岩溶地下河流域水循环方式的降水效应

岩溶水中锶元素来源于碳酸盐岩地层的溶解,其浓度受地层岩性及地下水径流条件的控制.通过对贵州荔波板寨地下河流域微量元素锶的水文地球化学特征分析,发现在纯碳酸盐岩流域范围内,岩溶水中锶浓度只受控于地下水径流条件,因而Ca/Sr值能良好的示踪岩溶区地下水循环.在本文中,以Ca/Sr值为判别依据,将板寨地下河流域7个水样点划分...     

典型岩溶区不同土地利用方式下雨季、旱季岩溶作用研究

2006年4月-2007年4月,通过野外溶蚀标准试片法,测试得出重庆金佛山岩溶区山腰碧潭泉和山顶水房泉两泉域5种典型土地利用方式下的6个测试点雨季和旱季溶蚀量.测试结果表明:雨季溶蚀量明显高于旱季,位于生态保护良好的山顶原始生态区测试点溶蚀率高于保护区、非保护区交界地带且受人类活动影响较大的山腰测试点;同一时段内不同土地利用方式下的测试点溶蚀速率也存在较大差异;6个测试点的年均溶蚀量由大到小依次为:水房泉竹林地>水房泉林地>水房泉草地>碧潭泉林地>碧潭泉灌草丛>碧潭泉耕地.从测试点的土壤基本理化性质分析得出,在研究区域内局地气候(降雨量、温度)影响的基础上,除了土壤CO_2浓度,土壤有机质也是控制两泉域岩溶速率的主要因素之一.     

基于土壤酶总体活性评价铅锌尾矿砂坍塌区土壤重金属污染

为探讨利用土壤酶总体活性表征铅锌尾矿砂造成的土壤重金属污染程度,本文对阳朔思的村水稻田、柑橘园和玉米地土壤中铅、锌、铜、镉的有效态质量分数以及参与土壤碳、氮、磷循环的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性进行了测定。结果表明：供试土壤中镉、铅、锌的有效态质量分数（分别为2.39-4.42、173.71-221.66、140.11-244.10 mg＆#183; kg-1）均高于其全量在GB15618-1995《土壤环境质量标准》中的Ⅱ级标准,分别是Ⅱ级标准值的9.56-14.73、2.18-2.77、0.77-1.22倍,并且土壤中有效态镉带来的潜在生态风险最高。为进一步评价铅锌尾矿砂给不同土地利用类型土壤带来的生态环境风险,在对土壤重金属有效态质量分数进行归一化处理后,发现土壤重金属污染程度从高到低依次为水稻田、柑橘园、玉米地。由于土壤中的重金属复合污染物铅、锌、铜、镉对土壤酶活性的影响既有抑制作用,又有激活作用,因此不同土地利用类型下的单一土壤酶活性状态与土壤所遭受的重金属污染程度呈现出不一致的变化规律。而以土壤总体酶活性指数对各样本进行分类,发现水稻田、柑橘园、玉米地的土壤总体酶活性指数分别为4.345、5.153、5.502,其结果与以重金属有效态归一化处理之后获得的综合污染指数划分结果呈反比,从而说明利用土壤总体酶活性指数来表征不同土地利用类型下的土壤重金属综合污染状况是切实有效的。     

几种低分子量有机酸对石灰岩溶蚀作用的室内模拟试验

在室内进行了几种低分子量有机酸对石灰岩颗粒(粒径0.45～1mm)的溶蚀试验,同时用盐酸进行对比试验。结果表明:各有机酸对石灰岩颗粒溶蚀作用大小的顺序为:乳酸>乙酸>柠檬酸>甲酸>草酸>丙酮酸,同类型酸中如醇酸或羧酸中,酸性较弱的酸溶蚀力反而较大。这几种酸混合后对石灰岩颗粒的溶蚀作用并未比单个酸的作用强。乳酸、乙酸、柠檬酸的溶蚀力大于盐酸。不管是有机酸还是盐酸,溶蚀石灰岩后溶液中钙离子浓度都呈对数增长,且与溶液pH值呈极显著正相关(P<0.0001);草酸反应液中的钙离子浓度与电导值呈极显著负相关(P<0.0001),其他种类酸溶液钙离子浓度则与电导值呈极显著正相关;除乙酸外,其他酸溶液电导值在反应初始阶段稍微下降后迅速上升。有机酸对石灰岩的溶蚀能力不仅与溶液中的H+和有机配位体浓度有关,而且与酸的类型、酸的强弱及反应后形成的盐的溶解度有关。     

