喀斯特小流域黄壤硫同位素组成特征——对环境过程和效应的指示

用连续提取方法分析了黄壤中总硫、SO₄^2-、总还原态硫（TRS）和有机硫的硫同位素组成,探讨黄壤中硫的迁移转化过程及其环境效应.有机硫是主要的硫形态,SO₄^2-是主要的无机硫形态.TRS具有最低的δ³⁴S值,同时SO₄^2-和TRS的δ³⁴S值随剖面加深而平行地增大指示黄壤中存在SO₄^2-异化还原过程.黄壤剖面中总硫和有机硫的δ³⁴S值先增大后降低与有机硫矿化及有机硫组分的迁移和底层吸附有关.生物滞留后剩余SO₄^2-的吸附、解吸、淋溶迁移及深层吸附与累积导致剖面中SO₄^2-的δ³⁴S值先增大后明显降低.酸沉降下剖面中SO₄^2-的吸附、解吸和淋溶迁移可引起黄壤酸化.值得关注的是,酸沉降输入的SO₄^2-主要以有机硫和吸附态SO₄^2-滞留在黄壤中,则在硫的年沉降速率大幅降低后,在较长时期内,黄壤中有机硫矿化和吸附态SO₄^2-解吸可能释放大量SO₄^2-进入地表和地下水体,与之相关的土壤理化性质变化和水体化学组成改变等方面的环境效应值得关注.     

双河洞流域氢氧同位素特征及其指示意义

为了探究喀斯特区域地表水与地下水的相互转化关系及水-岩作用特征,以双河洞流域为研究对象,分别在2018年12月和2019年6月对流域地表水与地下水进行监测采样。运用数理统计、Piper三线图、回归分析等方法对水样的氢氧同位素组成和水化学特征进行分析。结果表明：(1)旱季和雨季流域内地表水、地下水优势阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,优势阴离子以HCO^-₃为主;水化学类型为Ca²⁺·Mg²⁺-HCO^-₃型。(2)流域内氢氧同位素具有季节变化特征,表现为雨季高、旱季低;流域沿程有着复杂的转换关系,池武溪上游以地下水补给地表水为主,池武溪中游至下游地表水与地下水交替补给。(3)流域氘盈余值呈现出旱季低雨季高的季节差异,在水-岩作用的影响下与当地大气降水的氘盈余值变化特征相反,而且水-岩作用强烈的区域与流域洞穴密集分布的特点相对应。     

喀斯特坡地土壤硫同位素变化指示的土壤硫循环

用土壤硫形态连续提取方法分离测定了喀斯特坡地土壤总硫、有机硫、SO24-和FeS2的硫同位素组成及其含量.总体来看,土壤剖面表层各形态硫δ34S值FeS2最低,介于-6.86‰~-4.22‰,其次为SO24-(-2.64‰~-1.34‰),第三为总硫(-3.25‰~-1.03‰),最高为有机硫(-1.63‰~0.50‰),随土壤剖面加深各形态硫δ34S值均有增大的趋势.SO24-和FeS2的δ34S值深度分布具有共变性,这与SO24-异化还原有关;而总硫和有机硫的δ34S值随剖面加深而平行增大,则与有机硫循环有关.硫同位素组成可鉴别土壤硫源,同时SO24-异化还原和有机硫矿化有明显的硫同位素分馏,而硫化物氧化及SO24-同化基本不产生同位素分馏,则土壤各形态硫的硫同位素组成的垂直变化可以很好地记录与深度相关的硫循环过程.并且,通过对比各形态硫含量及其硫同位素组成的深度分布特征,也可以很好地判别土壤内部的SO24-和有机硫组分的迁移过程.     

