我国典型陆地生态系统水化学离子特征及空间分布

选择中国生态系统研究网络(CERN)和国家生态系统观测研究网络(CNERN)中的33个陆地生态站水化学监测数据,分析了2010～2015年我国典型陆地生态系统地下水、静止地表水和流动地表水水化学离子特征及空间分布.结果表明,水中主要阴离子质量浓度为:HCO_3~- SO_4~(2-) Cl~- CO_3~(2-),以HCO_3~-和SO_4~(2-)为主,在地下水、静止地表水、流动地表水中HCO_3~-和SO_4~(2-)之和分别约占阴离子总量的71. 7%、75. 3%和74. 9%;阳离子以Ca2+和Na+为主,两者之和分别约占阳离子总量的69. 7%、64. 8%和68. 9%.不同生态区域水体离子浓度和离子比例差异较大,水化学类型有地带性差异,即西北干旱半干旱区、东部黄淮海平原区生态系统地下水水化学类型以Na-Mg-SO4-Cl型为主,且水体矿化度较高;亚热带红壤丘陵区地下水水化学类型以Ca-SO_4-HCO_3型为主,地表水以Ca-HCO_3-SO_4型为主;南亚热带丘陵赤红壤区地下水水化学类型以NaCa-HCO_3-Cl型为主;其它生态系统水化学类型以Ca-HCO_3型和Ca-Mg-HCO_3为主.地下水、静止地表水和流动地表水的水化学类型年际间无明显变化.     

The Effects of Liming On Soil Chemistry at Loch Fleet, Scotland

An experiment to investigate how the water quality of acid lakes can be improved by liming the surrounding catchment was begun at Loch Fleet, Scotland in 1984. the effects on the soils of three sectors of the catchment where limestone was added in 1986 are reported here, following analysis of soils sampled in 1987, 1988 and 1991. the effect of the lime on soil chemistry was still evident in 1991, with about 15% of free lime remaining in the hydrochemical reaction zone of sectors IV and VI and nearly 50% in sector VII. However, this free lime appeared to be dissolving too slowly to maintain large amounts of exchangeable calcium in the soils, indicating that the treatment is starting to become less effective. the fall in the mean exchangeable calcium in the reaction zone between 1988 and 1991 was mirrored by a drop in mean soil pH over the 5 years post-liming from 6.1 to 5.6 on sector IV and from 5.9 to 5.4 on sector VI, whereas mean pH remained constant at about 6.0 in the limed areas of sector VII. Using soil data to predict longevity suggests that the exchangeable calcium remaining on the catchment at the end of 1991 will maintain target water quality in the loch until sometime during 1994. the soil pH is likely to fall to between 5.2 and 5.3 by this time. If the region of hydrochemical reaction is assumed to extend to a depth of 20 cm rather than 5 cm, target water quality is predicted to be maintained until the end of 1995. When the free lime remaining on the catchment is included as a source of acid neutralising capacity, calculations show that treatment may remain effective until around the year 2000.     

巴尔喀什湖流域水化学和同位素空间分布及环境特征

巴尔喀什湖位于哈萨克斯坦境内,是世界上最大的湖泊之一.伊犁河是巴尔喀什湖的主要补给河流,也是中哈两国重要的跨境河流.通过数理统计、Piper三线图、Gibbs模型和主成分分析(PCA)等方法,对巴尔喀什湖流域不同水体的化学参数和氢氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)进行分析,初步研究了该区域水化学类型和同位素空间分布特征,探讨了其形成原因和环境意义.结果表明,不同水体的水化学类型不同,湖泊水体的主要化学类型为SO_4-Na和Cl-Na,入湖河流的水化学类型为HCO_3-Ca型,其中伊犁河水化学类型从上游到下游由重碳酸盐型过渡到硫酸化物型、氯化物型; Gibbs图显示湖泊水体离子组成位于蒸发作用区,河流水体离子组成位于蒸发作用和岩石风化作用之间,伊犁河从上游到下游向蒸发控制带偏移,反映了上游河水受降水、冰雪融水的补给影响较大,而下游水体受蒸发作用影响较大;此外,PCA分析指示人类活动对湖泊、伊犁河中下游和其他入湖河流水化学的影响.湖泊和河流水体的氢氧同位素组成变化差异较大,湖泊水体氢氧同位素偏正,位于全球大气降水线和哈萨克斯坦地区蒸发线之间,氘盈余小于全球降水线,反映了较强的蒸发作用导致湖水同位素富集;河流水体的氢氧同位素位于全球降水线附近,河流水体的氢氧同位素关系方程的斜率(伊犁河:5. 7,其他入湖河流:3. 1)均低于全球降水线(8),表明降水和蒸发过程影响河流水体同位素组成.湖泊水体化学参数和同位素显著相关,尤其是东部水体,表明强烈的蒸发作用同时导致水体同位素的富集和水化学离子的浓缩.     

