量范围分别为:0.77~18.3 ng·g-1(平均5.16 ng·g-1)和0.34~226 ng·g-1(平均16 ng·g-1).研究区土壤中的HCHs和DDTs峰值主要出现在土壤亚表层.在一年的观测期间,4个表层岩溶泉中均有HCHs和DDTs检出.泉水中HCHs和DDTs的含量范围分别为:2.09~60.1 ng·L-1(平均12 ng·L-1)和N.D~79.8 ng·L-1(平均9.16 ng·L-1).后沟泉、柏树湾泉、兰花沟泉的HCHs和DDTs含量以及水房泉中的HCHs含量均呈现出雨季高于旱季的特点.泉水中的HCHs、DDTs含量与泉域内土壤中的HCHs、DDTs含量并没有很好的对应关系.研究表明,TOC、土壤含水量、黏粒含量、p H均对后沟泉域土壤中有机氯农药垂直迁移产生抑制作用,致使后沟泉域土壤中有机氯农药含量虽然在4个泉域中最高,但泉水中的含量却最低.而在水房泉泉域,这4个因素对有机氯农药的垂直迁移均没有抑制作用,因此水房泉泉域土壤中有机氯农药含量虽然最低,但泉水中有机氯农药的含量却较高.     

不同土地利用分布格局下的岩溶泉水化学变化研究

利用多参数自动记录仪CTDP300对具有不同土地利用分布格局的贵州普定陈旗和灯盏河两个岩溶泉域的降雨量、泉水位、水温、pH值和电导率进行了一个完整水文年的连续监测,并依据化学平衡热力学原理进行计算,得到连续的水的CO2分压(PCO2)和方解石饱和指数(SIc)。结果表明这两个泉的这些水化学指标均呈现出明显的季节变化和暴雨动态变化。然而,两泉水的这些变化具有明显的差异:对于土壤分布较多和水田分布在排泄区的陈旗泉而言,HCO3-和PCO2较高,而pH和SIc值明显低于土壤分布较少且水田分布于补给区的灯盏河泉,且变幅较小。此外在暴雨后,陈旗泉pH升高、PCO2降低,而灯盏河泉pH降低、PCO2升高。这些反映了不同土地利用分布格局对岩溶水化学调节作用的差异。灯盏河泉Ca2+、SO2-4、Mg2+和EC较高主要是其流域中石膏和白云岩含量较多的缘故。这些发现说明,pH、电导率、HCO3-、Ca2+、SO42-、Mg2+、PCO2和SIc等岩溶水化学参数可以作为不同土地利用分布格局和环境变化的重要指标。     

土壤CO2浓度变化特征及其对岩溶碳循环的影响

为探究土壤CO₂浓度变化特征及其对岩溶碳循环的影响,于2018年6—12月对重庆市南川区后沟泉水化学及泉域上覆土壤CO₂(监测点土地利用类型为玉米-油菜轮作地)进行为期7个月的连续监测和采样,并结合1—5月的监测数据,定量分析旱雨季土壤CO₂浓度与岩溶碳汇量的季节性演变特征及二者的相互关联性. 结果表明:①土壤CO₂浓度具有显著的季节性变化特征,主要表现为雨季较高、旱季较低,其最高值和最低值分别出现在9月(13 316 μmol/mol)和1月(2 262.63 μmol/mol). ②温度与土壤CO₂浓度之间存在较强的正相关关系(R2=0.82,0.0012浓度之间不具相关性(R2=0.17,P>0.5),说明土壤CO₂浓度主要受温度的影响. ③泉水Ca2++Mg2+、HCO₃?浓度在雨季明显高于旱季,而水体CO₂净消耗量在旱雨季无较大差异,这可能是由于受土壤CO₂效应、降水稀释效应和H₂SO₄/HNO₃释放CO₂的共同影响. 研究显示,土壤CO₂浓度的变化特征表现为季节性差异,但在土壤CO₂浓度及外部环境的多重影响下,岩溶碳循环的季节性变化并不明显.      

