喀斯特山区筑坝河流水-气界面CO2通量变化特征及影响因素分析

水库是内陆水域生态系统的重要组成部分,在调节区域和全球碳循环中发挥着重要作用,为了解喀斯特山区筑坝河流水-气界面CO₂扩散通量的变化特征及影响因素,本研究以贵州省黔中水利枢纽工程区平寨水库为对象,于2020年1月、5月、7月和11月对其水体理化指标进行系统监测,运用TBL模型法计算水-气界面CO₂扩散通量。结果表明,平寨水库水化学类型为HCO₃+SO₄-Ca型,水化学特征主要受碳酸盐岩风化控制;表层水体pCO₂与CO₂扩散通量变化范围分别在124.64～558.76μatm和-18.85～15.90 mg/(m²·d)之间,1月表现为大气CO₂的源,5月、7月、11月均表现为大气CO₂的汇;垂向上水体pCO₂变化范围为124.64～5 409μatm,表现为表层低、底层高的差异特征。分析认为,影响平寨水库水-气界面CO₂扩散通量的因素主要是：碳酸盐...     

典型喀斯特溪流水化学特征及碳汇通量研究

对湖北宜昌境内典型喀斯特溪流下牢溪的干支流开展了持续1年的两周1次的采样监测,分析了水化学时空变化特征,并利用正演模型和水化学径流法估算了流域内岩石风化速率、碳汇通量和碳汇量.结果表明:水体中Mg²⁺、Ca²⁺和HCO₃^-主要来源于白云石等碳酸盐岩风化溶解作用,其浓度与流量的稀释效应密切相关,表现为丰水期浓度低于枯水期,并在主河道上沿程降低;Na⁺、K⁺、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-源于人为输入,浓度在人口密集的下游和人类活动强度大的季节显著增加.流域内岩石风化速率、碳汇通量和碳汇量分别为71.83t/(km²·a)、5.31×10⁵mol/(km²·a)、6.96×10⁷mol/a.下牢溪碳汇通量与中、大型喀斯特河流处于同一量级,高于非喀斯特河流和世界均值,这...     

2016年冬末长江口及邻近海域海气CO2交换特征分析

基于2016年3月对长江口及邻近海域的调查,剖析该海域CO₂分压及相关参数的区域分布特征,估算其海-气界面CO₂的交换通量,并探讨了源/汇分布特征背后的物理机制。研究表明,调查区域海表pCO₂变化范围为321~575 μatm,整体呈现出近岸高、离岸低的分布趋势。至冬季末期,海表pCO₂分布主要受控于低温低盐高pCO₂的河口水与高温高盐低pCO₂的东海陆架水的水团混合影响,水体垂直混合作用对海表pCO₂影响不大。长江口及邻近海域冬季整体表现为大气CO₂的弱汇,通量值为-4.43±7.41 mmol/m2/d。从区域碳汇强度看来,近岸长江冲淡水区近乎与大气保持平衡,黄东海混合水区和台湾暖流区表现为大气CO₂的中/强汇,是冬季末期海洋吸收大气CO₂的主要贡献区域。     

三峡库区万州段典型干支流水华期CO2通量变化

三峡库区的CO₂排放近年来引起了学界的广泛关注,但水华期间的生物化学作用对CO₂产生和汇集的影响研究并不多见。以三峡库区万州段干流、典型支流(澎溪河)为研究对象,分析水华期间生化过程对水体中CO₂产汇的影响。研究表明：干流、支流CO₂浓度和通量与环境因子、生源物质的相关性存在显著空间差异性;支流水体CO₂浓度与水温、pH、DO呈显著负相关,与DOC、DTP呈显著正相关;水气界面CO₂通量与水温存在显著负相关,与DTP、CO₂浓度显著正相关。干流水体CO₂浓度与pH显著负相关,与DIC、DOC、NH⁺₄-N显著正相关;水气界面CO₂通量与NH⁺₄-N、CO₂浓度显著正相关;高阳、黄石、万州3个点位水气界面CO₂通量与各自表层水体CO₂浓度变化...     

