山区性小流域水化学特征及物源贡献研究——以武夷山九曲溪流域为例

通过对武夷九曲溪流域地表水体化学组成的分析,运用离子三角图、端元图和Gibbs图定性分析了流域的化学特征、岩性来源控制和主要自然作用机制,运用主成分分析定量判断离子的主要来源,并计算流域风化速率和碳汇作用.研究结果表明:(1)九曲溪流域水化学类型为重碳酸盐类钙组Ⅰ型水,并以硅酸盐矿物风化产物为主要来源,碳酸盐矿物风化产物次之.(2)流域水化学特征整体上受岩石风化和大气降水共同影响.(3)物质来源以碳酸岩和硅酸岩为主,贡献率超过50%.(4)流域的化学风化速率为27.91 t·km~(-2)·a~(-1),大气CO_2消耗量为1.01×108mol·a~(-1),消耗率为5.40×105mol·km~(-2)·a~(-1).结果揭示了湿热季风区流域化学风化对碳汇作用的重要性,以及流域内岩性、气温、降水量以及土地利用类型等因素对物源贡献的复合作用.     

新疆伊犁喀什河流域地表水水化学特征及控制因素

利用2019年1月至7月伊犁喀什河流域的水化学测试数据,采用Piper三线图、相关性分析、Gibbs模型等方法,分析喀什河流域的地表水水化学特征及其控制因素,并对其物质来源进行探讨.结果 表明,喀什河流域地表水呈弱碱性(7.77≤pH≤8.16),TDS介于184.8-588.12 mg.L-1之间,其浓度均值(243.48 mg.L-1)低于世界半干旱区地表水TDS的均值(370 mg·L-1),同时低于干旱区地表水TDS的均值(440 mg·L-1),但高于世界河流的均值(115 mg·L-1);阳离子以Ca2+为主,HCO3-为其主要阴离子,两者分别占其相应离子总量的82.8％和82.6％;研究区主要离子浓度总体随海拔升高而降低,主要原因是高海拔流域冰雪融水占比高;水化学类型以HCO3-Ca·Mg和HCO3-Ca型为主;地表水主要离子受岩石风化作用和阳离子交换作用的影响,主要离子来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化溶解,HCO3-、Mg2+、Ca2+与SO42-主要来自白云岩等碳酸岩盐的风化溶解,Na+与K+主要来自长石类硅酸盐岩的风化溶解,人类活动对离子组分的影响较弱.     

热带花岗岩海岛的化学风化及其环境效应——以东澳岛为例

通过对珠江口花岗岩海岛-东澳岛小流域水体离子的实测分析,揭示海岛小流域的离子来源与贡献量,获得在相对封闭环境下的热带海岛地区花岗岩小流域的化学风化速率及过程对大气CO2的年消耗量.研究表明,东澳岛溪水总体为弱碱性,总溶解固体均值为68.14 mg·L-1,远低于世界河流均值,非汛期溶解固体和电导率均高于汛期.溪水离子组成以Cl-、溶解Si、Na+以及HCO-3为主,体现了海盐沉降和硅酸盐岩化学风化过程对溪水化学组成的共同影响.东澳岛岩石化学风化速率和CO2消耗通量分别为1.09×104kg·km-2·a-1和1.12×105mol·km-2·a-1,均低于世界河流均值,主要是由于花岗岩抗风化能力较强所致.广东省热带花岗岩海岛年碳汇消耗CO2约5218 t,因此保护海岛表层土壤和生态环境对海岛的碳汇作用具有重要意义.     

