贵州草海水化学特征及离子来源分析

为明确草海水体化学的时空分布特征,揭示水-岩作用以及人类活动对水化学的影响,分别在枯水期和丰水期对草海湖水、河水及地下水进行系统采样,并通过Piper、Gibbs等水文地球化学方法分析水化学控制因素和主要离子来源.结果表明,草海水化学类型主要为HCO3-Ca和HCO3-SO4-Ca-Mg型.HCO3-、Ca2+为优势离...     

柳江流域柳州断面水化学特征及无机碳汇通量分析

用河流水化学的离子组成特征来揭示流域化学风化过程及其碳汇效应成为了当前全球变化研究的一个重要方面.对2013年1月至12月柳州段河水每月2~3次采样分析,结果表明,水化学类型为舒卡列夫分类法中的HCO3-Ca型,离子组成以Ca2+和HCO-3为主,这主要体现了流域内碳酸盐岩溶解对河水水化学特征的控制作用.河水的主要离子质量浓度表现出明显的季节变化特征,总体上冬季最高,秋季和春季次之,夏季最低.其中Ca2+和HCO-3离子质量浓度受稀释效应和CO2效应的共同作用,表现为夏季最低,秋季最高;其它离子的质量浓度变化受稀释效应、农业活动或两者的共同作用的影响.对河水的化学计量分析表明碳酸和硫酸共同参与了流域碳酸盐的风化,并且δ34S的值为7.65‰~8.55‰,通过分析SO2-4可能主要来自矿床硫化物的氧化和大气酸沉降.为了准确估算岩溶碳通量,运用化学质量平衡法,估算出[HCO-3硫酸]/[HCO-3]=28.26%,在扣除硫酸作用产生的无机碳(HCO-3)的基础上,运用水化学-径流法估算出柳江柳州断面无机碳通量(以CO2计)为8.95×105t·a-1.并且通过分析碳通量与流量和HCO-3之间的关系,表明河流流量是影响岩溶碳通量的主控因素.     

乌蒙山重点地区地下水水化学特征及成因分析

乌蒙山区是中国西南贫困连片分布区,水资源短缺问题已成为制约当地生态环境建设和社会经济发展的重要因素。本文选取乌蒙山重点地区赫章县和纳雍县作为研究区,采用描述性统计、Piper三线图、相关性分析和离子比例系数法对地下水化学特征及成因进行了分析。结果表明:(1)Ca~(2+)和Mg~(2+)为地下水中主要阳离子,HCO-3和SO2-4为地下水中主要阴离子,微量元素检出率较高,部分含量超标。HCO3·SO4-Ca型、HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Ca·Mg型为主要地下水水化学类型;(2)碳酸盐的溶解作用和硫化物的氧化作用是地下水中两种主要的水文地球化学过程,共同决定了地下水的离子构成和水化学类型,部分地区还存在石膏和岩盐的溶解,人类活动对地下水也有一定的影响。     

奎屯河流域平原区地下水水化学特征及成因分析

奎屯河流域是中国西北干旱内陆地区典型的地下水高氟、高砷区,由于该地水资源匮乏,地下水是奎屯河流域农业灌溉、工业及生活供水的主要水源.识别奎屯河流域地下水水化学特征、演变规律及其形成原因对于合理开发利用与保护管理该流域地下水资源,保障流域社会经济可持续发展与生态安全具有重要意义.为评价奎屯河流域平原区地下水质量及变化趋势,于2017—2019年采集地下水样品316组,综合运用描述性统计、空间分析、Piper三线图、Gibbs图、离子比值法、饱和指数等方法系统分析了地下水水化学组分空间分布、水化学特征、演变规律和成因.结果表明:①地下水化学组分在空间分布上存在较大的离散型和波动性,山前砾质平原区潜水化学类型为HCO₃·SO₄-Na·Ca型,细土平原区潜水为SO₄·Cl-Na·Ca型,承压水为HCO₃-Na·Ca、HCO₃·SO₄·Cl-Na型.②地下水中离子主要来源于岩石溶滤与蒸发浓缩作用,其中K+、Na+主要来源于岩盐溶解,SO₄2-、Cl-主要来源于蒸发岩溶解,Mg2+和Ca2+部分来源于蒸发岩溶解,部分来源于硅酸盐和碳酸盐溶解.CaCO₃及CaMg（CO₃）₂在细土平原区潜水中呈饱和状态,在承压水及砾质平原区潜水中未饱和,而CaSO₄在地下水中均未达饱和.③研究区地下水均发生了不同程度的阳离子交替吸附作用,作用的强弱程度表现为细土平原区承压水>细土平原区潜水>砾质平原区潜水.研究显示,研究区由南向北离子浓度逐渐增大,蒸发岩溶解为离子的主要来源.      