我国北方小流域硫酸参与碳酸盐矿物化学风化过程研究

硫酸参与碳酸盐岩的风化机制及与区域碳循环的关系是全球气候变化研究的重要课题.选择我国北方小流域(沁河)为研究对象,结合水化学及溶解性无机碳碳同位素组成,通过化学计算法,分析了河水溶解性组分的来源及混入比例,验证了硫酸参与区域碳酸盐的风化过程.结果表明:河水阳离子以Ca2+和Mg2+为主,阴离子以HCO-3和SO2-4为主;沁河流域碳酸盐岩风化、大气输入及蒸发盐溶解对河水阳离子贡献较大,平均比例分别为48.5%、35.3%和14.1%,硅酸盐风化和人为输入贡献比例较小,平均比例分别为1.7%和0.6%;沁河流域碳酸盐类、硅酸盐类及蒸发盐类风化速率分别为8.41、0.07和2.43 t·km-2·a-1,碳酸盐和硅酸盐矿物风化CO2消耗量分别为1.43×105mol·km-2·a-1和0.03×105mol·km-2·a-1;沁河流域硫酸参与碳酸盐风化产生的CO2净释放量为0.63×105mol·km-2·a-1,小于我国南方喀斯特地区CO2净释放量,可能与不同的气候条件及硫化物赋存条件和含量等有关.     

白洋淀不同水体氢氧同位素特征及其指示意义

为深入认识白洋淀湿地水文循环过程,于2020年开展大气降雨、河水、湖水和地下水样品采集和测试,揭示了不同水体氢氧稳定同位素特征及其对蒸发、水动力条件、地表水和地下水交互作用的指示意义.结果表明,白洋淀不同水体氢氧同位素特征差异较大,δD和δ18O均值存在如下关系:6月湖水＞10月湖水＞上层地下水＞河水＞中层地下水＞下层...     

岩石风化对三峡库区农业小流域水化学特征的影响

通过对三峡库区典型农业小流域-重庆涪陵王家沟小流域为期一年的水质系统监测,明确了流域主要离子组成,分析了小流域的水化学特征和主要离子来源.结果表明,该流域水化学类型为Cl-—Ca2+型;大多数离子的含量随采样点、季节、水体类型的不同而有显著性差异;Gibbs图、阴阳离子三角图分析结果表明,该流域水体离子组成受岩石风化的影响比较显著,且阴离子可能主要来自于岩盐溶解和碳酸盐的风化,而岩盐溶解也是控制流域阳离子的主要机制,硅酸盐矿物的风化侵蚀作用也存在一定影响;主成分分析得出对该流域水体离子组成影响最大的可能是碳酸盐(其中H2CO3风化碳酸盐岩过程比H2SO4风化作用更为显著),其次是岩盐、硅酸盐,农业活动和居民生活也有一定影响.     

长沙地区不同水体稳定同位素特征及其水循环指示意义

分析不同水体中的环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术进行区域水循环研究的必要基础.根据2012年1月至2013年12月对长沙地区大气降水、地表水(河水)及地下水(泉水、井水)的跟踪取样,分析了不同水体中δD、δ18O的变化特征.结果表明,由于水汽来源的季节差异,长沙地区降水中D、18O的组成呈现出明显的季节变化,降水中δ18O变化与气温、降水量等气象要素之间存在显著负相关,当地大气水线(LMWL)特征揭示了长沙地区湿润多雨的气候;地表水中δD、δ18O的波动小于降水,其稳定同位素值的季节变化相对于降水存在延迟特征,冬夏半年河水线(RWL)的差异表明地表水在不同季节的主要补给源有所不同;地下水中δD、δ18O的波动幅度最小,并且泉水、井水中δD与δ18O的变化范围以及平均值都非常接近,说明这两种水体间存在较密切的水力联系,干旱月份地下水δD、δ18O持续偏低,可能与树根对地下水的吸取加强有一定的关系.研究结果对于合理利用本地区水资源有一定指导意义.     

