珠江流域水化学组成的时空变化特征及对岩石风化碳汇估算的意义

基于水-岩-气-生相互作用的碳酸盐风化碳汇模型表明,陆地碳酸盐风化碳汇是大气CO_2汇的重要组成部分;然而,碳酸盐风化碳汇的过程、机制和控制因素仍有待进一步的研究。本文采用野外监测、现场滴定和样品室内测试相结合的方法,对珠江流域支干流分旱季和雨季进行了4次野外监测取样,研究其水化学组成的时空变化特征。结果表明:珠江流域支干流的水化学组成受流域岩石风化、气候和水生光合作用的共同影响,并具有明显的时空变化特征。空间上,南盘江下游双江口段至红水河上游蔗香段,水流较慢,水质清澈,水生光合作用强烈,电导率、[HCO_3~-]和[Ca~(2+)]的空间变化主要受水生光合作用控制;从红水河上游蔗香段至肇庆西江大桥监测点,反映的是流域岩石风化对水化学空间变化的影响。季节变化上,西江的电导率、[HCO_3~-]和[Ca~(2+)]呈现出夏季低、冬春季高的特征,主要反映稀释效应的控制。西江干流河水的溶解氧具有明显的季节变化,在上述南盘江下游双江口段至红水河上游蔗香段,DO是夏季高冬季低,其他监测点是冬季高而夏季低;DO的季节变化受水生光合作用强度的控制。在南盘江下游双江口段至红水河上游蔗香段,温度是光合作用强度的限制因子,而其他监测点的光合作用限制因子为浊度影响的光照。造成上述差异的原因是监测点的水文环境不同。通过对梧州水文站流量和[HCO_3~-]变化的分析发现,[HCO_3~-]的季节变化幅度相对流量小得多,显示在西江流域中,HCO_3~-也存在化学稳定性行为。因此在西江流域中,流量变化是岩溶碳汇通量变化的主控因子。研究还发现,西江流域中具有强烈的生物碳泵效应,由内源有机碳形成的碳汇通量约占传统计算模式碳汇(溶解无机碳-DIC)通量的40%。因此,在估算珠江流域碳酸盐风化碳汇时,必须考虑水生生态系统光合生物对DIC的利用形成的有机碳的贡献。     

海洋碳循环研究的关键生物地球化学过程

主要阐述了海洋碳循环生物地球化学过程研究的主要进展,包括海—气界面CO2通量过程、溶解一颗粒碳的海洋转化过程、生物固碳与生物泵过程以及河口碳的生物地球化学过程。海—气界面CO2通量随着海—气界面的扰动程度的变化而变化,而海—气界面的扰动程度主要由风速决定,各海域的CO2通量各不相同;溶解一颗粒碳的海洋转化过程则是由海域的初级生产力所决定,是温度的函数,所以受时间和季节更替的影响很大;河口地带由于处在海水和淡水交界面,又有大量河流带来的陆源输入,所以总体碳循环的生物地球化学过程与大洋主体水域不同,碳通量主要由河流带人;生物在海洋碳循环中的作用不可忽视,浮游植物通过光合作用固碳,而浮游动物在垂直分布过程中通过取食呼吸和排泄作用使碳进行垂直迁移。     

崇明东滩海三棱藨草生长期沉积物有机碳含量变化

对长江口崇明东滩(CM-S)海三棱藤草(Scirpus mariqueter)生长期(4～12月)柱样沉积物有机碳含量及变化分析,发现柱样沉积物有机碳含量与温度、海三棱蔗草地上生物量呈显著负相关(p＜0.05).在陆源沉降、温度和海三棱藤草生长、死亡等因素的共同作用下,崇明东滩沉积物有机碳库随时间推移呈明显的"盈""亏"变化.夏季是潮滩沉积物有机碳库的"碳亏"期,秋季9月起,海三棱蔗草死亡分解使得有机碳在沉积物中累积,沉积物碳库进入"碳盈"期.可见死亡倒伏的海三棱藤草是潮滩盐沼带沉积物有机碳库的主要碳源,海三棱蔗草在生长期中通过光合作用所固定的大气碳素在生长末期输送补偿入沉积物有机碳库中.     

