柳林泉域岩溶地下水区域演化规律及控制因素

柳林泉是山西省著名的十大岩溶大泉之一,丰富的岩溶地下水资源对吕梁地区经济社会发展具有支撑作用,开展岩溶地下水化学演化规律及控制因素研究对于流域水资源可持续利用意义重大.本研究对补给区、径流区、排泄区、深埋区的29个岩溶地下水主要离子组分进行测试分析.结果表明,水温、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、HCO_3~-、SO_4~(2-)质量浓度从补给区、到径流区、到排泄区、再到深埋区,随着径流途径增加不断升高. K~+、Na~+、Cl~-主要来源于盐岩的溶解;而Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、SO_4~(2-)主要来源于方解石、白云石和石膏的溶解.受控于盐岩、石膏的不断溶解,Na~+、C~l-和SO_4~(2-)质量浓度增加幅度大,最大值分别为最小值的50、80和32倍;受去白云化作用的影响,Ca~(2+)、HCO3-质量浓度变化不大,最大值仅为最小值的2～3倍.在补给区、径流区,Na~+、Cl~-质量浓度较低,Ca~(2+)和Mg~(2+)、HCO_3~-为主要阴阳子,但在排泄区和深埋区,Cl~-、Na~+明显超过了HCO_3~-、Ca~(2+)和Mg~(2+),成为最主要的阴阳离子;水化学类型由HCO_3-Ca·Mg型转化为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型和HCO_3·SO_4-Ca·Na·Mg型,最终演变为Cl·HCO_3-Na·Ca、Cl·HCO_3-Na型和Cl-Na·Ca型.     

五里峡水库初级生产力对水气界面二氧化碳和甲烷排放速率时空变化的影响

近年来水库温室气体备受关注,为揭示水库水气界面CO_2和CH_4在时间和空间上的变化特征,于2016年7~12月采用静态箱法在五里峡水库对其CO_2和CH_4排放速率进行4次监测,并测试微型光合生物初级生产力等.结果表明,五里峡水库夏季为大气CO_2的汇,变化范围在-30.14~-3.47 mg·(m~2·h)~(-1),秋、冬季均为大气CO_2的源,变化范围在15.57~115.06 mg·(m~2·h)~(-1).甲烷排放速率在夏季变化幅度明显,变化范围在0.08~1.03 mg·(m~2·h)~(-1),而在秋、冬季变化稳定,变化范围在-0.07~0.43 mg·(m~2·h)~(-1).受水库周期性蓄水和排水影响,CO_2和CH_4排放速率在空间上表现为水库消落带和坝尾较低而库区较高的分布格局.此外,CO_2和CH_4排放速率时空变化与微型光合生物初级生产力分别呈显著负相关和正相关(r为-0.477和0.771).这是因为产甲烷菌能够将夏季微型光合生物固定的有机碳转化成CH_4释放到大气中,从而使微型光合生物对水圈CO_2和CH_4循环产生负反馈效应和正反馈效应.因此,本研究结果为进一步评估微型生物对岩溶水体碳循环的贡献提供了理论依据.     

亚热带典型岩溶水库细菌丰度和细菌生产力及其与环境因子的关系

细菌丰度是反映水体污染状况的敏感指标.为了解亚热带岩溶区水库营养状况,细菌丰度和细菌生产力及其与环境因子的关系,本文以亚热带典型岩溶水库——广西上林县大龙洞水库为研究对象,采用综合营养状态指数法(TLI)评价大龙洞水库水体的营养化类型、荧光定量PCR技术研究细菌丰度分布情况以及14C标记法测定细菌生产力.结果表明,大龙洞水库处于富营养化状态,细菌丰度在调查水域存在明显空间异质性;沿着水流方向从上游到下游表层水的细菌丰度呈先递减后增加的趋势;细菌丰度垂向分布特征均表现为表层中层底层;细菌生产力的变化特征为表层水的细菌生产力明显高于中层和底层.相关性分析表明,细菌丰度与细菌生产力呈显著正相关;细菌丰度与温度、p H、高锰酸盐指数呈显著正相关,与电导率和DIC呈显著负相关,与DO、叶绿素a、DOC呈极显著正相关;细菌生产力则与p H、DOC、高锰酸盐指数呈显著正相关,与电导率、DIC呈显著负相关,与DO极显著正相关.主成分分析将影响细菌丰度和细菌生产力的10个环境因子均划分为两个主成分,第一主成分为温度、p H、电导率、DIC、DO、Chla、DOC和高锰酸盐指数,第二主成分为TN和TP,表明大龙洞水库细菌丰度和细菌生产力受多种环境因子共同影响,进而使光合细菌成为水体初级生产力的重要贡献者.     

