亚热带典型花岗岩小流域径流化学特征与化学风化

为了解小流域尺度下生物地球化学过程对径流水体的影响及花岗岩化学风化对CO2的吸收,对亚热带典型花岗岩区不同利用条件下的2个相邻小流域(F-森林、FA-森林/农田)的地表径流及其常量离子和溶解Si含量进行了连续3年的定期观测和分析.结果表明,溶解Si,Na+和HCO3-构成地表径流的主要化学成分,FA流域离子总量高于F流域,反映了流域内农业活动对其化学径流的贡献.皖南典型花岗岩小流域(F、FA)径流中Sidiss/Na+和NO3-/SO24-比值均远高于同一生物气候带内富含碳酸盐岩的太湖流域径流中的相应值,揭示了区域岩性差异和人类活动导致的大气酸沉降组成差异是决定径流化学组成的主要因素.皖南花岗岩小流域(F、FA)径流化学组分约43%和38%来源于大气降水,57%和50%来源于岩石风化,FA流域内农业活动对其化学径流的贡献约为12%.皖南小流域(F、FA)花岗岩化学风化过程对CO2的消耗通量分别为(0.67—0.96)×105 mol.km-.2a-1和(0.64—1.05)×105 mol.km-.2a-1,远低于同一生物气候带内石灰岩母质流域.     

不同土地利用方式下亚热带花岗岩小流域碳汇潜力及其影响因素

了解小流域尺度上植物生长与岩石风化对CO2吸收的相对贡献对评估生态系统碳汇功能有重要意义,但过去的研究大多集中在某一单一过程且多基于特定土地利用类型。本研究以亚热带丘陵地区不同土地利用方式下的3个花岗岩小流域(F-100%森林、FA1-82%森林/18%农田和FA2-76%森林/24%农田)为研究区,自2010年3月至2012年2月定期监测了流域内的雨水、径流水,并采集了植物样品,分析其化学组成,系统研究了小流域尺度下植物生长和岩石风化的碳汇潜力及其影响因素。结果表明,F流域中不同林分(马尾松Pinus massoniana Lamb.阔叶树混交林、杉木Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.阔叶树混交林、马尾松林、杉木林、灌木林和竹Bambusoideae林)的碳密度和年均CO2吸收通量均不相同,碳汇潜力存在差异。不考虑施肥的影响,F、FA1和FA2流域植被的碳密度分别为44.5、37.3和35.0 t·hm-2,植被年均单位面积吸收CO2的量分别为10.5、11.8和12.4 t·hm-2·a-1,岩石风化消耗CO2的量分别为54.7×10-3、99.8×10-3和109.2×10-3 t·hm-2·a-1,均随农田比例的增加而增加。施肥对农田水稻(Oryza sativa)碳截留的直接贡献很小,但可通过多种途径间接影响农田的碳汇潜力。3个流域径流水中HCO3-的物质的量浓度随农田比例增加而增加,在一定程度上受到施肥的影响,扣除施肥对径流水中HCO3-的贡献外,FA1和FA2流域土壤风化吸收CO2的量分别为84.4×10-3和88.6×10-3 t·hm-2·a-1,仍高于F流域土壤风化吸收的大气CO2的量,说明农田土壤和森林土壤通过风化对CO2的固定存在差异。因此,农业活动在一定程度上影响了流域碳汇,不同土地利用方式下流域的碳汇潜力存在差异。尽管短时间尺度上植物生长对流域碳汇的贡献远高于岩石风化,但植物的收获与利用也可能加剧生态系统的碳排放,而硅酸岩风化在任何尺度上都是净碳汇,因而在地质时间尺度上硅酸盐风化对全球碳循环的影响不容忽视。     

赣南小流域的水文地球化学特征和主要风化过程

对赣南花岗岩小流域进行采样、测试及分析,发现其河水含有较低的矿化度,水化学组成以Na ,Ca2 ,Cl-1和HCO-3为主,溶解性Si的含量明显较高,代表了典型硅酸盐地区河流的相应化学组成.通过Gibbs图分析,赣南流域大部分地区受大气降水的影响比较显著,"蒸发-浓缩"类型的小流域也较多.根据主成分分析和因子分析的结果,定量地估算了大气中CO2和三类岩石对河水中各种离子的贡献比例.与黄河相比,赣南流域受硅酸盐岩风化作用强烈,但主要影响因素仍是碳酸盐和蒸发盐岩,二者对赣南流域溶解质的贡献率分别为42.8%和29.2%,大气中CO2对河水溶解质的贡献率为21.4%,低于世界平均水平.主要风化反应以岩盐和方解石的溶解为主,Si/(Na* K)比值较低,说明风化反应在表生环境中进行,其产物是富含阳离子的次生矿物.     