锡林河流域草原植物群落分类及其多样性分析

研究锡林河流域草原群落的分类和群落多样性分布特征,可为寒旱区草原的合理利用和保护提供重要依据。基于流域植物群落的样方调查与TWINSPAN分类,得出锡林河流域主要植物群落类型以及影响群落类型和多样性变化的环境因子。结果表明,(1)锡林河流域草原可划分为5个群落类型,分别为大针茅Stipa grandis+羊草Leymus chinensis+黄囊苔草Carex korshinskyi群丛、羊草+大针茅+糙隐子草Cleistogenes squarrosa群丛、羊草+黄囊苔草+灰绿藜Chenopodium glaucum群丛、羊草+糙隐子草+灰绿藜群丛、糙隐子草+灰绿藜+猪毛菜Salsola collina群丛。(2)不同群落α多样性3种指数具有一致的变化趋势,而土壤类型、水分状况以及人类活动强度的差异导致了群落多样性的不同。(3)不同群落类型之间物种组成与更替速率不尽相同。从相异性指数来看,大针茅+羊草+黄囊苔草群落与羊草+黄囊苔草+灰绿藜群落之间共有种最多,物种组成差异性最低,相似性最高,群落间变异程度最小;在羊草+大针茅+糙隐子草群落与羊草+黄囊苔草+灰绿藜群落之间共有种最少,物种组成差异性最大,相似性最低,群落间变异程度最大。从Cody指数来看,羊草+大针茅+糙隐子草群落与羊草+糙隐子草+灰绿藜群落物种的更替速率最慢,而羊草+大针茅+糙隐子草群落与羊草+黄囊苔草+灰绿藜群落的更替速率最快。     

赣南小流域的水文地球化学特征和主要风化过程

对赣南花岗岩小流域进行采样、测试及分析,发现其河水含有较低的矿化度,水化学组成以Na ,Ca2 ,Cl-1和HCO-3为主,溶解性Si的含量明显较高,代表了典型硅酸盐地区河流的相应化学组成.通过Gibbs图分析,赣南流域大部分地区受大气降水的影响比较显著,"蒸发-浓缩"类型的小流域也较多.根据主成分分析和因子分析的结果,定量地估算了大气中CO2和三类岩石对河水中各种离子的贡献比例.与黄河相比,赣南流域受硅酸盐岩风化作用强烈,但主要影响因素仍是碳酸盐和蒸发盐岩,二者对赣南流域溶解质的贡献率分别为42.8%和29.2%,大气中CO2对河水溶解质的贡献率为21.4%,低于世界平均水平.主要风化反应以岩盐和方解石的溶解为主,Si/(Na* K)比值较低,说明风化反应在表生环境中进行,其产物是富含阳离子的次生矿物.     

铅锌矿区河谷沉积物的磁学特征与重金属污染的关系

以流经中国铅锌矿储量最大的兰坪金顶铅锌矿区的澜沧江支流--沘江的河谷冲积物为研究对象,通过实地调查采样、室内实验测定和统计分析等方法,测定并分析了沘江河谷沉积物的磁化率特征与重金属Pb、Zn、Cd的含量,以探讨矿产开发对河谷沉积物重金属含量的影响,并试图为其监测提供一种简单有效的手段.研究表明:(1)沘江沉积物磁化率因受到兰坪铅锌矿产开发活动的影响表现出明显的分段性,且与重金属污染状况的分段性基本吻合,呈现上游污染段沉积物的重金属含量和磁化率均高于下游的特征,且单因子污染指数较高的河段磁化率也高;(2)回归分析显示,沉积物磁化率与重金属含量显著相关;(3)可以利用磁性测试监测矿区河流沉积物的重金属污染状况.     

流域河口湿地生态健康与湿地发育关系研究

河口湿地作为一个独立的＂活体＂,有着其自身的地理发育、成熟和衰老的生长过程。以大洋河河口湿地为例,运用面积积分曲线和分维度指数计算大洋河流域发育阶段及河口湿地生长过程,得出如下结论,（1）在河流流域地貌发育早期,河流底蚀、侧蚀、溯源侵蚀强烈,河流含沙量高,泥沙在河口地区沉降而易形成河口湿地;随着流域地貌发育到壮年期,河流泥沙含量输出稳定,河口湿地面积继续扩张;到流域地貌发育晚期,侵蚀减弱,河流含沙量减少,河口湿地缺乏稳定的泥沙供应,在河湾水动力作用下逐渐萎缩、直至消亡。（2）人类活动直接影响河口湿地环境的物理、化学和生物组份,改变了河口泥沙的输入量及沉积环境,人类活动实际上是直接或间接地缩短了河口湿地的发育时间,加速了其发育进程。（3）针对不同发育阶段的河流,在制定河口湿地保护政策和修复措施时,必须充分考虑其地质历史发育特征,政策的制定要符合其生长规律。     