黄土丘陵区侵蚀坡面CO2通量空间分异格局驱动机制

以黄土丘陵区不同有机碳水平的完整侵蚀坡面为对象,解析了CO₂通量的空间分异格局驱动因子及过程机制,并构建了CO₂通量的分段测算模型.结果表明：（1）侵蚀导致坡面土壤CO₂通量的空间分异格局,具体表现为沉积区（S）>对照区（CK）>侵蚀区（E）;有机碳水平的提高可以整体促进各部位CO₂通量的增加.（2）侵蚀可导致土壤水分、容重和团聚体稳定性降低,引起土壤养分流失,降低细菌、真菌多样性;沉积则引起相反的现象.侵蚀/沉积过程对土壤温度的影响并不显著.有机碳水平的增加可以有效改善土壤颗粒、土壤水分,增加容重,抑制土壤养分的流失、增加细菌,降低真菌多样性.（3）结构方程模型解析了侵蚀部位、土壤温度、土壤水分、有机碳（SOC）、水溶性碳（DOC）、微生物碳（SMBC）、真菌多样性、细菌多样性对于CO₂通量的多因素耦合驱动机制（R²=77%）,明确了土壤温度、土壤水分、微生物碳为CO₂通量的直接影响因子.在水热双因子模型的基础上,嵌入能够间接表征微生物活性和有效碳底物的C因子,分段（按照坡面侵蚀部位）建立T&M&C模型,可以较为准确地测算侵蚀坡面不同部位CO₂通量（R²>67%）.     

三峡库区万州段河流水-气界面CO2通量支干流对比及影响机制初探

以三峡库区万州段干流及典型支流澎溪河为研究对象,监测2019年4～9月水华期间水体中CO₂浓度以及12个环境指标,估算水-气界面CO₂通量并进行支干流对比.将12个环境指标分为气候因子、水环境因子、碳源因子、营养因子和沉积物因子,探讨5类因子对CO₂通量的影响途径和贡献率,进一步为控制水库温室气体排放提供数据积累和理论支持.结果表明,监测期间内高阳、黄石和万州平均CO₂通量分别为（1.445±1.739）、（3.118±2.963）和（2.899±1.144）mmol·（m²·h）^-1,表现为:澎溪河支流高阳<干流万州<澎溪河支流黄石.从变化幅度来看,支流水体CO₂通量变幅较大,干流水体变化幅度则相对较小,是较稳定的CO₂"源".长江干流作为陆地向海洋的生源物质运输枢纽,相比其支流碳含量和流速更高,这使得通常情况下干流CO₂通量大于支流.但水文情势的不同使得同一支流不同点位CO<...     

南通沿海潮间带土-气界面CO2交换特征

选择南通协兴港附近裸露潮滩,使用便携式土壤通量测量系统开展潮间带湿地CO₂通量监测,研究无植被覆盖条件下潮间带碳通量特征及其影响因素的关系.实验结果表明,各潮滩CO₂固定水平表现为高潮带 < 中潮带 < 低潮带.低潮带叶绿素a含量较高,对CO₂的吸收能力较强,而高潮带有机碳含量高,微生物呼吸作用释放的CO₂通量较高,研究区整体上表现为对CO₂净吸收.此外,CO₂净固定通量随土壤有机碳含量和落潮时间增加而下降,与土壤叶绿素a含量和地下水位关系密切.研究成果对于明确人类活动对江苏沿海潮间带裸露光滩碳循环的影响具有重要意义.     

不同电导率盐碱土壤固碳潜力

采集内蒙古河套灌区盐碱土壤(电导率EC为0.27mS/cm),利用NaCl调节土壤电导率为(0,10,20,40,80mS/cm),基于稳定碳同位素分析不同电导率土壤添加定量δ¹³C-CO₂后,土壤CO₂吸收量以及土壤难溶性无机碳含量(SIC)-δ¹³C值.结果表明,盐碱土壤能够吸收CO₂,随土壤电导率(EC)升高,土壤CO₂累积吸收量增加, S5(EC=80mS/cm) CO₂累积吸收量比S1(0.27mS/cm)高1.6640mg.土壤SIC含量(R²=0.7080,P<0.05)和土壤可溶性无机碳含量(DIC)(R²=0.6096,P<0.05)与土壤EC显著负相关关系.盐碱土壤吸收CO₂部分固存于土壤无机碳中,外源添加δ¹³C-CO₂,盐碱土壤SIC-δ¹³C值(-5.299‰ ~ -0.8341‰)显著增加.EC为20mS/cm土壤固相保存δ¹³C-CO₂总量最高1.276mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例30.28%最高;EC为80mS/cm固碳量最低为0.2749mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例5.579%.     