凉水河流域地下水水化学特征和时空变化规律

北京凉水河流域的同位素和水化学特征分析表明:1)地下水水质在100m以浅相对较差,但到2017年为止,水质保持稳定.2)浅层地下水与平原区河水同位素相对富集,且落在同一条蒸发线上;但整体上河水与浅层地下水水化学类型不同,据此推断山前冲洪积扇河水入渗是区域地下水补给的重要来源,下游地下水主要受到侧向径流影响.3)同位素平...     

乌苏里江流域左岸地下水水化学特征成因解析

为明晰三江平原水环境特征,以乌苏里江流域左岸地下水为研究对象,通过对44组地下水样品进行水化学组分测试及水化学特征分析,探讨氧化还原条件对地下水水化学组分的控制作用,并利用反向水文地球化学模型解释地下水水化学组分的变化规律.结果表明:①乌苏里江流域左岸地下水呈弱酸性,浅层地下水阴离子以HCO3型、Cl-HCO3型和Cl...     

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...     

云南荞麦地流域地下水水化学特征及物质来源分析

为研究荞麦地流域地下水的水化学特征及物质来源,2017年7月在研究区共采集地下水的水样32个,综合运用聚类分析、因子分析和路径模型分析等方法,分析了荞麦地流域地下水水化学特征,并定性和定量探讨了荞麦地流域地下水水化学的物质来源.结果表明,研究区内水体整体呈弱碱性,Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、HCO_3~-和N_3O~-等主要阴阳离子具有较高的空间变异性.通过聚类分析可知,研究区内地下水可分为两大类:A类和B类,分别具有两个子集:A_1、A_2、B_1和B_2,并且从A类地下水到B类地下水化学类型开始变得复杂,A类地下水水化学类型均为HCO_3-Ca型,B_1类地下水和B_2类地下水分别有HCO_3-Ca型、HCO_3-Na·Ca型、HCO_3-Na·Ca·Mg型和HCO_3-Ca型、HCO_3-Ca·Mg型、HCO_3-Na·Ca型各3类.为进一步探讨地下水水化学的影响因素,通过因子分析和路径模型分析可确定碳酸盐岩、人类活动、蒸发岩和硅酸盐岩是地下水的主要物质来源.其中人类活动的作用和MgSO_4型蒸发岩的溶解,是形成以碳酸盐岩为地下水化学组分的主要来源,同时具有多元地下水水化学特征的重要原因.     

贵州施秉白云岩喀斯特区水化学和溶解无机碳稳定同位素特征

对贵州施秉白云岩喀斯特世界自然遗产地49个水点进行采样,分析地表水和地下水水化学特征及控制因素,并探讨溶解无机碳(DIC)稳定同位素的分布特征和来源.结果发现,研究区地表水和地下水p H值呈中性到碱性,溶解质较低,水中阳离子以Ca2+、Mg2+为主,阴离子以HCO-3为主,水化学类型为重碳酸-钙镁型(HCO3-Ca·Mg).北部上游页岩分布区外源水水中Cl-、NO-3、SO2-4的比重相对白云岩区喀斯特水水点的高,Si的含量也明显高于白云岩地区喀斯特水;外源水的SIc和SId值为负,而流经白云岩区后均大于0.水化学数据表明研究区水化学受降水和人为活动影响很小,Gibbs图显示水中离子组成主要受岩性的控制.研究区喀斯特地表水中δ13CDIC值变化范围为-8.27‰~-11.55‰,平均为-9.45‰,地下水的δ13CDIC值范围为-10.57‰~-15.59‰,平均为-12.04‰,地表水δ13CDIC值比地下水偏重.DIC的δ13CDIC值在杉木河支流上整体表现为河流上游相对于下游偏轻,而杉木河干流上河水DIC的δ13CDIC值的变化则比较复杂.根据同位素质量平衡,利用DIC的δ13CDIC实测值,计算了喀斯特区地下水DIC来自土壤CO2和白云岩矿物溶解的比例,计算结果为51.2%来自于土壤CO2,矿物本身的贡献约为48.8%.     