海洋CO2浓度上升可能会影响海洋生态

最近发表的一份报告(Science, 305, 367)表明过去 200年间人为排放的 CO2约有一半被海洋吸收,而这可能影响海洋生物.美国海洋和大气管理局(NOAA)的Christopher L. Sabine和Richarh A. Feely领导的研究小组测量了海洋的无机碳浓度,他们估算出 1800~1994年海洋共吸收了 1.2×1017g CO2.同一时期内由于毁林,森林不仅少吸收 CO2,反而放出了一些 CO2.近年来由于森林增加,使其能够吸收更多的 CO2. Sabine 说,海洋始终是一个 CO2 的汇(sink),而且远没有饱和.已吸收的 CO2的一半集中在占 10%的海洋上层.而海水顶层和底层的混合过程很…     

地球温度创12000年新高

最近发表在美国科学院院报(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的James EHansen的论文认为,地球的温度已达到12000年以来的新高.Hansen是美国航空航天局(NASA)的戈达德空间研究所的所长,长期以来一直主张要重视温室气体排放带来的全球气候变暖问题,他在论文中说,地球表面的平均温度在过去30年以每10年升     

海洋微藻光合作用对CO_2加富的响应特征

采用实验生态学的方法,研究了中肋骨条藻、赤潮异弯藻和小球藻的叶绿素a含量、光合速率、光合固碳速率和碳酸酐酶活性对CO2加富的响应变化。结果表明:3种海洋微藻的叶绿素a含量对CO2加富处理都没有作出明显的响应变化(P0.05)。相反,3种海洋微藻的光合速率、光合固碳速率和碳酸酐酶活性对CO2加富都作出了明显的响应变化,与对照组相比显著提高(P0.05)。说明CO2加富处理刺激了3种海洋微藻的碳酸酐酶活性,从而提高了它们的光合速率和光合固碳速率。3种海洋微藻相比,赤潮异弯藻的响应最明显,其次是中肋骨条藻,小球藻的响应相对最不明显。     

1981—2010年内蒙古草地土壤有机碳时空变化及其气候敏感性

草地土壤有机碳储量巨大,其较小幅度的波动即可能显著反馈于气候变化. 基于1981—2010年内蒙古自治区境内及其周边共计92个气象台站气候要素插值数据,采用空间化的生物地球化学模型——CENTURY 4.5,模拟分析近30年来内蒙古草地表层(0~20 cm)土壤有机碳的空间格局与动态变化特征,并通过构建气候变化情景探讨其对主要气候要素的敏感性. 结果表明:近30年内蒙古草地表层土壤有机碳密度平均值约为1.99 kg/m2(以C计),在空间上呈由东北向西南逐渐减少的分布特征. 近30年来内蒙古草地表层土壤有机碳密度略有增加,年均增幅约0.22%,其中草甸草原的增速〔14.25 g/(m2·a)〕最大,荒漠草原的增速〔1.36 g/(m2·a)〕最小. 草地表层土壤有机碳密度年际变化差异明显,1980s至1990s的增加较为缓慢,1990s至2000s的增幅约为前者的2倍,其中草甸草原和典型草原土壤有机碳增幅较大. 气候敏感性分析结果显示,区域降水量变化可能是近30年内蒙古草地表层土壤有机碳密度变化的主要影响因素,但不同草地类型表层土壤有机碳密度对气候变化的敏感性存在较大差异;典型草原与草甸草原表层土壤有机碳变化主要受控于降水量变化,荒漠草原则主要受控于温度变化.      