硫酸参与的湿热流域化学风化对河流水化学影响研究综述

河流水化学组成可以提供反映流域内岩石化学风化过程及河流离子来源等生物地球化学的信息。化学风化是全球碳循环的重要环节,湿热流域的水热条件可以促进流域岩石化学风化。硫酸和碳酸一样可以作为侵蚀介质参与流域岩石的化学风化,硫酸参与的湿热流域碳酸盐类化学风化可释放CO₂,但其参与的硅酸盐类化学风化对大气CO₂没有显著影响,故若不考虑硫酸作用将会导致对岩石化学风化作用下大气CO₂消耗通量的高估。水化学组成受到流域岩石化学风化的影响,通过对河流水化学组成和溶解无机碳（DIC）稳定同位素组成（δ¹³C）的分析可以确定河流水化学类型并揭示硫酸对流域岩石化学风化的定量影响。目前关于硫酸对河流水化学影响的研究逐渐增多,未来关于小流域尺度上硫酸对河流水化学的影响、硫酸影响下河流CO₂的脱气过程以及人类活动对河流水化学的影响等方面需要更多关注。     

亚高山旅游景区岩溶地下水水化学动态变化及其影响因素

岩溶地下水是岩溶区重要的水资源，因岩溶水文系统具有敏感性和脆弱性，其一旦遭受污染便很难再恢复。以重庆亚高山金佛山水房泉为例，通过计算2008年和2016年各水化学参数的浓度增降幅度和地球化学敏感性指数，对比分析各水化学参数及其地球化学敏感性变化特征。结果表明：水房泉水化学类型为Ca-HCO₃型，受水 岩作用控制。旅游活动产生的生活污水自2013年起被分成两条管道，住宿排污经过泉域内化粪池的沉淀降解后排入地下，使得2016年水房泉中K⁺、Na⁺、PO₄^3-浓度较2008年降低，显示化粪池对污染物具有有效的调节作用；而餐饮排污未经处理仍直接排入地下，导致流域出口水房泉中Cl^-、NO₃^-浓度呈翻倍增长，水质恶化。污水还加剧了碳酸盐岩的溶蚀，地下水中HCO₃^-、Ca²⁺、Mg²⁺浓度上升。由于旅游高峰期与非高峰期的游客量差距逐渐缩小，2016年各化学组分的敏感性指数多低于2008年，地下水受旅游活动影响的时间变长；分别对比不同水文年各主量组分的敏感性指数大小和离子当量浓度大小，发现2008年两者排序基本一致，而2016年较为混乱，这可能表明研究区地下水系统逐渐从有序转向无序的状态，稳定性被破坏，熵值增大。     

小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系

以小浪底水库下游武陟湿地为研究区,综合运用数理统计、水文地球化学和同位素技术相结合的方法,研究了小浪底水库水沙调控期滨河湿地地下水与河水转化关系.结果表明,小浪底水库调水调沙期间下游水体阳离子以Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以HCO₃^-为主.调水调沙初期河水水化学类型为HCO₃-Na·Ca·Mg型,地下水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg·Na型;调水调沙中期和末期河水均为HCO₃·SO₄-Na·Mg型,地下水均为HCO₃-Na·Mg型.水库水沙调控过程中,水体的水化学组分从受碳酸盐和硅酸盐矿物溶解的共同作用过渡到以碳酸盐岩溶解为主.随着调水调沙的进行,河水与近岸带地下水的氢氧同位素组成逐渐富集,表明河水来源于上游水库表层水和大气降水,地下水则受到河水与大气降水的共同补给.在上游来水与水文地质条件等因素影响下,滨河湿地地下水与河水之间的转化主要发生在近岸带（距离河岸0~100 m内）,表现为河水补给地下水,随着调水调沙的进行,河水对地下水的补给增强.     