岩溶地下河流域水中多环芳烃污染特征及生态风险评价

利用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)测定了老龙洞地下河流域水中16种优控多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)含量,研究了流域内PAHs组成、污染水平,并对其进行了生态风险评价.结果表明,老龙洞地下河水中ΣPAHs含量变化范围为81.5~8 019 ng·L-1,表层岩溶泉ΣPAHs含量为288.7~15200 ng·L-1,地表水ΣPAHs含量为128.4~2 442 ng·L-1;受黄桷垭镇污水的影响,地下河水相对于地下水补给来源的落水洞和地表水含量较高.流域内水中PAHs均以低环为主,尤其是3环占主导.受污水、季节的影响及PAHs物理化学性质的差异,水中PAHs月变化呈现不同的变化特征.地表水、落水洞污水排放对地下河PAHs来源起重要作用.流域内水中PAHs以低环污染为特征,所有检测到的PAH化合物处于中等污染和重污染风险.     

亚热带典型岩溶区地表溪流水文地球化学昼夜变化及其影响因素研究

为了解岩溶区地表溪流水文地球化学的昼夜变化过程及其影响因素,于2013-07-09～2013-07-14期间,在广西壮族自治区融安县官村地下河出口(G1)和下游雷崖村(G2)设置两个监测点同时展开了为期5 d的高分辨率昼夜监测工作,每15min监测水温(T)、pH、溶解氧(DO)和电导率(Spc),每2 h进行人工采样工作,样品测试Ca2+、HCO-3和NO-3等主要离子以及δ13CDIC.结果发现:1 G1和G2点都是HCO3-Ca型水,但是两个监测点表现出不同的水文地球化学昼夜变化过程;2监测期间官村地下河出口(G1)的物理化学参数和主要离子(Ca2+、HCO-3和NO-3等)基本上保持稳定,而雷崖监测点(G2)的物理化学参数(T、pH、DO、Spc)和Ca2+、HCO-3和NO-3离子表现出有规律的昼夜变化特征;3 G2监测点的溶解无机碳(DIC)和δ13C值表现出相反的昼夜变化特征,DIC在白天下降晚上升高而δ13C值白天上升晚上下降,并表现出较好的负相关关系(相关系数为-0.87,P<0.01).结果表明,水生植物的光合作用和呼吸作用、水温以及脱气作用共同影响岩溶区地表溪流水文地球化学的昼夜变化,控制了岩溶地表溪流内部物质循环过程.     

岩溶地下河流域表层土壤多环芳烃污染特征及来源分析

采集重庆南山老龙洞地下河流域农田土壤(0～20 cm),利用气相色谱-质谱联用仪(GC/MC)测定了土壤样品中16种优控多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)含量,分析其含量和组成,污染水平及污染来源.结果表明,流域内不同地点表层土壤16种PAHs总量变化范围为277～3301 ng·g-1,平均值为752.6 ng·g-1±635.5 ng·g-1,所有样品均遭受污染,其中57%为轻污染,29%为污染土壤,而14%为重污染.多环芳烃的组成以2～3环为主,占总量的28.72%～72.68%,平均值为48.20%;4环和5～6环含量分别为7.77%和34.03%.土壤PAHs含量与有机质(SOM)含量显著相关,而与pH值相关性不强.比值法和主成分分析(PCA)表明,流域内土壤主要来自交通排放与煤炭、石油及生物质燃烧的混合源以及石油源.     