黄山秋季大气颗粒物理化特性

为了研究华东背景地区大气单颗粒的理化特性,利用单颗粒飞行时间质谱仪(SPAMS)于2012年9月5日至10月28日在黄山对大气颗粒物进行了观测,并结合Hysplit后向轨迹模式探究了不同气团对颗粒物性质的影响.结果表明,黄山地区颗粒物可分为老化碳(Aged-EC)、富钾(K)、元素碳-有机碳混合物(ECOC)、有机碳(OC)、钠-钾混合物(NaK)、元素碳(EC)、元素碳-重金属混合物(ECHM)、重金属(HM)、矿物质(Minerals)共9类,其中Aged-EC占比最高,K其次,且含碳颗粒物老化程度较为严重.含碳颗粒物Aged-EC、 ECOC和OC集中在积聚模态(0.2～1.4μm),HM、 NaK和Minerals则集中于粗粒子模态(1.4μm).除K、 ECHM和ECOC外,较高风速下不利于颗粒物的累积;相对湿度越高,含碳颗粒物的占比越大,而K、 OC、 Minerals和NaK的占比越小.聚类分析结果表明,采样时段内黄山地区主要受西北气团、海洋气团和局地气团影响.周边地区的工业排放、燃煤等活动是Aged-EC的首要贡献源.     

长江口潮滩湿地-大气界面碳通量特征

选择长江河口崇明东滩为典型研究区域,使用原位静态箱-气相色谱法,对长江河口潮滩湿地-大气界面碳通量(CH4和CO2)进行了为期一年的现场观测实验.结果表明,观测期内,崇明东滩低潮滩(CM-3)表现为碳的吸收汇,平均碳通量为-13.23 mg·m-2·h-4,且有明显的变化特征,8月为碳吸收的高峰期,2月碳的通量值最低;虽然低潮滩CH4年平均排放通量仅为0.04mg·m-2·h-1,在碳通量中所占比例很小,但却是大气CH4的持续排放源.中潮滩(CM-2)为大气CH4的排放源,在7月达到排放高峰;对CO2而言,光照条件下(明箱)以吸收为主,而无光照时(暗箱)中潮滩是CO2的排放源.中潮滩湿地-大气界面碳的年平均交换通量为51.79 mg·m-2·h-1,显著高于低潮滩,植被和有机质含量的不同是导致两者差异的主要原因.温度和光照是影响碳通量及其季节变化的重要因素.海三棱藨草植株和中、低潮滩藻类的光合作用均显著促进了潮滩对大气碳的吸收.     

高分辨率监测下的漓江省里断面生物地球化学特征分析

为了获得漓江流域不同季节生物地球化学昼夜动态变化过程、影响因素与规律,分别于2016年10月30日～11月1日(秋季)和2017年9月14～16日(夏季)对漓江流域省里断面进行了为期48 h的高分辨率在线监测和高频率取样工作,研究水体电导率(EC)、水温(T)、pH以及Ca~(2+)、HCO_3~-、NO_3~-等离子含量和溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))等水化学参数的昼夜变化规律,并分析其影响因素,同时评估水生植物对输入岩溶水生生态系统中溶解无机碳的固定量.结果表明:①省里断面水化学参数表现出显著的昼夜变化规律,T、pH、DO、SIC白天上升夜间下降,Ca~(2+)、HCO_3~-、EC、p(CO_2)白天降低夜晚上升且秋季昼夜变化幅度大于夏季.②SO_4~(2-)、NO_3~-、Cl~-、Na~+、K~+和Mg~(2+)等营养元素含量昼夜变化主要受水生植物代谢过程(同化作用)控制,呈现白天降低夜间升高的变化规律.同时,省里断面夏季营养元素昼夜变化幅度小于秋季.③省里断面溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))主要受水生植物光合作用和呼吸作用控制,表现为白天偏重晚上偏轻的动态变化.受土壤根系和土壤微生物呼吸作用强度和河流水文要素季节变化的影响,夏季省里断面δ~(13)C_(DIC)总体上偏轻于秋季,两者的平均值分别为-10. 08‰和-8. 90‰.④通过计算,实验期间省里断面水生植物光合作用岩溶碳汇量日平均值为2. 12 mmol·L~(-1)和0. 94mmol·L~(-1),秋季比夏季具有更高的固碳效率.     