缺资料小流域非点源磷素输出关键源区识别方法初探

为控制水体污染,改善水质,最大效率地降低磷素污染,迫切需要寻找非点源磷素流失的关键源区。采用半定量、经验性的流域尺度磷素流失危险分级方案,通过分析确定以土地利用类型为源因子,以坡度和区域至河流的距离为迁移因子,最大限度地识别缺资料小流域非点源磷素输出关键源区,并以辽宁社河农业小流域为例,通过GIS技术探索小流域磷素流失的关键源区。结果表明,社河流域大部分区域地表径流磷素流失风险等级为低,该部分区域面积占流域总面积的80%;河流两侧大部分农田非点源磷素流失风险等级属于中,该部分区域面积占流域总面积的13%;非点源磷素输出高风险等级的区域占流域总面积的7%,主要分布在流域内坡度较大、与河流距离较近的山区旱地和丘陵旱地等区域。需要对磷素输出关键源区域加强土地管理,降低非点源磷素负荷输出。     

基于CA-Markov模型土地利用对景观格局影响辨识

采用CA-Markov模型方法,研究挠力河流域不同时段土地利用对湿地景观格局干扰强度的差异性.结果表明:(1)流域湿地景观格局变化显著.1967-2000年,挠力河流域湿地类型景观最大斑块指数逐渐减小,耕地和水域斑块的面积周长分维数逐渐减小,而沼泽和居民地的散布与并列指数变大,草甸和耕地聚集度指数增大;湿地景观破碎化程度增加;湿地景观空间分布逐渐由流域周围高地势区向中心河流廊道退缩.(2)流域土地利用变化明显.耕地和居民用地数量迅速增加,耕地趋于集中连片分布,土地利用呈由自然湿地逐渐转化为耕地的变化过程,耕地成为主导的土地利用类型.(3)流域土地利用强度存在阶段差异.1967-2000年,流域内人类活动对湿地景观的干扰强度逐渐加剧,人为景观面积比例由1967年的26.5%上升至2000年的67.8%.土地利用影响强度指数由1967年的1.690上升至2000年的2.394.2000年模拟的流域土地利用影响强度比2000年实际土地利用影响强度小,由此可以识别1983-2000年人类对湿地景观的干扰强度比1967-1983年有所增大;利用居民地和沼泽面积的变化可以识别流域人口增长和排水活动对土地利用影响的时段差异性.     

气温变化对西南山区流域森林水文效应影响的模拟

为了揭示气温变化对西南山区流域森林水文效应的影响,用生物物理/动态植被模型SSiB4/TRIFFID与流域地形指数水文模型TOPMODEL的耦合模型SSiB4T/TRIFFID模拟了西南山区长江上游梭磨河流域森林水文效应对气温变化的响应,分析了气温变化对植被不同演替阶段的流域总径流和总蒸发以及冠层截流蒸发、植被蒸腾和土壤蒸发的影响。结果表明,（1）梭磨河流域森林（常绿针叶林）蒸腾与草和灌木差异小,森林蒸腾潜热比草和灌木仅高1~4 W.m-2,森林冠层截留蒸发高于草和灌木,但土壤蒸发明显低于草和灌木覆盖,森林覆盖流域总蒸发低于草和灌木覆盖甚至低于裸土蒸发,因此增加了流域总径流量,但森林增加径流的作用随土壤蒸发的减小而减小。（2）气温减小1℃将通过减小森林冠层截留蒸发和蒸腾而使森林增加流域总径流量的作用增加;相反,气温增加将增加森林冠层截留蒸发和蒸腾而使森林增加总径流量的作用减小。（3）当温度增加4℃,由于森林总蒸发较草和灌木明显增加,对于较高的土壤蒸发,森林增加总径流量的作用已不明显;对于较低的土壤蒸发,森林减小了流域总径流量。     

Estimating the biogenic enhancement factor of weathering using an inverse viability method

To determine the influence of the biosphere on weathering we use a dynamic model of the global carbon cycle. It takes into account the most important processes for the long-term evolution of the Earth. The model is solved under a slowly changing environment of increasing solar luminosity and volcanic activity and continental area. By comparing the model results for the global average temperature with data derived from δ¹⁸O values from cherts it is possible to quantify the biogenic enhancement factor of weathering. For this purpose a newly developed inverse viability method is applied, which allows for calculating the range of possible biogenic enhancement factors consistent with the data. We find that in the Precambrian the weathering was 5.4 times lower than in the Phanerozoic era. This supports the hypothesis that the Cambrian explosion was caused by a positive feedback between the spread of biosphere, increased silicate weathering, and a consequent cooling of the climate.     