光照水库溶解无机碳变化及其来源解析

河流拦截筑坝形成蓄水河流,逐渐向“湖泊型”生态系统演化,加强了生物地球化学循环并进一步影响水体碳循环.为了更准确地进行全球碳循环的预算并预测碳循环变化,必须确定对河流系统产生影响的碳来源.因此,通过测定库区水体c（DIC）（DIC为溶解性无机碳）及其δ13C（稳定碳同位素）,分析了DIC的主要来源及其影响因素.结果表明:①水体c（DIC）为1.80~5.02 mmol/L,而δ13C_DIC（溶解性无机碳的稳定碳同位素）为-7.45‰~-1.26‰.c（DIC）与EC（电导率）、TA（总碱度）均呈正相关,与水温呈负相关.表水层δ13C_DIC与c（DIC）、TA均呈正相关,与EC在入库河流处呈负相关;而滞水层δ13C_DIC与EC、pCO₂（二氧化碳分压）、TA、c（DIC）均呈正相关.②水平方向上,表水层各指标变化明显,TA、EC、SIc（方解石饱和指数）和c（DIC）整体上呈降低趋势,δ13C_DIC从上游至下游逐渐偏正,受碳酸盐矿物溶解影响显著;垂直方向上,热分层和化学分层现象对水的碳循环产生了显著影响.有机质分解在深水层释放大量CO₂致使c（DIC）、pCO₂逐渐升高及δ13C_DIC逐渐降低,c（DIC）及其δ13C在整个水柱上存在显著的空间异质性.研究显示,光照水库DIC的来源主要有两种,即生物源的土壤CO₂和有机物呼吸产生的溶解CO₂形式的DIC源、碳酸盐矿物风化所产生的碳酸氢盐形式的DIC源.      

陆地生态系统碳水通量特征研究进展

CO₂/H₂O通量特征对于揭示微尺度生态系统的区域碳循环规律及机制具有重要意义。陆地生态系统作为全球生态系统重要组成部分,其CO₂/H₂O通量变化深刻影响着全球碳循环和水循环平衡。本文综述了碳通量、水汽通量的研究方法,归纳了各类研究方法的研究进展,评述了各类方法的优势与不足。总结了我国包括森林、草地、农田、荒漠等不同陆地生态系统碳通量和水汽通量的最新研究进展,对碳通量和水汽通量的影响环境因子进行了总结分析,最后从模拟尺度以及影响因子角度,分析了目前碳水通量研究存在的问题难点及未来发展趋势。     

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。     

旱季不同土地利用类型下岩溶碳汇效应差异

为研究不同土地利用类型下碳酸盐岩溶蚀对土壤CO2消耗量的差异,在2013年11月至2014年5月选取了柏树湾泉、兰花沟泉和后沟泉这3个岩溶泉进行水化学分析及野外监测.结果表明,在上覆植被为林地的柏树湾泉域,泉水的HCO-3浓度最高,草地与耕地下的兰花沟泉次之,耕地为主的后沟泉最低.柏树湾泉的HCO-3主要来自于碳酸对碳酸盐岩的溶蚀,Ca2++Mg2+与HCO-3的摩尔比接近0.5,而兰花沟泉和后沟泉的HCO-3则主要来源于硫酸和硝酸对碳酸盐岩的溶蚀,Ca2++Mg2+与HCO-3的摩尔比远远大于0.5.柏树湾泉域由于凋落物的输入以及土壤透气性差,土壤CO2更容易溶于下渗水并与碳酸盐岩反应,而兰花沟泉和后沟泉的耕地由于土壤疏松,土壤CO2更容易以土壤呼吸的形式返回到大气中.因此,为准确评估岩溶碳汇作用,需要研究不同土地利用类型下碳酸盐岩对CO2消耗量的差异.     

阿哈水库枯水期入库河流可溶性氮、磷含量分布特征

以贵阳市阿哈水库五条入库河流为研究对象,研究了阿哈水库枯水期入库河流水体可溶性氮、磷含量分布特征,可溶性氮组分比例及沿程变化规律。结果表明：五条入库河流水体可溶性氮、磷含量差异较大,可溶性总氮（DTN）、可溶性总磷（DTP）平均含量分别为1.71~9.74 mg/L和0.03~0.52 mg/L。蔡冲河、烂泥沟河、金钟河受人类活动影响较大,水体DTN、DTP含量较高。不同河流水体可溶性氮组分比例差异显著,受人类活动影响小的游鱼河、白岩河,其水体可溶性氮以可溶性有机氮（DON）为主,DON占DTN的比例高达94%。受人类活动影响大的蔡冲河、烂泥沟河、金钟河则相反,以可溶性无机氮（DIN）为主。不同河流氮、磷含量自上到下游沿程波动较大,人为源造成的氮、磷污染远高于自然源。金钟河的DTN、DTP年输入量分别为97.03 t、46.64 t,对阿哈水库的DTN、DTP输入贡献最大,分别达到45%和66%。     