城市化进程对地下河中溶解态正构烷烃来源的影响

为了探明城市化进程影响下地下河溶解态正构烷烃(D-ALK)的组分特征,于2014年11月至2015年4月,分别对受不同程度城市化进程影响的老龙洞与青木关两条地下河出口(老龙洞口、姜家泉)进行采样,利用气相色谱-质谱联用仪(GCMS)对样品中的D-ALK进行定量分析.结果表明,两地D-ALK碳数分布均为n C14~n C35.其中,姜家泉中的溶解态正构烷烃总量(DT-ALK)为102~356 ng·L~(-1),平均值为230 ng·L~(-1).2014年12月、2015年1月和4月,其正构烷烃碳数分布的峰型均为"单峰-前锋"型;LMH/HMH(n C-21/n C+22)为2.0~10;在n C14~n C25内碳优势指数(CPI14~25)为0.19~0.57,主碳峰均为C16(C_(max)16).2014年11月、2015年2月与3月,其碳数分布呈"双峰"形态,LMH/HMH与CPI14~25均小于1且C_(max)16;CPI24~35为1.2~23,C_(max)31或C_(max)33;Paq分别为0.2、0.7和0.1.其中,2014年11月与2015年3月的烷烃指数(AI)分别为0.95和0.98.老龙洞出口中的DT-ALK为110~697 ng·L~(-1),平均值为310 ng·L~(-1);各月碳数分布均呈现"单峰-前峰"峰型且C_(max)16,CPI14~25小于1.在旱季,由于受到不同人为活动的综合影响,以微生物输入为主的老龙洞中的溶解态正构烷烃在含量和组分的稳定性方面均大于以微生物和微生物、植物混合输入为主的姜家泉.     

不同地质背景水库区夏季水-气界面温室气体交换通量研究

岩溶水库水化学特征受碳酸盐岩溶蚀风化产物所控制,形成"富钙偏碱高溶解无机碳"的特殊环境,其水-气界面温室气体交换特征、过程及影响因素与其他非岩溶水库存在较大差异.为揭示不同地质背景控制下典型水库水-气界面温室气体交换的特征及控制机制,选取广西三座不同地质背景的水库[大龙洞水库(岩溶水库)、五里峡水库(半岩溶水库)、思安江水库(非岩溶水库)],同时运用静态箱法(FC)和模型计算法(TBL)对其水-气界面温室气体(CO2、CH4)交换通量进行比较研究.结果表明:1两种方法获得的结果均显示,大龙洞水库库区和出库水体均为大气CO2、CH4的源;五里峡水库库区总体上为大气CO2的汇、大气CH4的源,其出库水体均为大气CO2、CH4的源;思安江水库库区均为大气CO2的汇、大气CH4的源.2无论是岩溶水库还是非岩溶水库,其出库水体温室气体排放量远大于库区,如何控制水库出库水体的CO2、CH4释放问题值得关注.3在没有大量淹没土壤有机质和植物的情况下,由岩溶地下水补给的水库水-气界面CH4交换通量与其他半岩溶水库和非岩溶水库差别较小,但由于富含DIC水体的输入及受水库热分层的影响,其CO2交换通量要明显高于其他非岩溶水补给的水库.     

柳江流域柳州断面水化学特征及无机碳汇通量分析

用河流水化学的离子组成特征来揭示流域化学风化过程及其碳汇效应成为了当前全球变化研究的一个重要方面.对2013年1月至12月柳州段河水每月2~3次采样分析,结果表明,水化学类型为舒卡列夫分类法中的HCO3-Ca型,离子组成以Ca2+和HCO-3为主,这主要体现了流域内碳酸盐岩溶解对河水水化学特征的控制作用.河水的主要离子质量浓度表现出明显的季节变化特征,总体上冬季最高,秋季和春季次之,夏季最低.其中Ca2+和HCO-3离子质量浓度受稀释效应和CO2效应的共同作用,表现为夏季最低,秋季最高;其它离子的质量浓度变化受稀释效应、农业活动或两者的共同作用的影响.对河水的化学计量分析表明碳酸和硫酸共同参与了流域碳酸盐的风化,并且δ34S的值为7.65‰~8.55‰,通过分析SO2-4可能主要来自矿床硫化物的氧化和大气酸沉降.为了准确估算岩溶碳通量,运用化学质量平衡法,估算出[HCO-3硫酸]/[HCO-3]=28.26%,在扣除硫酸作用产生的无机碳(HCO-3)的基础上,运用水化学-径流法估算出柳江柳州断面无机碳通量(以CO2计)为8.95×105t·a-1.并且通过分析碳通量与流量和HCO-3之间的关系,表明河流流量是影响岩溶碳通量的主控因素.