自然风化条件下原油中金刚烷的风化规律

以渤海2个原油作为研究对象进行自然风化实验,探讨了原油中金刚烷化合物的分布情况及其风化规律.结果表明,经过100 d的室外自然风化,原油中金刚烷的分布已经发生了较大的改变：风化损失程度与金刚烷化合物的沸点有关,风化初期单金刚烷损失严重,风化45 d,单金刚烷完全消失;双金刚烷浓度变化较小,有较好的抗风化稳定性;通过t检验分析,所选取诊断比值中,单金刚烷指标A6、A8、A12和双金刚烷指标A16、A17、A18较为稳定,能很好地指示自然风化20 d内油样的来源;双金刚烷指标A17、A18风化100 d非常稳定,可用于长期自然风化油样来源鉴别,金刚烷化合物诊断比值对于溢油鉴别具有重要的意义.     

应用浅层地温测量法分析崩岗侵蚀与地下水分布关系

地下水是影响崩岗发生的重要驱动力之一,而地温场异常可以反映反推地下水分布。在野外调查的基础上,利用浅层地温法反演流动地下水脉分布的原理,分析并探讨了粤东五华典型崩岗侵蚀区的地下水分布、流向及与崩岗分布的空间关系。结果表明：地下水脉复杂多变的区域,其崩岗侵蚀程度也越严重。这种关系主要表现在3点：（1）较活跃和集中分布的崩岗侵蚀群常具有更多的浅层地温冷点;（2）零散分布的单个崩岗体,其水脉形态常呈不连续性,且总体流动方向较均一,与崩岗前进方向相反;（3）在崩岗群中,地下水脉则呈树枝状或网状展布。应用浅层地温法间接探讨崩岗侵蚀与地下水分布关系,是研究崩岗侵蚀过程与机理的新手段,具较好的应用前景。     

Effect of weathering on abundance and release of potentially toxic elements in soils developed on Lower Cambrian black shales, P. R. China

This paper examines the geochemical features of 8 soil profiles developed on metalliferous black shales distributed in the central parts of the South China black shale horizon. The concentrations of 21 trace elements and 8 major elements were determined using ICP-MS and XRF, respectively, and weathering intensity (W) was calculated according to a new technique recently proposed in the literature. The data showed that the black shale soils inherited a heterogeneous geochemical character from their parent materials. A partial least square regression model and EF_bedrock (enrichment factor normalized to underlying bedrock) indicated that W was not a major control in the redistribution of trace metals. Barium, Sn, Cu, V, and U tended to be leached in the upper soil horizons and trapped by Al and Fe oxides, whereas Sb, Cd, and Mo with negative EF values across the whole profiles may have been leached out during the first stage of pedogenesis (mainly weathering of black shale). Compared with the Chinese average soils, the soils were strongly enriched in the potentially toxic metals Mo, Cd, Sb, Sn, U, V, Cu, and Ba, among which the 5 first listed were enriched to the highest degrees. Elevated concentrations of these toxic metals can have a long-term negative effect on human health, in particular, the soils in mining areas dominated by strongly acidic conditions. As a whole, the black shale soils have much in common with acid sulfate soils. Therefore, black shale soils together with acid sulfate soils deserve more attention in the context of metal exposure and human health.     