西南喀斯特流域岩溶水氢氧同位素时空分布特征及水文意义——以后寨河流域为例

受多重导水介质影响,喀斯特流域水循环过程复杂,只以水分为研究对象的水文学方法难以刻画其时空变化特征及其受喀斯特水文地质条件的控制作用。稳定氢氧同位素赋予岩溶水指纹信息,为解译喀斯特流域水循环时空演变与水文功能提供了重要研究手段。论文选取贵州普定后寨河流域为研究对象,基于月尺度的高空间分辨率的水样采集,结合聚类分析和克里金插值方法,分析流域岩溶地下水氢氧同位素和反映蒸发分馏程度的Lc指数时空分布特征及其影响因素。以此为基础,研究喀斯特流域降雨混合、水文连通性及水流路径等水文作用。结果表明,研究区雨季岩溶地下水δ¹⁸O与Lc偏负,枯季岩溶水整体δ¹⁸O与Lc相对偏正,表明雨季湿热条件下,岩溶地下水受“新”、“老”水混合作用与流域蒸发过程的共同影响,枯季地下水混合作用较弱,蒸发作用弱;相较于中下游覆盖型岩溶区,流域上游峰丛区岩溶水δ¹⁸O偏负,Lc偏正,表明流域上游土壤/表层岩溶带浅薄山区,降雨入渗迅速,岩溶水中土壤水成分较低,下游土壤较厚,入渗较慢且蒸发强烈,地下水蓄存时间长,岩溶水中土壤水成分较高。干湿交替期,岩溶水Lc快...     

燃煤过程硫同位素分馏效应及其环境意义

世界范围内燃煤而释放的二氧化硫气体和颗粒物,严重地扰动了硫的全球环境地球化学循环,是导致全球性大气污染和酸沉降的重要原因.为定量地评估人为活动释放硫和天然生物成因硫对全球环境质量的相对影响,稳定硫同位素示踪技术是一新的发展方向.     

西南喀斯特农业区大气降水化学及硫同位素组成特征

西南酸雨区属于中国重要的酸雨区,为了理解其中喀斯特农业区酸雨成因及其变化趋势,本研究于2016年5月至2017年9月在中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站进行了大气降水采集(n=147),分析了其水化学成分和硫酸盐硫同位素组成(δ~(34)S-SO_4~(2-))。结果表明,研究区内710%的降水为非酸性雨水(pH56),降水中SO_4~(2-)和Ca~(2+)为主要离子,分别占总阴、阳离子浓度的781%和566%。与研究区2008年降水中硫酸盐浓度(加权平均浓度为1406μmol/L)相比,本次采样期间降水中SO_4~(2-)浓度(加权平均浓度为989μmol/L)显著降低。在研究期间,降水δ~(34)S-SO_4~(2-)为-65‰～212‰,加权平均值为13‰±62‰,与贵阳2008～2009年降水δ~(34)S-SO_4~(2-)(平均值-28‰±14‰)相比有所升高,说明研究区降水硫酸盐中来自工业燃煤排放的贡献降低。研究区降水化学组分和δ34S-SO_4~(2-)均受到降雨量的影响,随着降水量减小,SO_4~(2-)浓度升高,δ~(34)S-SO_4~(2-)则下降,工业燃煤对雨水中硫酸盐的贡献也增加。西南喀斯特农业区大气硫酸盐沉降介于城市和森林之间,季节变化明显,受控于工业燃煤排放和生物成因硫释放。该研究表明优化产业结构,降低工业燃煤,可进一步优化大气环境。     

成都市小流域水环境治理模式和经验研究

根据成都市小流域治理的实际情况及污染控制现状,在资料分析和充分的现场调研基础上,对成都市2007年以来各地在小流域水污染防治方面的模式、经验和措施进行总结,并从中选择具有代表性的典型的小流域,对小流域治理工作进行详细分析探讨,对其采取措施、实施效果、推广价值等进行研究。     

