基于稳定同位素和水化学成分的西南喀斯特流域径流划分

针对喀斯特流域下垫面空间异质性强,地表、地下径流转化复杂的特点,本文选择贵州陈旗实验小流域,根据实地调查流域内水源位置以及同位素、水化学样品的采集,将流域内水源划分为地表水(仅当强降雨时发生)、表层岩溶带水和深层地下水,采用稳定同位素和水化学成分组合方法划分了流域出口径流的水源成分。结果表明:降雨期间,坡面地表径流所占比例较少,小于10%,表层岩溶带所占比例在28%～45%之间,地下径流所占比例在49%～62%之间;降雨过程中表层岩溶带径流比例增大,地下径流比例减少。降雨过后,表层岩溶带径流比例迅速减少、地下径流比例呈现增加趋势;地下径流是无雨期流域出口断面径流的主要组成部分,无雨期地下径流占地下暗河出口径流量68%～88%。     

季节性干旱下喀斯特次生林不同树种水分利用效率变化

植物叶片水分利用效率(WUE)对环境变化的响应特征和机制是理解生态系统碳循环和水循环及其耦合关系的基础。为探讨季节性干旱下喀斯特次生林中不同植物的WUE变化,以普定次生林通量观测站内的喀斯特次生林为例,在连续干旱背景下分别对8种常见植物的叶片WUE进行了测定分析。结果表明:(1)研究区常见植物的叶片WUE日间主要在0.65～7.73μmol/mmol之间变化。8种植物的叶片WUE均以上午9点最大,厚果崖豆藤(Millettia pachycarpa)、朴树(Celtis sinensis)和马桑(Coriaria nepalensis)的WUE均在下午3点就降到最低,而铁线莲(Clematis florida)、木通(Akebia quinata)、石岩枫(Mallotus repandus)、梓树(Catalpa ovata)和构树(Broussonetia papyrifera)的WUE则在下午5点才降到最低。厚果崖豆藤、铁线莲、石岩枫、朴树、构树的WUE日间变化均较显著。(2)研究区植物叶片的WUE以藤本植物最高。上午9点、11点和下午3点,植物叶片WUE的种间差异均不显著,而在下午1点、5点,植物叶片WUE在种间均存在显著差异。(3)石岩枫和木通的叶片WUE与环境光照强度均呈显著正相关关系。朴树和铁线莲的叶片WUE与环境相对湿度均呈极显著正相关关系。厚果崖豆藤的叶片WUE与环境空气温度间也呈现出极显著的正相关关系。朴树、构树、马桑、石岩枫、铁线莲、厚果崖豆藤的叶片WUE与净光合速率均显著正相关,木通的叶片WUE与蒸腾速率显著负相关。研究区8种植物叶片WUE与叶面水汽压亏缺间的相关性均不显著。(4)植物种和外部环境对研究区植物叶片的WUE均有显著影响,木通、厚果崖豆藤、铁线莲在遭遇连续干旱后叶片WUE均较高,对生境恶劣的喀斯特环境具有较强的适应能力。     

贵州喀斯特地区典型土壤碳酸盐垂直分布特征及其同位素组成研究

以贵州为中心的西南喀斯特地区的石漠化是我国实施西部大开发战略中所面临的根本性地域环境问题之一,喀斯特地区石漠化是一种与脆弱生态背景和人类活动相关联的土地退化过程,而土壤退化是土地退化的核心部分。本研究采集了贵州喀斯特地区的砂岩黄壤剖面和石灰土剖面的土壤样品,测定了剖面样品的土壤有机碳含量、土壤碳酸盐含量和土壤碳酸盐δ~(13)C。结果表明,砂岩黄壤和石灰土碳酸盐含量在剖面上的分布存在差异,黑色石灰土碳酸盐含量在剖面上的总体变化均表现出从上到下逐渐减小的趋势,土壤碳酸盐含量主要集中在表层土壤,而黄色石灰土和砂岩黄壤碳酸盐含量在剖面上的变化不大。而且在砂岩黄壤和石灰土中,土壤碳酸盐δ~(13)C值在剖面深度上的变化情况不同,表明了土壤有机碳向无机碳转化的程度,不同的成土过程及程度和成土环境的差异可能是砂岩黄壤和石灰土中土壤碳酸盐δ~(13)C值组成差异的主要原因。本研究提高了对区域碳库特征的认识,为喀斯特生态系统土壤有机质的生物地球化学循环研究提供了理论支撑。     