Anthropogenic land use substantially increases riverine CO2 emissions

Carbon dioxide (CO₂) emissions from inland waters to the atmosphere are a pivotal component of the global carbon budget. Anthropogenic land use can influence riverine CO₂ emissions, but empirical data exploring cause-effect relationships remain limited. Here, we investigated CO₂ partial pressures (pCO₂) and degassing in a monsoonal river (Yue River) within the Han River draining to the Yangtze in China. Almost 90% of river samples were supersaturated in CO₂ with a mean ± standard deviation of 1474 ± 1614 µatm, leading to emissions of 557 - 971 mmol/m²/day from river water to the atmosphere. Annual CO₂ emissions were 1.6 - 2.8 times greater than the longitudinal exports of riverine dissolved inorganic and organic carbon. pCO₂ was positively correlated to anthropogenic land use (urban and farmland), and negatively correlated to forest cover. pCO₂ also had significant and positive relationships with total dissolved nitrogen and total dissolved phosphorus. Stepwise multiple regression models were developed to predict pCO₂. Farmland and urban land released nutrients and organic matter to the river system, driving riverine pCO₂ enrichment due to enhanced respiration in these heterotrophic rivers. Overall, we show the crucial role of land use driving riverine pCO₂, which should be considered in future large-scale estimates of CO₂ emissions from streams. Land use change can thus modify the carbon balance of urban-river systems by enhancing river emissions, and reforestation helps carbon neutral in rivers.     

白洋淀夏季入淀区沉积物间隙水-上覆水水质特征及交换通量分析

为揭示白洋淀夏季入淀区上覆水-间隙水氮磷营养盐相互作用,本研究于2019年7月对白洋淀主要6条入淀河流取样,通过分析上覆水、间隙水水质特征以及营养盐在沉积物-水界面的扩散通量,评估了营养盐扩散对沉积物与上覆水的影响.结果表明白洋淀水质呈弱碱性;溶解氧（DO）含量较低,为沉积物内源污染物的释放提供了厌氧环境;氨氮（NH₄⁺-N）浓度在0.35~1.76mg·L^-1,作为主要给水来源的潴龙河淀区最高;硝氮（NO₃^--N）浓度在0.75~1.97mg·L^-1;溶解性总氮（TDN）浓度在0.99~2.70mg·L^-1,位于自然区的S2瀑河含量最高;溶解性总磷（TDP）浓度在0.03~0.15mg·L^-1,靠近居民区的白沟引河含量最高.间隙水氨氮浓度在5.24~10.64mg·L^-1,是上覆水体的10倍,内源污染严重;硝氮浓度在0.36~0.79mg·L^-1;溶解性总氮浓度在5.36~12.02mg·L^-1,是上覆水体的5倍;溶解性总磷浓度在0.03~0.3mg·L^-1.应用综合污染指数法对水质进行评价发现间隙水污染程度远高于上覆水,各采样点呈现出严重污染状态.对NH₄⁺-N、TDN和TDP进行交换通量分析显示,NH₄⁺-N的扩散通量在1.71~7.43mg·（m²·d）^-1,作为保定市纳污河流的府河采样点内源氨氮向上覆水扩散速率最快;TDN的扩散通量除白沟引河较低,其余5个采样点均值达到9.11mg·（m²·d）^-1,夏季水体中溶解氧含量较低且沉积物-水界面TDN浓度差较大,导致沉积物中含氮营养盐在厌氧条件下大量释放到上覆水中,对水质造成严重污染;萍河采样点TDP的扩散通量是负值表示上覆水体的磷污染物向沉积物聚集的状态,剩余5个采样点的扩散通量范围在0.03~0.16mg·（m²·d）^-1,表现出磷营养盐向上覆水释放的状态.扩散通量显示内源污染物是上覆水污染物的重要来源,为有效治理入淀区水质,沉积物氮磷营养盐的清淤处理迫在眉睫.     