新疆伊犁喀什河流域地表水水化学特征及控制因素

利用2019年1月至7月伊犁喀什河流域的水化学测试数据,采用Piper三线图、相关性分析、Gibbs模型等方法,分析喀什河流域的地表水水化学特征及其控制因素,并对其物质来源进行探讨.结果 表明,喀什河流域地表水呈弱碱性(7.77≤pH≤8.16),TDS介于184.8-588.12 mg.L-1之间,其浓度均值(243.48 mg.L-1)低于世界半干旱区地表水TDS的均值(370 mg·L-1),同时低于干旱区地表水TDS的均值(440 mg·L-1),但高于世界河流的均值(115 mg·L-1);阳离子以Ca2+为主,HCO3-为其主要阴离子,两者分别占其相应离子总量的82.8％和82.6％;研究区主要离子浓度总体随海拔升高而降低,主要原因是高海拔流域冰雪融水占比高;水化学类型以HCO3-Ca·Mg和HCO3-Ca型为主;地表水主要离子受岩石风化作用和阳离子交换作用的影响,主要离子来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化溶解,HCO3-、Mg2+、Ca2+与SO42-主要来自白云岩等碳酸岩盐的风化溶解,Na+与K+主要来自长石类硅酸盐岩的风化溶解,人类活动对离子组分的影响较弱.     

山区性小流域水化学特征及物源贡献研究——以武夷山九曲溪流域为例

通过对武夷九曲溪流域地表水体化学组成的分析,运用离子三角图、端元图和Gibbs图定性分析了流域的化学特征、岩性来源控制和主要自然作用机制,运用主成分分析定量判断离子的主要来源,并计算流域风化速率和碳汇作用.研究结果表明:(1)九曲溪流域水化学类型为重碳酸盐类钙组Ⅰ型水,并以硅酸盐矿物风化产物为主要来源,碳酸盐矿物风化产物次之.(2)流域水化学特征整体上受岩石风化和大气降水共同影响.(3)物质来源以碳酸岩和硅酸岩为主,贡献率超过50%.(4)流域的化学风化速率为27.91 t·km~(-2)·a~(-1),大气CO_2消耗量为1.01×108mol·a~(-1),消耗率为5.40×105mol·km~(-2)·a~(-1).结果揭示了湿热季风区流域化学风化对碳汇作用的重要性,以及流域内岩性、气温、降水量以及土地利用类型等因素对物源贡献的复合作用.     

黄河流域马莲河枯水期水化学特征及形成机制

为查明马莲河流域水环境现状,于2016年4月采集河水、支流水和地下水样品37组,运用Piper三线图和同位素分析来探究水体主要阴阳离子、氢氧稳定同位素特征及其空间变化,结合Gibbs图、端元图解和相关性分析等方法揭示河水化学组分的形成作用.结果表明:枯水期马莲河水呈弱碱性,总溶解固体TDS均值2685.1 mg·L-1,离子组成以Na~+、Mg~(2+)、Cl~-、SO_4~(2-)为主,水化学特征和中国主要河流有较大差异.沿着流向TDS和Cl~-、Na~+质量浓度呈降低趋势、水化学类型具分带规律.不同水体δD、δ~18O分布特征不一,地下水沿着当地降雨线分布,河水和支流水沿着蒸发线分布.硫酸盐和岩盐是水体离子的主要来源,河水化学组成由蒸发盐风化、蒸发浓缩和地下水补给3种作用控制.其中,蒸发盐风化是首要因素,决定了河水化学组分的宏观特征,蒸发作用和地下水补给影响了河水化学组成的空间变异.     