科尔沁沙地退化植被恢复过程中土壤有机碳和全氮的空间异质性

采用地统计学分析方法研究了沙地退化植被恢复过程中(封育0 a的流动沙丘、封育11 a的流动沙丘和封育20 a的流动沙丘)土壤有机碳和全氮的空间异质性,探讨了它们与植被恢复演替和地形特征变化的关系.结果表明,随着流动沙丘的固定和封育年限的增加,植被盖度、丰富度、物种多样性、土壤有机碳和全氮含量(0~20 cm)逐渐增加.在流动沙丘植被恢复过程中,土壤有机碳和全氮的结构方差与基台值的比值C/(C0+C)均大于65%,反映出它们具有明显的空间自相关性;土壤有机碳和全氮含量的空间自相关范围分别为58.39 m和91.00 m(封育0 a)、28.59 m和23.61 m(封育11 a)和63.31 m和61.05 m(封育20 a).由半方差函数及其参数和空间分布格局图分析表明,其空间异质性在所研究的尺度上表现出先增大(封育0~11 a)后减小(封育11~20 a)的变化特点.沙丘植被恢复过程中植被盖度、丰富度、物种多样性与土壤有机碳和全氮均有极显著的正相关关系(p<0.01).分析表明沙丘植被变化和地形特征影响着土壤有机碳和全氮在沙丘上的空间分布,沙丘植被恢复演替过程极大地影响了土壤有机碳和全氮的积累及其空间异质性...     

苦草光合作用日变化对水质的影响

通过静态模拟试验研究晴天时苦草(Vallisneria asiatica)的光合作用日变化对水质的影响. 分别采用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)和多参数水质监测仪(YSI)在线监测苦草叶绿素荧光参数与水质,并定时采样测定水中营养盐的浓度. 结果表明,苦草叶片光合作用的相对电子传递速率(rETR)日变化与叶片表面的光合有效辐射(PAR)和温度同步,呈单峰曲线;光系统Ⅱ(PSⅡ)实际量子产量(Y)的日变化呈“W”型;水体的pH和ρ(DO)的日变化与苦草光合作用趋势一致,也呈单峰曲线,而电导率和浊度与光合作用没有相关性;水体中ρ(TN)一直保持稳定,ρ(TP)在23:00时出现峰值.苦草的光合作用能引起水体pH,ρ(DO)和ρ(TP)的改变;且pH和ρ(DO)对底泥磷释放的影响可能是一个动态平衡的过程.      

冠层辐射温度对冬小麦生态系统碳通量的影响

用箱式法在太原盆地对冬小麦的碳通量进行了两年的测定,对比分析了气温(T_a)、土壤温度(T_s)和冠层辐射温度(T_c)的日、季节变化与冬小麦碳通量日、季节变化的关系.结果表明,在日、季节尺度上T_c与T_a具有较好的一致性,相关系数在0.90以上;日尺度上,净生态系统碳交换量(NEE)、总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(Reco)与T_s的相关系数在绝大部分测定日都小于与T_a和T_c的相关系数,但它们与T_a和T_c的相关系数差异不大;季节尺度上,冬小麦的GPP、NEE和Reco与3个温度(T_a、T_s和T_c)都呈显著的二次抛物线关系.生态系统光合作用的最适温度T_c略低于T_a的,差异约1℃左右.Reco与T_a的关系均好于与T_s的关系,与T_c、T_a关系的决定系数差异不大(0.95~0.96).研究结果可以为基于遥感方式观测的冠层辐射温度在估算碳通量中的应用提供依据.     