基于模糊综合评判法的岩溶地区地层含水性评价--以三峡地区寒武系地层为例

为解决岩溶地区地下水非均质性所带来的获取各项参数难度较大的问题,围绕综合性指标"含水性",选取岩性、裂隙、岩溶发育程度3项评价指标,采用将模糊数学评判法与模糊层次分析法相结合的评价方法(模糊综合评判法)对岩溶地区地层含水性进行综合评价,并通过在三峡地区岩溶山区选取寒武系地层进行了方法论证。结果表明:三峡地区岩溶山区寒武系地层的含水性表现为娄山关组>水井沱组二段>覃家庙组;对于不同的地貌类型,三峡地区岩溶山区寒武系覃家庙组地层的含水性强于盆山交界区覃家庙组地层的含水性。该评价结果与实际调查情况相符,证明该评价方法具有一定的可靠性和实用性,可为后续岩溶含水系统划分提供依据,进一步服务于水资源评价。     

岩溶地下水水体中有机氯农药和多氯联苯的残留特征及健康风险评价

采用气相色谱-微池电子捕获检测器（GC-μECD）测定南山老龙洞岩溶地下水水体中有机氯农药（OCPs）和多氯联苯（PCBs）残留量,并探究了OCPs和PCBs的浓度、分布和来源等残留特征.结果表明,OCPs总浓度范围为34.8~623.2 ng·L^-1,均值为215.6 ng·L^-1,其中,HCHs、DDTs和其它类OCPs总浓度范围分别为8.2~23.6、4.5~363.7和22.2~235.9 ng·L^-1,均值分别为15.9、104.5和95.3 ng·L^-1;PCBs总浓度范围为6.0~40.7 ng·L^-1,均值为16.8 ng·L^-1.总体而言,OCPs和PCBs污染处于中上水平;多重比较结果显示部分OCPs和PCBs平均浓度具有统计学意义上的显著差异.研究区各采样点水体中污染水平差异较大,但OCPs和PCBs的季节分布相对均匀.源解析表明,HCHs源于周围环境中林丹的输入;DDTs源于近期工业DDT的非法使用;其它类OCPs源于大气沉降和农业活动输入;PCBs来源既有历史残留,又有企业排污活动;Pearson相关分析表明部分有机卤素污染物具有同源性,或有类似的来源和分解机制.结合健康风险评价模型,研究区饮用水不会对人体健康产生明显危害,但儿童对污染物的敏感性高于成人.     

大气沉降对川东北喀斯特河水中Mg、Ca、Sr和Ba的贡献

在受大气粉尘活动强烈影响的岩溶地区,大气输入对岩溶地表河水中的金属元素尤其是溶解态元素的影响还较少评估。选择位于秦岭山地、受大气粉尘活动强烈影响的川东北岩溶地区的诺水河,通过2011年7月至2014年6月河水中Mg、Ca、Sr和Ba等元素含量及其变化,结合当地大气沉降观测结果,分析了河水中这些元素的季节变化与影响因素,特别是大气输入对河水中这些金属元素的贡献。结果显示:(1)河水中Mg、Ca、Sr和Ba四种元素显示出明显的季节变化,大气降水稀释作用导致夏季河水中元素浓度值偏低,冬季稀释作用的减弱和粉尘活动加强可能导致河水中元素浓度值偏高;(2)河水中Mg、Ca、Sr和Ba四种元素来源于大气沉降的比例分别是3.1%、7.2%、21.3%和34.8%。这表明在川东北地区,大气沉降对喀斯特河水中部分金属元素如Sr和Ba存在显著影响。     

岩溶地区不同土地利用方式土壤固碳细菌群落结构特征

固碳细菌是土壤碳循环重要的微生物群落,研究其群落结构特征对认识土壤生态系统的固碳机制具有重要意义.以桂林毛村岩溶实验场的岩溶区、混合区与非岩溶区为研究样区,采集稻田、玉米和柑橘园表层土壤,以cbb LR为固碳细菌的指示基因,采用高通量测序方法,对比在三类区域土壤中固碳细菌的群落丰度、组成及多样性特征的异同.结果表明,三类区域土壤中固碳细菌属于变形菌门和放线菌门.其中,变形菌门的α-变形菌纲(α-Proteobacteria,24.6%)为三类区域土壤中的优势纲,以根瘤菌为主的兼性自养菌是主要的固碳细菌.在岩溶区,伯克氏菌目(Burkholderiales)、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)、固氮螺菌属(Azospirillum)、费氏根瘤菌(Sinorhizobium fredii HH103)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum bv.trifolii)等微生物的丰度均高于混合区和非岩溶区;而慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)为混合区与非岩溶区土壤中的优势种群.冗余分析(redundancy analysis)表明,pH、土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、总氮(TN)和阳离子交换量(CEC)等土壤因子是影响固碳细菌群落结构差异的主要生态因子.以上结果表明,岩溶区的土壤特性对固碳细菌的群落结构有显著影响.     