岩溶地下水补给的地表河流溶解无机碳昼夜变化与钙沉降

溶解无机碳昼夜动态变化对河流水体碳通量的估算有重要影响。本文选择由地下水补给且富含水生植物的典型河流,开展高分辨率水文地球化学监测和高频率水样取样工作,分析了水化学的昼夜动态变化特征,钙与无机碳昼夜循环产生的生物地球化学控制机理,估算了钙与无机碳昼夜通量。结果表明,白天pH、SIC上升,产生钙沉降和水体无机碳(主要为HCO-3)含量的下降,夜间得到地下水的补给,Ca2+和HCO-3浓度回升。监测期间,官村地下河出口地表河流钙与溶解有机碳的流失或沉降量分别为69.04kg/d和168.68kg/d,即51.14g/(m·d)和124.95g/(m·d),分别占输入量的6.2%和4.7%。受水生植物光合作用和钙化作用控制,沿流程发生无机碳向有机碳转化,是真正意义上的自然碳汇。     

岩溶流域洪水过程水化学动态变化及影响因素

岩溶流域河流水化学对暴雨/洪水过程有着快速响应,是岩溶碳循环的重要过程,不应忽视.本文通过2015年11月8～12日阳朔断面洪水过程水化学特征的动态监测,分析了各主要离子变化特征和影响因素,计算不同来源无机碳浓度和通量.结果表明,阳朔断面洪水过程各阶段水化学类型为Ca-HCO_3型.水化学离子主要源自碳酸盐岩风化,同时有硅酸盐岩风化、降雨及人类活动的贡献.洪水过程中,受控于水文过程,碳酸盐岩风化强度先急剧减弱后缓慢加强,HCO_3~-、Ca~(2+)和Mg~(2+)的浓度也呈现一致的变化趋势.而SO_4~(2-)、Cl~-、Na~+和K~+动态变化主要受大气降水和人类活动的影响.碳酸风化碳酸盐岩是无机碳的主要来源,平均占总无机碳74. 3%;因硫酸/硝酸的输入,硫酸/硝酸风化碳酸盐岩在洪水过程中对无机碳的贡献明显增加,最高可达31. 7%.阳朔断面地质碳汇通量在洪水前、第一次洪水过程和第二次洪水过程分别为1. 28×10~8、5. 28×10~8和11. 52×10~8g·d~(-1).洪水前地质碳汇通量与年平均通量相当,而洪水过程数倍于年平均通量.并且,因两次洪水过程碳酸盐岩风化强度存在显著差异,第一次洪水过程地质碳汇通量在相同流量情况下仅为第二次洪水过程的58%.     

洱海藻类水华高风险期沉积物氮磷释放通量时空变化

选择藻类水华高风险期,研究沉积物氮磷释放通量时空变化及影响因素,以揭示沉积物氮磷释放对洱海水质影响.结果表明:①2009、2013和2018年洱海沉积物氮磷释放通量整体呈上升趋势,与2009相比,2013年增幅较大,而2018年与2013年相比增幅较小;溶解性总氮(DTN)释放通量在11. 71～14. 15 mg·(m²·d)^-1,其中有机氮(DON)释放通量在6. 39～8. 42mg·(m²·d)^-1,占DTN的58%,无机氮(DIN)释放通量在5. 31～5. 73 mg·(m²·d)^-1,占DTN的42%;溶解性总磷(DTP)释放通量在0. 11～0. 14 mg·(m²·d)^-1,无机磷(DIP)释放通量在0. 07～0. 09 mg·(m²·d)^-1,占DTP的66%,有机磷(DOP)释放通量在0. 04～0. 05 mg·(m²·d...     

融冰期与非融冰期水库CO2逸出昼夜变化及CO2分压影响因素研究

以位于黄土高原北洛河流域的南沟水库为研究对象，采用Li-850静态箱法，于融冰期（3月）、非融冰期（5月）对水体CO₂分压（p（CO₂））和水-气界面CO₂逸出（F（CO₂））分别进行了5 d 40次昼夜监测，同时测定了各种水体理化指标，着重对比了水体p（CO₂）在两个时期间的差异和两时期内的昼夜变化特征，系统分析了水体p（CO₂）的影响因素.结果表明：融冰期p（CO₂）（（324.8±59.4）Pa）比非融冰期（（124.9±14.1）Pa）高出近3倍，差异性显著（p<0.05），但两个时期内昼夜p（CO₂）值并无显著性差异（p>0.05）；水体p（CO₂）与水温、pH、叶绿素（Chla）、溶解氧（DO）呈显著负相关，与溶解无机碳（DIC）、溶解有机碳（DOC）呈显著正相关，水体p（CO₂）受流域碳酸盐体系和水温影响最大，相关系数分别达0.92和-0.91，光合呼吸作用的影响其次；研究区小水库F（CO₂）范围为101~1589 g·m^-2·a^-1，是大气持续碳"源"，其平均排放量与个别温带、亚热带小型水库接近，但低于热带水库.