Effect of soil crust on evaporation and dew deposition in Mu Us sandy land, China

The development of soil crust on sandy land may affect the surface hydrological process. This paper investigates the process of evaporation and dew deposition influenced by different soil surface types which were dominated by sand, primitive biotic crust, and advanced biotic crust, respectively, in the south fringe of Mu Us sandy land in Northwest China from July to September of 2006. The experimental results indicate that the advanced biotic crust could increase evaporation and dew deposition compared to the primitive biotic crust and bare sand although the differences between them were not significant. The average evaporation from advanced biotic crust, primitive biotic crust and sand was 6.8, 6.6, and 6.5 mm/d, respectively, and water content is around 16.2 % in the condition of initially identical soil. The average dew amount on advanced biotic crust was 0.116 mm/d with extreme 0.05 and 0.24 mm/d. The average values on primitive biotic crust and sand were 0.105 and 0.101 mm/d, respectively, with extreme 0.04 and 0.21 mm/d for both treatments. Also, the dew deposition on advanced biotic crust seemed stable and might rest for a longer time than that on primitive biotic crust and sand. The results suggest that the advanced biotic crust possibly facilitates evaporation and dew deposition. Therefore, the development of biotic crust may potentially enhance the hydrological circulation in the upper sand layer in sandy land.     

酸沉降临界负荷计算模式的修正

酸沉降临界负荷是酸沉降水平的函数，不同酸沉降水平下，矿物风化速率有数量级差别，在因此，酸沉降临界负荷的计算应先使用判别方程计算平衡ＰＨ值，然后确定采用何种方法计算，在欧洲可以直接采用动态模式计算临界负荷，是因为其酸沉水平能满足判别方程成立，但在中国大多数情况下不成立。     

典型消油剂对溢油鉴别生物标志物指示作用的影响

在一定条件下,分别对添加消油剂的原油和重质燃料油进行了风化模拟实验,采用气相色谱质谱联用(GC-MS)对风化样品中的生物标志化合物进行了检测,通过生物标志化合物特征比值的变化趋势,对以往溢油鉴别过程中常规生物标志化合物特征比值进行筛选.结果表明,在溢油经消油剂处理后,以往经常选用的指纹信息(主峰碳数、CPI、(C21+C22)/(C28+C29)、C21前/C22后、Pr/Ph(姥鲛烷/植烷)、Pr/C17、Ph/C18)受到消油剂中相关组分的干扰,失去指示意义;消油剂加剧了某些多环芳烃及其烷基化系列生物标志化合物的风化作用,使与其相关的生物标志化合物比值(C2-D/C2-P、C3-D/C3-P、ΣP/ΣD、2-MP/1-MP、4-MD/1-MD)失去指示意义;绝大部分甾、萜烷类生物标志化合物的抗风化能力较强,相关比值仍具有较好的指示意义.     

海面溢油样品指纹解析

在2010年7月16日大连输油管道爆炸事故发生后,在24 h内分别于事故油罐、不同海面厚油膜区域采集原始油样及溢油样品;采用气相色谱质谱联用(GC-MS)对样品中的生物标志物进行检测,通过生物标志物特征比值的变化趋势,对以往溢油鉴别过程中常规生物标志物特征比值进行评价和筛选,并对溢油样品的指纹特征和风化规律进行解析.溢油样品的分析结果表明,在多种因素共同作用的不超过24 h的短期风化过程影响下,筛选排除的生物标志物比值均为国标GB/T 21247—2007中建议的nC17/Pr、nC18/Ph特征比值.化学消油剂与生物消油剂的盲目使用,有可能导致溢油指纹特征的显著变化.     

煤矸石风化物不同粒级中重金属镉含量及其形态变化

对抚顺西露天矿煤矸石山表层煤矸石风化母岩进行多点取样,风化物筛分成>2 mm、2～0.25 mm和<0.25 mm等3个粒级,分析测定了矸石山表层母岩及其风化物不同粒级中Cd含量及其形态变化特征.结果表明:煤矸石母岩及其风化物中cd含量超过土壤环境质量2级标准,页岩、泥岩及其风化物pH值7.2～8.6,但燃后泥岩pH值4.9.碳质页岩2～0.25 mm粒级风化物中Cd损失最多,为73.6%;<0.25 mm细粒级Cd损失较少,为17.0%,这与细颗粒的表面吸附作用有关;泥岩及其各粒级风化物Cd元素不易损失,其Cd含量变化也相对较小;但燃后泥岩风化物中的Cd较容易损失.煤矸石风化物各样品类型中的Cd均以残渣态为主,可还原态和弱酸可提取态所占比例次之,可氧化态所占比例最小.弱酸可提取态Cd在细颗粒风化物中所占比例较高.