乳山湾邻近海域有机碳的分布与底界面过程

根据2009年和2014年夏季在乳山湾口及邻近海域的综合调查结果,分析了该海域夏季有机碳的时空分布、底界面过程与影响因素.结果表明,2009年夏季乳山湾近海水体溶解有机碳(DOC)含量介于0.70~3.19mg/L之间,平均值为1.80mg/L;DOC的平均值在8月最高,7月与9月次之,6月最低;2014年8月份DOC的变化范围为1.79~15.2mg/L,高于2009年同期水平,颗粒有机碳(POC)的变化范围为0.04~1.33mg/L;水体有机碳的分布受陆源输入、海洋初级生产以及潮汐的显著影响.研究区域夏季颗粒有机碳(POC)的沉降通量为(25±0.8)g/m~2,约占初级生产固碳量的66%;沉积物上层(0~4cm)间隙水中DOC的浓度是沉积物上覆水的8~9倍,DOC在沉积物—水界面存在向上覆水释放的现象;乳山湾湾口DOC交换通量为14.4–97g/(m~2·a),占水体存量的1.1%~13.4%.人类活动一定程度上影响了乳山湾及其近海有机碳的构成与循环收支过程,是区域环境变化的重要驱动因子之一.有超过50%的有机碳会随潮流输送到外海,显示潮流在有机碳输送中巨大作用;沉积物-水界面DOC的交换会影响底界面有机碳的收支与循环过程,有机碳的收支表明研究海域底界面有机碳的降解所产生的溶解有机碳是水体DOC的重要来源,最终保存在沉积物中的碳其埋藏量约占初级生产的13%;相对较低的溶解氧水平可能会增加DOC的交换通量,影响碳在陆架边缘海的埋藏.     

基于生物标志物法的珠江流域有机碳溯源及DIC施肥效应研究

内源有机碳由地表水体水生光合固定DIC产生,是岩石风化碳汇的重要组成部分。为准确区分河陆地流水体中的内源有机碳及计算其所占比例,本文选取珠江流域作为研究区,通过不同季节的野外采样调查,利用类脂生物标志物法,结合传统水化学特征,揭示河流中有机碳的来源差异;最终根据有机碳的时空分布规律与水-岩-土-气-生相互作用分析,明确流域岩性及气候变化对碳汇的影响。结果表明:(1)珠江流域水体中冬季和夏季内源有机碳占总有机碳比例的平均值分别为65%和54%,表明水生植物光合作用导致的初级生产力的重要性;(2)内源有机碳比例和水生藻类生物量与DIC浓度和呈现出显著的正相关关系,表明DIC对水生植物光合作用具有施肥效应;(3)雨季因降雨稀释DIC浓度和冲刷外源有机质,对水生植物的施肥效应减弱,生成的内源有机质减少,且携带的外源有机质增加,导致内源比例减少;(4)高悬浮质(TSS)可以遮挡水体表层太阳光,减弱水生光合作用强度,降低内源有机碳的形成;但在TSS浓度比较低的情况下,其对水生植物生长繁殖的影响则体现在为其提供空间和营养物,从而增加水生藻类生物量及内源有机碳比例。     

新西兰地面测量表明有害紫外线辐射明显增加

Ｌａｕｄｅｒ的新西兰国立水和大气研究所（ＮＩＷＡ）的报告称，过去１０年间新西兰有害紫外线辐射逐渐增加．１９９８～１９９９年夏季，这类紫外线辐射比前１０年增加约２％．专家称ＮＩＷＡ的报告提供了臭氧层消耗会给地球生态带来危险的最强有力的证据．美国戈达德空间飞行中心的大气物理学家 Ｐｒｕｌ Ｎｅｗｍａｎ说：“他们会尽力做好此事．”１４年前大气科学家首先在南极测到“臭氧洞”，并认为是氯氟烃等污染物作用的结果．研究人员随后发现在人口较多的中纬度地区（如北欧、加拿大、新西兰和澳大利亚）上空臭氧层也在变薄．ＮＩ…     