赣江上游河水中主元素、锶和锶同位素端元组分的探讨

对赣江上游河水中主要离子的水化学特征进行研究,结果显示:Ca/Sr=480-897(均值为717),Mg/Sr=191-296(均值为231),Ca/Na=0.60-2.79(均值为1.19),Mg/Na=0.19-0.66(均值为0.38),Si的浓度在4.06-6.57 mg·1-1之间,赣南流域河水中富集Na 和K ,而Mg2 和Ca2 含量相对较少,Si的含量较高且变化不大.通过海盐校正分析得出,研究区域内大气降水对河流组分的贡献率为9.90%.根据质量平衡方程模型算出流域主元素的69%来源于硅酸盐岩的风化.硅酸盐岩、碳酸盐岩和蒸发盐岩风化对溶解态锶的贡献率依次为48.3%,27.4%和4.3%.通过对主元素、锶(0.20-0.45μmol·1-1,平均值0.32 μmol·1-1)以及锶同位素比值(0.7165-0.7249,平均值为0.721)的综合研究,赣南流域87Sr/86Sr与1/Sr呈显著的正相关关系,并且从Mg/Na*,Ca/Na*,Mg/Ca,HCO3-/(HCO3- SO42-)和87Sr/86Sr的关系图中发现:硅酸盐岩的风化对赣南流域水体的化学组成起主要控制作用,碳酸盐岩次之,蒸发盐岩风化的影响不大,人为活动影响较小.通过锶同位素的平衡方程得出:赣南流域为大气降水和岩石风化的混合型,大气降水对赣江上游87Sr/86Sr的贡献率约为9.7%,岩石风化对其贡献率约为90.3%.     

泰莱盆地孔隙水水化学特征及其控制因素分析

为了解泰莱盆地孔隙水水化学特征及控制因素,运用数理统计、相关性分析、Piper图、Gibbs图等方法,分析了研究区孔隙水的主要离子及水化学特征,并探讨了其控制因素.结果表明,泰莱盆地孔隙水中主要阳离子为Ca~(2+)、Na~+,占阳离子总量的86%以上,而阴离子则以HCO~-_3、NO~-_3、SO■为主,占阴离子总量的85%以上;水化学类型较为复杂,以HCO_3·SO_4(SO_4·HCO_3)-Ca·Mg(Ca)为主;pH均值为7.42,其pH变异系数较小,整体呈现弱碱性;研究区TDS均值为866.09 mg·L~(-1),其北部及南部靠近基岩区的TDS值整体较小,呈现出南、北两侧值低,越向泰莱盆地中部越高的现状.Gibbs图及离子端元图结果表明,水化学组分主要受水-岩作用控制,以硅酸盐岩风化溶解为主且存在碳酸盐岩风化溶解,分析与研究区南、北部基岩裂隙水和岩溶水的补给有关.     

冰封期达里诺尔湖主要离子特征

通过对内蒙古达里诺尔湖冰封期湖冰与湖水进行取样,分析总磷(TP)、总溶解性固体(TDS)、Mg2+、Ca2+、K+、Na+、Cl-、SO2-4、CO2-3和HCO-3离子在冰体及水体中的分布特征及迁移过程.结果表明,在冰体和水体阳离子中,Ca2+、Mg2+相对贫乏,在冰体中平均浓度分别为1.37 mg·L-1和7.0 mg·L-1,水体中平均浓度分别为4.01 mg·L-1和24.53 mg·L-1,Na+所占比例最高,冰体与水体中平均浓度均达到92%.CO32-、HCO-3和Cl-是冰体和水体中阴离子的主要组成部分,冰体中平均浓度分别为435.86、543.20、539.97 mg·L-1,水体中平均浓度分别为1773.90、2556.49、1890.08 mg·L-1.Piper图表明达里诺尔湖水化学类型以Na+-CO2-3-Cl--HCO-3型为主.Gibbs图显示岩石风化与蒸发浓缩作用对达里诺尔湖的离子含量影响显著.通过对TP、TDS、Mg2+、Ca2+和Cl-之间的关系分析可知,在水体中,Mg2+和Ca2+的组成随着深度的变化基本保持不变,而在冰体中呈现无规律的变化,在水中表现为基本不变;TP和Cl-在水体中没有相关性,在冰中相关性不明显.无论在水体中还是在冰体中,TP和TDS具有较好的相关性(水体:r=0.94;冰体:r=0.90),说明TDS可以在冰封期较好地示踪TP的迁移过程.     

新型饮用水除氟材料Bio-F除氟机制研究

采用了SEM、BET、FT-IR、XRD等现代分析测试方法,研究了Bio-F的表面微观结构及吸附氟离子机制.结果表明,Bio-F吸附氟离子后比表面积由12.411m2·g-1减少为10.692m2·g-1,平均孔容减少了0.004 cm3·g-1,最可几孔径分布在1.88nm左右.Bio-F吸附氟离子的过程包括离子交换和吸附作用,吸附方式包括物理吸附和化学吸附,离子交换时材料与氟离子结合可能形成Ca10(PO4)5CO3(OH)F.