天津七里海湿地水化学组成及主要离子来源分析

水化学是湿地水环境评价的重要参数.为研究天津七里海湿地的水化学组成和主要离子来源,采集了湿地内的沼泽水、周边的河水和地下水.结果表明：①河水、沼泽水的水化学类型为SO₄·Cl-Na型,地下水水化学类型为HCO₃-Na型和HCO₃-Na·Ca型,沼泽水主要依靠河水补给,浅层地下水与河水交换作用明显;②水体离子组分受大气降水影响小,Na⁺和K⁺来源为盐岩溶解或蒸发浓缩作用,河水、沼泽水中Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-主要受蒸发岩溶解作用,地下水中Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃^-主要来源于碳酸盐岩溶解;③河水和地下水的水化学组分受阳离子交换作用明显,而沼泽水阳离子交换作用不明显;各水体的SO₄^2-和NO₃^-受一定人类活动的输入;沼泽水和枯水期河水受蒸发盐岩溶解、蒸发作用及人为输入,丰水期河水主要受碳酸盐溶解及人为活动影响.湿地的水化学组成受到自然因素和人类活动的共同作用.     

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.     

羊卓雍错水体pH偏高的成因

羊卓雍错（简称“羊湖”）流域是我国生态环境保护的重点区域,但羊湖水体pH往往超标,令当地管理部门倍感压力.针对羊湖pH偏高的问题,利用地球化学方法,从水化学和流域风化的角度寻找相关线索,以揭示羊湖水体pH偏高的成因.结果表明:①羊湖水体pH在8.5~9.3之间,超标率为49%,同时具有季节性变化特征;而羊湖流域水源（包括地表水、地下水和冰川融水等）pH中间值为8.52,基本代表该流域水源pH的背景值.②羊湖流域水源水化学类型为Ca-HCO₃或Ca-SO₄,汇入羊湖经历长期蒸发浓缩和复杂地球化学过程后,水化学类型转化为Mg-SO₄.③羊湖流域不但存在碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化,还有硫化物矿物风化特征.羊湖水体pH超标与羊湖流域水源无关,而是流域风化和其自身长期自然演化的结果.流域风化为羊湖水体提供的大量HCO₃-,是羊湖pH在特定条件下自然演化的物质基础.羊湖封闭型水动力学特征使HCO₃-滞留并累积在水体中,这为羊湖pH自然演化提供了一个必要条件.在长期蒸发浓缩过程中,水体中一部分HCO₃-转化为CO₃2-,导致水体pH逐渐上升,这是羊湖水体pH偏高的充分条件.简言之,羊湖pH偏高是流域风化、封闭型的水动力学和水体长期蒸发浓缩共同作用的结果.鉴于羊湖水体pH偏高是长期自然演化的结果,建议将pH从羊湖水质管理的考核指标中排除,以免造成不必要的管理成本和压力.      

杭嘉湖地区水化学及同位素特征初步分析

本文通过初步分析杭嘉湖地区地下水化学和同位素特征,认为地下水的水化学分布存在着一定的分带性.浅层地下水化学类型为Cl,HCO3-Ca,Na型,代表了降水或地表水补给的形成过程,且补给前受到不同程度的蒸发.深层承压水化学类型为HCO3-Ca,Na和HCO3-Na型,代表了以铝硅酸盐矿物溶解为主的形成过程,其补给源为古气候条件下的降水补给.利用氘过量参数d值判断了第I承压水(120～150 m)总体流向为南西至北东,即由杭州和湖州向嘉兴方向径流.