桂江流域夏季水-气界面CO2脱气的空间变化及其影响因素

河流具有复杂的流域空间异质性,加之岩溶区河流富钙偏碱高溶解无机碳的特殊环境,使得河流水-气界面CO_2脱气出现显著的空间变化.为揭示岩溶区河流水-气界面CO_2脱气的空间变化特征及其影响因素,利用主要离子、物理化学参数、δ~(13)C_(DIC)等数据以及模型法和浮游箱法分析桂江流域水-气界面CO_2脱气特征.结果表明:(1)桂江流域水文地球化学表现出明显的空间变化特征,HCO_3~-、Ca~(2+)以及电导率、总溶解性固体(TDS)、SIc、p CO_2都表现出中游支流中游下游上游的相似的分布特征;(2)桂江流域在监测期间均表现出CO_2脱气,为大气CO_2的源,脱气通量平均值为237 mg·(m~2·h)~(-1),位于世界河流平均CO_2脱气通量范围内,但桂江流域CO_2脱气在不同的河段表现出明显的空间变化,中游支流和中游明显大于上游和下游;(3)桂江流域中游干流和支流CO_2脱气主要受到碳酸平衡系统的影响,但同时中游支流受到生物光合作用的影响.此外,上游CO_2脱气通量主要受到大气环境因素的影响,而下游CO_2脱气通量则受到诸多因素的共同影响.     

乌江流域固碳服务时空格局及驱动机制

生态系统提供的固碳服务是实现碳中和的重要手段之一,明确环境因子的驱动机制是有效提高固碳服务的重要基础.该研究以乌江流域为研究区域,利用InVEST模型核算乌江流域2000—2020年碳储量,并综合考虑社会-经济-自然系统中的影响因素,使用随机森林模型和部分依赖图模型(PDP模型)分析各因子对固碳服务的贡献度及驱动机制.结果表明：(1)2000—2020年,乌江流域固碳服务空间上呈东北高西南低的分布特征,表现为下游>中游>上游,时间上呈显著增加趋势,且上游的增速大于中游及下游.(2)时空尺度上,自然地表类因子均是对固碳服务贡献最大的环境要素,其中植被覆盖度在空间尺度上的贡献度最高,为55.08%;坡度在时间尺度上的贡献度最高,为34.46%.(3)各影响因子在时空上呈现出不同的驱动机制,其中人口密度的驱动机制变化最为强烈,在空间上,固碳服务随人口的增加而降低,在时间上,固碳服务整体随人口的增加而增加.(4)2000—2020年,人类活动的改变是乌江流域固碳服务增加的重要原因,气候变化也是较重要的影响因素.研究显示,固碳服务的高低虽受限于自然地表类环境因子,但人类活动的正面干扰...     

太湖百渎港湿地植物群落沉积物中碳、氮的空间变化研究

采用地统计学与GIS相结合的方法,以太湖百渎港湿地植被恢复区为研究区,研究湿地植物群落沉积物中有机碳、全氮和碳氮比的空间分布.结果表明:(1)研究区有机碳变化范围为1.53～63.42 g·kg-1,全氮变化范围为0.37～5.42g·kg-1,碳氮比变化范围为1.55-77.50,全氮、有机碳和碳氮比都存在空间上中等程度的变异性.(2)有机碳含量整体上最高是在沉水植物群落和芦苇群落分布区,茭草群落、荷花群落分布区次之,最低在香蒲群落分布区和对照区;全氮分布与有机碳具有一定的相似性,整体最高在芦苇群落分布区,最低在对照区.     

长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌分布特征研究

海洋生态系统氮素循环对维持海洋生态收支平衡具有重要意义,由厌氧氨氧化细菌(anaerobic ammonia-oxidizing bacteria,ANAMMOX Bacteria)推动的厌氧氨氧化过程是海洋氮素移除的重要途径.本研究采用荧光定量PCR(q PCR)技术,并结合环境理化因子,分析了2011年夏季长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度分布特征.结果表明,厌氧氨氧化细菌的种群丰度在长江口邻近海域的空间分布与环境因子密切相关,总有机碳含量、盐度、铵盐浓度对长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度具有重要调控作用.厌氧氨氧化细菌的丰度分布与总有机碳含量呈显著正相关关系(P0.01,r=0.69),同时又随亚硝酸盐浓度、溶解氧浓度的升高而降低,而盐度对厌氧氨氧化细菌丰度分布的影响较为复杂.