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。     

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。     

贵州威宁草海流域地下水水化学特征及无机碳通量估算

贵州威宁县草海是我国最大的岩溶湿地,岩溶地下水是其重要的补给水源和物质来源.本研究在丰水期、枯水期和平水期对草海流域内12处地下水进行了采集并测定,揭示了该流域地下水水化学特征和主要离子来源,并基于水化学径流模数法初步估算了草海流域岩溶碳汇通量.结果表明,草海流域地下水水化学类型以HCO₃-Ca型为主,东南部个别泉点在平水期为SO₄-Ca型.地下水中优势离子均以Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-为主,季节上SO₄^2-和Mg²⁺平均质量浓度呈现出平水期 > 枯水期 > 丰水期,NO₃^-平均质量浓度则表现为丰水期 > 枯水期 > 平水期,其他离子季节变化特征不明显.空间上草海北部地下水中Ca²⁺和HCO₃^-质量浓度相对较高,K⁺、Na⁺和Cl^-在西南部地下水中质量浓度较高,东南部地下水中Mg²⁺、NO₃^-和SO₄^2-质量浓度较高.地下水中Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-主要受到碳酸盐岩溶蚀的控制,碳酸、硫酸和硝酸均参与了流域内碳酸盐岩的风化,三期大部分地下水中NO₃^-主要受土壤氮和生活污水的影响,东南部地下水NO₃^-则主要受农业活动影响,K⁺、Na⁺、Cl^-和SO₄^2-的来源则无明显时空差异,前3种离子主要受人类活动影响,而SO₄^2-则主要来源于地层中含硫化合物的溶解.研究区外源酸参与流域碳酸盐岩风化具有较高比例,季节上表现为平水期外源酸参与流域碳酸盐岩比例最高,丰水期最低的特征,在扣除外源酸参与流域碳酸盐岩风化的比例后,初步估算草海流域无机碳通量平均约为181.5 t·a^-1,岩溶地下水向草海输送HCO₃^-量平均约为1144.1 t·a^-1.     

青藏高原湖泊小流域水体离子组成特征及来源分析

对青藏高原咸水湖蓬错、昂仁金错、打加错,淡水湖打加芒错、达格架温泉及各湖入湖支流阴、阳离子组成进行了分析.咸水湖阴离子以HCO-3、SO2-4为主,阳离子以Na+为主,属HCO3-SO4-Na和HCO3-Na型水;各湖支流及淡水湖阴离子以HCO-3或SO2-4为主,阳离子以Ca2+或Mg2+为主,属HCO3-Ca、HCO3-Ca-Mg、HCO3-Mg-Ca、HCO3-SO4-Ca、SO4-HCO3-Ca型水;达格架温泉阴离子以HCO-3为主,阳离子以Na+为主,属HCO3-Na型水.咸水湖主要受蒸发-结晶作用控制,各湖支流及淡水湖主要受碳酸盐岩风化控制,达格架温泉主要受热水-花岗岩作用控制.碳酸盐矿物沉淀时Ca2+优先Mg2+被移除,导致咸水湖具有较高的Mg2+/Ca2+比值.在阳离子组成端元贡献中,碳酸盐岩贡献最大(54%~79%),硅酸盐岩(13%~29%)和蒸发盐岩(4%~23%)次之,大气输入(3%~7%)最小.     

