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...     

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.     

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.     

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%.     

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。     

花溪河水溶解无机碳同位素的季节变化

对乌江上游支流花溪河水进行了一年的监测,测定了DIC含量和δ13 CDIC。结果显示DIC含量在1.73～4.53mmol/L之间,δ13 CDIC的变化范围-9.6‰～-3.6‰,反映了碳酸盐岩的主要控制作用,δ13 CDIC和DIC含量之间存在负相关关系,表明有机质分解作用、生物作用对河水DIC也有着重要影响。冬季...     

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。     

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.     

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。     

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.      

黄河口附近海域沉积物中碳氮元素地球化学特征及有机质来源研究

本文调查分析了黄河口附近海域沉积物中碳氮元素地球化学特征及有机质来源研究。发现黄河口附近海域沉积物TOC、TN含量、C/N、δ13C以及δ15N分别为（0.40±0.19）%、（0.049±0.018）%、7.92±1.48、（-23.94±0.69）‰、（7.06±0.72）‰。其中TOC随着输送距离增加显著下降（P < 0.05）,δ13C沿着输送距离增加极显著上升（P < 0.01）。黄河口附近海域沉积物有机质来源可分为陆源、河口源、海源3种来源。其含量分别为（44.6±6.5）%、（6.5±5.5）%、（48.9±6.1）%。陆源有机质含量随着输送距离增加显著下降,海源有机质含量随着输送距离增加显著上升（P < 0.05）。研究区域陆源有机碳埋藏速率为171~214 t/（km2·a）,约20%左右黄河输送陆源有机碳埋藏在黄河口附近海域。黄河输送不仅影响了河口及周边海域有机质来源组成,还促进了陆源有机质在河口区域的埋藏。     

四川黄龙沟天然水中的深源CO_2与大规模的钙华沉积

在有大规模钙华沉积的四川黄龙沟中,使用化学成分数据以及碳氧稳定同位素组成对其水文地球化学特征进行了分析研究。研究区钙华沉积的地表溪流水质基本上受到两种水混合的制约,即断层泉水和山区的融雪(冰)水。泉水中含有高浓度的经由断层提供的CO2,结果高浓度的溶解CO2使得其溶解的碳酸盐岩比普通的岩溶泉溶解的碳酸盐岩高得多,同时也导致硅酸盐岩的溶解。黄龙沟中上游的泉水相对于方解石接近于平衡。溶解无机碳(DIC)的浓度和它们的δ13C值是大约由c=0.02mol·L1δ13C=-3‰的CO2(aq)与含有δ13C=+3‰的碳酸盐岩在封闭系统条件下反应的结果。估计这些CO2中约有70%来自上地幔。所有泉水的水化学数据均落在高岭石稳定域内,但对Na长石和Ca长石具有侵蚀性。由于这些长石矿物的溶解速率太慢,所以水中的化学成分远离长石稳定域。地表溪流的DIC种类之间达到同位素平衡,在不同观测点发现的δ13CDIC变化主要是由于从水中释放出的CO2的程度不同引起的。水样的δ18O值与其采集点的海拔高度之间存在线性关系;研究区的地表溪流的氧同位素组成受到蒸发的制约。在流经钙华沉积物的地表溪流中白天和夜晚的水化学及pH的日变化表明生物作用促进了碳酸盐的沉积,尽管作用不显著。据估计研究区碳酸钙的日沉积速率是4778kg·km2,即约1mm·a1。     

珠海淇澳与广州南沙湿地3种植物稳定碳氮同位素组成比较

研究了珠海淇澳和广州南沙3种湿地植物互花米草、芦苇和短叶茳芏的碳、氮含量及其稳定同位素的组成,结果表明外来入侵的C₄植物互花米草在植物体的C含量、C/N值、底泥的δ13C值（-23.83‰）和δ15N值（6.56‰）均显著与本地植物芦苇和短叶茳芏的不同,外来入侵种互花米草对土壤微生物的影响依赖于其密集的根系,使其入侵的潮间带土壤微生物种类、酶活性显著升高,体现出互花米草对湿地系统中C、N循环的深刻影响,为此有必要控制该外来入侵植物的蔓延生长。所测定的芦苇和短叶茳芏的δ13C值,表明采样地的芦苇属于C₃植物,而短叶茳芏则为C₄植物。本研究为进一步探讨这3种湿地植物-土壤系统中的C、N循环提供了基础资料。     

黄河口无机碳输运过程对pH异常增高现象的响应

为研究黄河无机碳的输运过程及有效入海通量,通过对2004年至2006年黄河口汛期和非汛期淡水-海水混合过程中无机碳参数、溶解氧饱和度、叶绿素和NH⁺₄、 PO^3-₄的分析得出,黄河口低盐度区pH出现相对于淡水端异常增高现象,而恰在此区域DIC出现亏损现象,黄河口淡-咸水混合区域pH异常增高现象可以表征无机碳的沉降作用.淡咸水混合初期生物好氧呼吸作用的降低能够导致p_CO2的迅速降低是造成低盐度区pH出现相对于淡水端异常增高现象的主要原因.根据河口溶解物质的保守混合模型,发现混合过程中ΔDIC与ΔTA是1∶1的关系,表明DIC出现亏损是由于HCO^-₃清除造成的,汛期和非汛期黄河口无机碳的沉降作用能够清除输入到河口DIC总量的10%,即黄河口每年可清除1.21×10⁵ t河流输入的溶解无机碳,DIC的有效入海通量约为10.86×10⁵ t,通过评估,黄河流域风化作用吸收的大气CO₂量将有10%左右被河口无机碳沉降作用重新释放到大气中,而流域风化作用固定的CO₂在河口将有2.24×10⁵ t（以CO₂计）重新释放到大气中.     

喀斯特地区坡地土壤可溶性有机碳的分布特征

以广西喀斯特地区2个不同退化程度的典型坡地作为研究对象,测定了坡地表层和不同地形部位(坡肩、坡背、坡腰和坡脚)剖面土壤可溶性有机碳(DOC)含量和δ13CDOC值,分析了土壤中DOC的迁移变化规律及影响因素.结果表明,DOC含量主要受到有机质输入?地形和土壤质量等因素影响.灌丛坡地表层土壤中DOC含量要高于草丛坡地,2个坡地表层土壤中DOC含量均随坡面向下而升高,与土壤有机碳(SOC)变化呈相反趋势.而在坡地各个地形剖面中,除灌丛坡地的坡肩和坡背2个剖面土壤中DOC含量随土层深度表现出一定的升高趋势,其他剖面中DOC含量均随土层深度增加而降低.灌丛坡地表层土壤中δ13CDOC值变化幅度明显高于草丛坡地,范围在-15.1‰~-22.1‰,与坡地植被和δ13CSOC值变化密切相关;而草丛坡地表层土壤δ13CDOC值范围在-19.98‰~-20.96‰,其变化幅度很小,与土壤δ13CSOC值变化相似,但与地表植被变化关系不明显,表明了DOC来源主要受到SOC的影响;而各个地形剖面中δ13CDOC值变化较为复杂,但灌丛坡地各剖面变化幅度明显高于草丛坡地相应剖面.剖面中有机质分解程度和输入量决定了δ13CDOC值变幅大小,因此土壤剖面中δ13CDOC值随深度变化的趋势,能够很好地反映剖面土壤中DOC迁移转化过程.