小流域水环境规划方法框架及应用

在界定小流域概念的基础上,将流域分析方法引入到小流域水环境规划中,初步建立了典型小流域水环境规划方法框架.该方法遵循了污染物在小流域中的运移规律,针对影响河流水质的主要因素--"源头-途径-末端-汇",采取了相应的对策措施,能够反映出不同污染物对流域水质的影响规律.以云南省寻甸县牛栏江小流域为例,在对其水环境现状分析及发展趋势预测的基础上,进行了水污染控制单元的划分,以确定重点污染控制区域和敏感地带,同时制定了其总量削减计划,提出了以水土流失防治、点源和面源控制、河道生态修复及河流内源疏浚为主体的水环境规划方案.该方案实施后,COD_Cr和NH₃-N可分别削减1 857和125 t/a,达到了预期目标.      

大春河小流域综合治理措施及成效

大春河小流域水土保持综合治理成效显著,是一个高标准、大规模、好效益的集综合防治、科技推广、试验示范于一体的"精品小流域",为水土流失综合治理与农业产业结构调整起了很好的示范作用。     

南方小流域典型水污染调查研究

某河流的污染状况在南方小流域中具有普遍性。本研究通过传统调查分析＋卫星遥感监测的技术手段,摸清掌握该河流各主要断面水质污染状况及流域内各类污染源的排放情况,在此基础上对水质污染程度、污染特征及污染成因进行了分析评价。调查表明,该流域水质污染程度与降水量密切相关,生活污水是水体污染的主要来源,治理的关键在于截污,同时要解决一定的补水问题。研究结果可为该流域环境综合整治提供必要的技术支持,研究方法可为今后开展类似小流域污染调查提供可行借鉴。     

喀斯特小流域土壤有机碳分布特征及其影响因素

为阐明喀斯特小流域土壤有机碳含量分布格局及其主要影响因素,采用野外布点采样、实验室测定相结合的方法,利用后寨河流域2755个详细调查的剖面信息,定量研究了土壤有机碳含量的分布特征,并利用主成分分析法分析了影响后寨河流域土壤有机碳含量的主要因子。结果表明,流域内土壤有机碳含量高、变异性强。流域表层土壤有机碳平均含量为25.07g/kg,变幅为1.61~119.11g/kg。全流域整个剖面土壤有机碳平均含量为20.71g/kg,土壤有机碳含量变异系数变幅为52.68%~75.28%,呈中等强度变异;流域土壤有机碳含量处于较高的水平,91.7%的样点表层土壤有机碳含量高于11.6g/kg;石砾含量与土壤有机碳含量性关系不显著,土壤有机碳含量与坡度、海拔、岩石裸露率均呈极显著正相关关系,与容重呈显著负相关关系;主成分分析结果表明,海拔、坡度、土壤类型是影响后寨河流域土壤有机碳分布的主导因子,在土壤有机碳储量估算时必须高度重视。     

基于WSR方法的喀斯特石漠化小流域治理研究

喀斯特石漠化治理是一项巨大的自然-经济-社会系统工程,WSR方法被证实是进行系统分析、解决复杂问题的有力工具.以WSR方法构建了喀斯特石漠化治理的三维分析模型,提出了石漠化治理中的物理(喀斯特石漠化现状、成因等)、事理(石漠化治理的切入点)、人理(效益评价、政策法规等)的研究内容及工作步骤,为喀斯特石漠化治理研究提供了...     