岩溶山区不同土地利用方式对土壤活性有机碳动态的影响

对贵州茂兰自然保护区内三种典型土地利用方式(林地、草地和耕地)下土壤活性有机碳组分(土壤溶解有机碳和土壤微生物量碳)的月变化及其对环境因子的响应进行了研究,结果表明在不同的土地利用方式下上覆植被类型不同,其凋落物数量、质量及分解行为不同,有机质的输入量及质量也不相同,从而形成不同的土壤溶解有机碳含量差异,土壤有机碳的大小也存在较大差别。研究结果显示:从全年平均值来看,林地土壤溶解有机碳分别比草地和耕地高25%、48%;从3月到8月,三者均随气温的上升呈增加的趋势,林地和耕地在8月均达到最大值,而草地则在10月达到最大值;林地和草地土壤微生物量碳分别高于耕地81%和45%,林地和草地在10月达到最大值。不同的土地利用方式导致土壤活性有机碳的差异较大,这说明岩溶生态系统中土地利用方式对土壤碳库的大小有较大影响。不同土地利用方式下土壤活性有机碳对环境因子的响应也各不相同,这表明土壤活性碳受众多因素的制约而呈现出一种动态平衡关系,进一步的机理仍需要进行深入研究。     

典型岩溶断陷盆地耕地承载状况时空分布特征

西南岩溶地区生态系统脆弱,人地矛盾尤其突出。为研究云南小江流域耕地生态承载状况,以2008、2011、2014、2017年统计数据为基础,应用生态足迹法和GIS技术在修正耕地产量因子的基础上从地貌分区对小江流域耕地4个节点的生态承载状况进行时空动态分析。研究结果表明:小江流域耕地生态足迹增长迅速,其中沉积平坝区、峰丛洼地区和台地槽谷区增长较快;耕地生态承载力先减后增,整体变化幅度较小;流域内除了岩溶河谷区北端耕地生态盈余以外,其余地区皆为生态赤字,对耕地的过度消耗利用,导致耕地处于高负荷状态,很不利于耕地的可持续利用,自2014年开始赤字状况有所好转。整体来看,岩溶中山区和河谷区赤字状况要优于沉积平坝区、峰丛洼地区和台地槽谷区。     

桂林岩溶表层带土壤C02体积分数时空变化规律及其意义

通过20lO-2011年的监测建立了桂林盘龙洞坡地和洼地不同深度土壤C02体积分数的季节性变化。监测土壤C02体积分数空间上变化为：坡地80cm〉50cm〉30cm;洼地80cm〉100cm〉50cm〉30cm。监测土壤C02体积分数时间上变化为2010年7月和2011年6月未C02体积分数达到最高值,2010到2011年冬季为土壤C02达到最低值。由于受到大气降水量急剧减少的影响2011年土壤C02体积分数整体比2010年低。显示大气降水量也是影响土壤C02体积分数的重要环境因素。为我国固碳减排科学的选择时间和空间提供有力的依据。     

干旱胁迫过程中外源钙对忍冬光合生理的影响

以不同浓度Ca2＋对干旱胁迫处理下的忍冬进行化学调控,研究外源Ca2＋对干旱胁迫处理下忍冬叶片中叶绿素含量、可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、过氧化氢酶活性以及光合速率的影响,以探讨外源Ca2＋对缓解干旱胁迫下忍冬光合作用下降的作用机制。结果表明,干旱胁迫下,忍冬的正常生理代谢明显受到抑制,叶绿素质量分数、可溶性糖质量分数、游离脯氨酸质量分数、过氧化氢酶活性以及光合速率分别降低到0.4 mg·g-1、0.06~0.1 mg·g-1、0.8 mg·g-1、0.25 u.mg-1和12~14μmol·m-2.s-1;当施入钙离子后,干旱胁迫对忍冬的伤害得到不同程度的缓解,并在最大程度上稳定叶绿素含量和CAT活性;并能使脯氨酸和可溶性糖的积累显著减少。说明外源Ca2＋能够在一定程度上弥补干旱胁迫导致的Ca2＋亏缺,使植物维持较正常的生理活动,稳定细胞膜结构,维持体内离子吸收平衡,维持较高的光合速率并保护光合结构。     