基于灾害风险理论的岩溶区建设项目地下水污染风险评价

为研究岩溶地区建设项目的地下水污染风险,引入灾害风险理论确定地下水污染风险是由地下水脆弱性和建设项目污染负荷危险性两方面共同决定,并构建了地下水污染风险指标体系。采用模糊层次分析法确定各指标权重,选择TOPSIS模型进行脆弱性和危险性等级的判断,最后依据风险等级分区矩阵确定地下水污染风险评价等级。以贵州西北地区某火电厂项目进行地下水污染风险评价实例应用,结果表明该项目地下水污染风险等级为"较高",主要因素为该地区地下水含水层脆弱性"较高",评价结果符合实际,具有一定应用价值。     

地形、树种和土壤属性对喀斯特山区土壤胞外酶活性的影响

土壤胞外酶在生态系统生物地球化学循环过程中扮演着重要角色,然而关于土壤胞外酶活性的主控因子研究还不够深入,特别是在偏碱性的钙质土壤区域相关研究尤其缺乏.本研究以典型喀斯特山区(木论国家级自然保护区)的林地为研究对象,采集不同地形条件(不同坡位和坡向)、不同树种(厚壳桂和伞花木)下的表层土壤(0~15 cm),测定了与碳、氮、磷循环相关的6种水解酶的活性及相关土壤理化性质.研究运用方差分解,并结合多响应置换过程以及冗余分析技术分析了地形、树种和土壤理化性质对土壤酶活性的影响.结果表明,坡位对土壤酶活性有显著影响.树种和坡向对土壤酶活性的影响不显著.方差分解结果表明,地形、树种和土壤理化性质共同解释了土壤酶活性变化的55.3%,其中土壤因子是影响酶活性改变的主要因子,解释了44.2%的变异.而冗余分析的结果进一步表明在土壤因子中,pH、总氮和无机氮是影响土壤酶活性变化的主要指标.研究首次量化了喀斯特地区小尺度内地形、树种及土壤理化性质对土壤酶活性变化的影响.研究也说明了在喀斯特山区小尺度内土壤酶活性的变化可由土壤理化性质来表征.     

普者黑岩溶湿地干湿季沉积物氮、磷、有机质分布及污染风险评价

探究典型岩溶湿地沉积物营养物质的污染状况及其富营养化风险,以期为岩溶湿地水-沉积物污染的控制与治理提供参考和依据.以典型岩溶流域普者黑为研究区,运用抓斗式底泥采样器对流域内河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和库塘湿地的表层沉积物进行采样,并采用国家标准方法对沉积物中总氮（TN）、总磷（TP）及有机质（OM）的含量进行测定,并运用单因子指数法、有机指数法及有机氮指数法对普者黑岩溶流域不同类型湿地沉积物的污染程度进行评价.结果表明：①在干季,河流湿地TP含量最高,为1.18 g·kg^-1,沼泽湿地TN和OM含量最高,分别为2.93、2.71 g·kg^-1;库塘湿地TN、TP和OM含量最低,分别为1.44、0.63、1.43 g·kg^-1.在湿季,河流湿地TP和OM含量最高,分别为0.95、2.16 g·kg^-1,湖泊湿地TN含量最高,为2.22 g·kg^-1;沼泽湿地TP和OM含量最低,分别为0.42、1.28 g·kg^-1,库塘湿地TN含量最低,为1.22 g·kg^-1.②普者黑不同类型湿地沉积物TN、TP、OM在干、湿季下的污染程度不同.在干季,河流湿地和沼泽湿地沉积物磷污染均为重度污染,4种湿地沉积物氮污染均为重度污染,有机污染除库塘湿地属于轻度污染外,其他3种湿地均为中度污染.在湿季,河流湿地沉积物磷污染为重度污染,河流湿地和湖泊湿地沉积物氮污染均为重度污染,湖泊湿地沉积物有机污染属于重度污染.总体上看,各类湿地沉积物氮磷污染干季的污染程度比湿季严重,干季以外源为主,湿季以内源为主;故干季湿地沉积物营养盐潜在释放风险较湿季大.