基于综合治理和水文模型的广西县域石漠化小流域区划研究

以小流域为单元布置各项石漠化治理工程,是国家开展石漠化综合治理的主体内容。研究基于石漠化综合治理的理念,厘定石漠化小流域概念体系。首先,运用数字高层模型数据,在Arc GIS水文模型的支持下,划分几何小流域;在此基础上,综合考虑石漠化综合治理实践经验,结合岩溶地下流域,生成实体小流域。根据小流域的自然地理背景,对实体小流域进行聚类,得到4种小流域类型,针对每种类型分别推广适宜的石漠化治理模式;最后,根据石漠化综合治理的需要,从实体小流域中选择出少数适宜安排治理工程的治理小流域,并将结果应用于天等县和环江县等石漠化综合治理工程中。     

小流域土壤有机碳的分布和积累及土壤水分的影响

地形和土地利用决定的土壤水分和土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布格局为研究水碳关系提供了重要的线索,但土壤水分的强变异性和SOC的相对稳定性对土壤水碳关系的研究提出了挑战。研究基于陆地水量平衡角度,选择雨季后土壤水分恢复期在晋西黄土丘陵小流域尺度进行了重复采样,按照3种地貌类型(沟底、 沟坡、 峁坡)和3种土地利用方式(农地、 林地、 草地)共布置37个样点,采集0~100 cm土壤样品测定土壤水分和SOC,探讨土壤水分与SOC分布特征及其相互关系。结果表明:同一土地利用方式下,土壤水分和SOC总体上沟底>沟坡>峁坡;同一地貌类型下,土壤水分农地>草地>林地,SOC农地<草地<林地。SOC与土壤水分呈现正相关关系,二者符合指数增长(y=y₀+log a×a^x,y为SOC,x为土壤水分)关系,因地貌部位和土地利用方式的不同决定系数在7%~37%之间变化。这一结果为基于土壤水分变化预测SOC积累和分布提供了参考。     

韩江流域河水地球化学特征与硅酸盐岩风化——风化过程硫酸作用

流域岩石化学风化是全球碳循环的重要环节之一,硅酸盐岩风化过程消耗大气CO_2,是在地质时间尺度上调节大气CO_2浓度的重要机制。本工作在对我国东南花岗岩地区流经典型的硅酸盐岩地质背景河流——韩江流域河流水化学组成研究的基础上,分析和定量计算了河流水体主要物质来源,并对硫酸参与岩石风化和碳循环过程的作用进行了分析,进而对韩江流域岩石风化速率及其大气CO_2消耗通量进行了估算。结果表明,韩江流域河流主离子组成主要来源于硅酸盐岩和碳酸盐岩风化,并计算得出约41%的硫酸根离子来自于大气降水;流域碳酸盐岩的风化速率为21.7 t/(km~2·a),硅酸盐岩为18.9 t/(km~2·a)。硫酸参与岩石风化提供的离子贡献占流域岩石风化提供总离子量的65.9%;流域风化带来的CO_2消耗速率被高估了约61%。     

三峡库区古夫河小流域氮磷排放特征

本文以三峡库区古夫河小流域为研究对象,在自然降雨条件下,自2014年1月至2014年12月对古夫河小流域出水口断面水质水量进行了连续监测,分析了流域出水口断面污染物氮磷输出浓度、排放负荷随降雨的季节变化特征及其形态组成.结果表明,古夫河小流域年度水流量为0.6×108m3,7~9月丰水期径流量占全年的63.9%,流域出口径流流量与年降雨量间存在极显著(P0.01)的线性相关关系.小流域总氮的年排放负荷为1 432 t·a-1,溶解态氮是氮的主要排放形态,各月份溶解态氮排放负荷占总氮比例的变化范围为55.4%~91.3%,7~9月丰水期总氮排放负荷达853 t·a-1,占全年的59.6%;硝态氮输出浓度与降雨量间存在显著(P0.05)线性相关关系,其他形态氮浓度与降雨量、泥沙量间线性相关关系均不显著.总磷的年排放负荷为563.1 t·a-1,颗粒态是磷的主要排放形态,各月份颗粒态磷排放负荷占总磷比例的变化范围为41.9%~79.5%,丰水期总磷的排放负荷占全年的71.2%,总磷、可溶性总磷和颗粒态磷与降雨量和泥沙流失量之间均存在显著(P0.05)线性相关关系.