基于PCR-DGGE和拟杆菌(Bacteroides)16S rRNA的岩溶地下水粪便污染来源示踪研究:以重庆南山老龙洞地下河系统为例

岩溶地下水的微生物污染日益严重,其来源的研究得到国际学术界的广泛关注.本研究以重庆南山老龙洞岩溶地下河系统为对象,采用滤膜法监测地下水中的总细菌、大肠杆菌、粪大肠菌及粪链球菌等微生物指标,以拟杆菌(Bacteriodes)为指示细菌,采用PCR-DGGE示踪地下水中大肠杆菌/粪大肠杆菌的来源.结果表明,老龙洞地下河流域各类细菌含量严重超标,总细菌数为10~2.9×10~7CFU·m L~(-1),大肠菌群总数达4.3~4.0×10~5CFU·m L~(-1),其中粪大肠菌群(FC)和粪链球菌(FS)分别最高达到1.1×10~6CFU·(100 m L)~(-1)、1.1×10~5CFU·(100 m L)~(-1);FC/FS多数为2以上,暗示流域地下水受人类粪便影响为主.地下水样和粪便样品的拟杆菌群落的PCR-DGGE比对分析表明地下水与人粪之间相似性为7.1%~69.1%,其中地下河出口处达到69.1%.地下水与猪粪之间相似性为1.1%~53.4%,地下河出口处仅为1.5%.因此,人类粪便为地下河污染的主要来源,猪粪污染为动物粪便污染的一部分,还存在其他动物粪便污染来源.此外,PCR-DGGE产物切胶测序发现大部分Bacteroides为人类肠道或粪便来源的细菌.     

岩溶区水库冬季溶解有机质组成特征及来源:以桂林五里峡水库为例

近年来,三维荧光技术被广泛应用于研究天然水体中溶解有机质(DOM)的物理化学特性.为了解岩溶区水库水体溶解有机质的特征,利用三维荧光光谱并结合平行因子分析法研究桂林五里峡水库冬季水体中DOM分布特征及其来源,探讨其水化学特征以及初步估算DOM荧光组分的相对比例.结果表明,五里峡水库水体中的Ca~(2+)、HCO_3~-为主要阳阴离子,水体水化学主要受碳酸盐风化作用影响,DOC质量浓度占TOC质量浓度的91%;五里峡水库水体DOM在冬季主要由类富里酸、类腐殖酸和类色氨酸组成;荧光指数、腐殖化指标、自生源指标和新鲜度指数显示五里峡水库水体DOM在冬季整体呈现弱腐殖质化特征,自生源特征明显,微型光合生物对水体中DOM的形成起到至关重要的作用,说明水生微型生物的光合作用在岩溶碳循环中扮演着重要的角色.     

不同土地利用分布格局下的岩溶泉水化学变化研究

利用多参数自动记录仪CTDP300对具有不同土地利用分布格局的贵州普定陈旗和灯盏河两个岩溶泉域的降雨量、泉水位、水温、pH值和电导率进行了一个完整水文年的连续监测,并依据化学平衡热力学原理进行计算,得到连续的水的CO2分压(PCO2)和方解石饱和指数(SIc)。结果表明这两个泉的这些水化学指标均呈现出明显的季节变化和暴雨动态变化。然而,两泉水的这些变化具有明显的差异:对于土壤分布较多和水田分布在排泄区的陈旗泉而言,HCO3-和PCO2较高,而pH和SIc值明显低于土壤分布较少且水田分布于补给区的灯盏河泉,且变幅较小。此外在暴雨后,陈旗泉pH升高、PCO2降低,而灯盏河泉pH降低、PCO2升高。这些反映了不同土地利用分布格局对岩溶水化学调节作用的差异。灯盏河泉Ca2+、SO2-4、Mg2+和EC较高主要是其流域中石膏和白云岩含量较多的缘故。这些发现说明,pH、电导率、HCO3-、Ca2+、SO42-、Mg2+、PCO2和SIc等岩溶水化学参数可以作为不同土地利用分布格局和环境变化的重要指标。