草海湿地生态系统健康评价

贵州省威宁草海是贵州最大的天然高原淡水湖泊,同时也是我国亚热带高原湿地生态系统的典型代表,成为中国西南地区迁徙水禽的重要越冬地和停歇地。但草海湿地生态系统由于人类活动加剧引起的其功能作用会削弱、生物多样性会降低、水体富营养化等生态环境问题多方面的影响导致其表现出明显的生态脆弱性,尤其是在其生态系统的生态环境方面表现尤为突出。如果草海受到多方面的影响不及时加以制止和消除,将直接威胁着草海湿地生态系统的稳定。本文首先从湿地的生态特征、功能和社会经济环境三个方面的30个主要影响草海生态健康的因子进行分析,并对每个因子的健康状况进行调查、分析说明。其次,利用模糊综合评价模型中的层次分析法对草海生态健康影响的30个主要因子进行了整合分析,并对草海现在的健康状况应用平均加权原则进行了评估。最后,针对草海目前的健康状况,对草海今后的防治提出了相关建议。     

贵州草海湿地溶解性有机物的光谱特征及其与PFASs的相关性分析

为描述草海湿地DOM（dissolved organic matter,溶解性有机物）荧光特征,探究其对PFASs（per-and polyfluoroalkyl substances,全氟及多氟化合物）环境行为造成的影响,利用超高效液相色谱-质谱联用技术和三维荧光光谱技术,结合平行因子分析,开展DOM光谱学特性研究,分析ρ（DOM）与ρ（PFASs）的相关关系.结果表明:①草海湿地中共解析出3类4种荧光组分,分别为类腐殖酸[λ_Ex（360 nm）/λ_Em（450 nm）]、长波段腐殖质[λ_Ex（400 nm）/λ_Em（510 nm）]、类富里酸[λ_Ex（330 nm）/λ_Em（400 nm）]和类色氨酸[λ_Ex（280 nm）/λ_Em（350 nm）],贡献率分别为48.6%、23.6%、22.9%和4.9%,其中类腐殖质总贡献率高达72.2%.在农业生产和人类活动的影响下,总荧光强度大致呈现从入湖区向出湖区逐渐降低、湖心区略高的趋势.②在草海湿地表层水中共检出了12种PFASs,ρ（PFASs）为233.18 ng/L,每种平均值为19.43 ng/L,PFBA（perfluorobutanoic acid,全氟丁酸）是主要污染物;草海湿地入湖区点源影响特征明显,生活污水和农业生产用水是主要的潜在污染源.③相关性分析结果显示,各荧光组分含量均与ρ（PFBS）（potassium perfluorobutanesulfonate,全氟丁烷磺酸）负相关;类色氨酸含量与ρ（PFHpA）（perfluororoheptanoic acid,全氟庚酸）负相关,与ρ（PFTriDA）（perfluorotrideanoic acid,全氟十三酸）则显著正相关.研究显示,草海湿地水体腐殖化程度高,外源特征明显,共检出12种PFASs,初步揭示了草海湿地水环境中ρ（DOM）与ρ（PFASs）的相关关系,其受水体性质及化合物结构等差异的影响,有待进一步开展深入研究.      