崇左响水地区岩溶地下水主要离子特征及控制因素

以崇左响水地区为研究区域,于2016年丰水期、枯水期、平水期在研究区内采集210个地下水样品并测定,分析岩溶地下水的主要离子化学特征和季节变化,运用多元统计分析法研究地下水主要离子的控制因素.结果表明,研究区岩溶地下水为弱碱性淡水,优势离子均为Ca~(2+)、HCO_3~-为主,分别占全部阳离子和阴离子的75%、70%以上,K~+、Na~+、Cl~-和NO_3~-平均质量浓度表现为丰水期平水期枯水期,Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、SO_4~(2-)、p H值、TDS、TZ+和TZ-未出现明显的季节性变化.受碳酸盐岩地层的控制,地下水化学类型以HCO_3~-Ca型为主,丰水期和平水期少部分水点为HCO_3·Cl-Ca和HCO_3·SO_4-Ca型水,平水期出现Cl·NO_3-Ca型水,枯水期可见HCO_3~-Ca·Mg型水,反映出少部分水点受地层中白云岩和铁质泥岩溶解、人类源NO_3~-和Cl~-的影响.地下水中Ca~(2+)、HCO_3~-主要来源于碳酸盐岩灰岩的溶解,Na~+、Cl~-、K~+、NO_3~-来源于大气输入与人为活动的贡献,Mg~(2+)、SO_4~(2-)来源于地层中白云岩、铁质泥岩溶解.地下水化学成分主要受水岩相互作用的控制,碳酸盐岩含水层中的地下水主要受碳酸盐岩溶解因子控制,村庄和人口密集区的地下水主要受大气输入与人为活动因子控制.     

岩溶易旱区地下水水文地球化学特征及其控制因素——以兴仁县为例

地下水是岩溶易旱区极其重要的水资源,是当地生态环境和人类生存的基本保障。通过收集整理岩溶易旱区兴仁县地下水水化学数据,分析与研究,发现岩溶易旱区地下水的溶解组分主要来源于碳酸盐岩的溶蚀,水化学类型主要为HCO_3-Ca型和HCO_3-Ca·Mg型,部分地区由于受到岩层中石膏夹层溶解的影响,水化学类型为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型。地下水中Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-等离子受流经区域地层岩性和水-岩相互作用的影响,表现出显著的区域性特征,属自然来源;K~+、Na~+、Cl~-、NO_3~-等指标与人类活动关系密切,SO_4~(2-)受水-岩相互作用和人类活动共同影响。岩溶易旱区地下水水文地球化学容易受到人为活动的干扰且日趋明显,降低人为活动对岩溶地下水的影响是确保岩溶易旱区地下水环境及饮水安全的关键。     

黔西拖长江流域水化学演化特征及驱动因素

拖长江为黔西典型的矿业型岩溶山地小流域,研究其水化学演化特征及驱动因素,对当地经济社会发展和水资源科学管理均具有重要的意义.通过采集拖长江流域河水、泉水和矿井水样品,利用水化学图解、数理统计和绝对因子分析-多元线性回归受体模型(APCS-MLR),研究了拖长江流域河水溶质来源及其对河水水化学组分的贡献.拖长江流域河水pH值为7.30～8.31,TDS值为40～520 mg·L^-1,TDS主要由Ca²⁺、 Na⁺、 HCO^-₃和SO₄^2-贡献.河水优势阳离子为Ca²⁺和Na⁺,优势阴离子为HCO^-₃和SO₄^2-,水化学类型从HCO₃-Ca过渡为HCO₃-Ca·Na和HCO₃·SO₄-Ca·Na型;矿井水主要为HCO     

人类活动影响下水化学特征的影响: 以西江中上游流域为例

对西江中上游3个代表性断面进行一个完整水文年每月3次的观测和取样,利用水化学、流量等数据,探讨自然过程和人为活动影响下的河流水化学演化过程.对研究区116个水样的水化学特征进行分析.研究区的类型为HCO-3-Ca2+型,化学风化类型主要属于岩石风化,Ca2+和HCO-3是主要的阳离子和阴离子,反映了岩溶地区河水化学特征主要受碳酸盐岩溶解影响.Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-主要受自然条件控制,人类活动影响对其影响不大.K+、NO-3、SO2-4、HCO-3不同程度地受到人类活动的影响并且显示出不同的影响途径.本研究对我国南方季风区河流水化学变化、水质特征、下游珠江物质输送通量的影响、水质保护具有重要意义.