典型岩溶地区岩溶泉溶解性碳浓度变化及其通量估算

溶解性无机碳(DIC)和溶解性有机碳(DOC)是岩溶作用、碳汇与碳循环研究的重要指标.为增进对小流域岩溶泉DIC和DOC运移特征的认识,提升离散、有限的水质监测数据条件下碳通量的估算精度,研究了贵州普定陈旗岩溶泉DIC和DOC浓度的变化特征,采用LOADEST模型建立了估算DIC和DOC日通量的回归方程,并估算了陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度.结果表明,陈旗岩溶泉DIC和DOC的浓度分别为16. 47～42. 31 mg·L~(-1)和0. 87～6. 89 mg·L~(-1),它们分别随瞬时径流量的增加呈指数减小和增加.从LOADEST模型构建的回归方程可知,DIC日通量主要受径流量的影响,DOC日通量受径流量和时间的影响;陈旗岩溶泉DIC和DOC的估算通量分别为9 490. 01 kg·a~(-1)和1 704. 87 kg·a~(-1),陈旗岩溶泉的岩溶碳汇强度为3. 40 g·(m~2·a)~(-1). LOADEST模型是低频率水质监测条件下估算岩溶泉DIC和DOC通量的有效工具.     

硫酸参与的湿热流域化学风化对河流水化学影响研究综述

河流水化学组成可以提供反映流域内岩石化学风化过程及河流离子来源等生物地球化学的信息。化学风化是全球碳循环的重要环节,湿热流域的水热条件可以促进流域岩石化学风化。硫酸和碳酸一样可以作为侵蚀介质参与流域岩石的化学风化,硫酸参与的湿热流域碳酸盐类化学风化可释放CO₂,但其参与的硅酸盐类化学风化对大气CO₂没有显著影响,故若不考虑硫酸作用将会导致对岩石化学风化作用下大气CO₂消耗通量的高估。水化学组成受到流域岩石化学风化的影响,通过对河流水化学组成和溶解无机碳（DIC）稳定同位素组成（δ¹³C）的分析可以确定河流水化学类型并揭示硫酸对流域岩石化学风化的定量影响。目前关于硫酸对河流水化学影响的研究逐渐增多,未来关于小流域尺度上硫酸对河流水化学的影响、硫酸影响下河流CO₂的脱气过程以及人类活动对河流水化学的影响等方面需要更多关注。     

土地利用变化对喀斯特水体溶解无机碳、总氮和总磷输出的影响——以贵州普定沙湾模拟试验场为例

耦联水生光合作用的碳酸盐岩风化碳汇是全球碳循环研究的关键问题,生物碳泵效应不仅能够稳定碳酸盐风化碳汇,也有利于改善水环境,而过量输入氮、磷会导致水环境变差。土地利用变化作为全球变化重要内容之一,对流域碳氮磷的输出具有重要影响,但关于土地利用变化对喀斯特水体溶解无机碳、总氮和总磷输出影响的研究有待进一步加强。本研究以贵州普定沙湾喀斯特试验场为研究对象,以研究土地利用变化对水文、水化学、溶解无机碳汇通量、总氮通量和总磷通量的影响。结果表明,流量、径流深、土壤CO₂浓度、pCO₂、HCO^-₃浓度和电导率呈现出夏秋季节高、春冬季节低的变化特征,与pH变化相反。样地间,土壤CO₂浓度、pCO₂、HCO^-₃浓度和电导率表现为草地>灌丛地>农耕地>裸土地>裸岩地,与pH变化相反。参与岩溶作用的土壤CO₂是造成水化学变化的主要原因。溶解无机碳汇通量和总氮通量呈现出夏秋季节高、春冬季节...     

贵州威宁草海湿地水体中有机碳时空分布特征及来源辨析

有机碳是陆地水生生态系统碳循环重要组成部分,湿地在维持岩溶碳汇稳定性方面具有十分重要的作用,揭示岩溶湿地水体中的有机碳时空分布特征及来源有助于明晰岩溶流域碳循环过程。本文以贵州威宁草海岩溶湿地为研究对象,对其丰、枯水期湿地水中溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)含量以及颗粒有机质(POM)碳、氮同位素等指标的测定,分析草海湿地水中POC、DOC浓度时空分布特征,探讨了水体中有机碳的来源。结果表明:草海湿地水体有机碳总体上以DOC为主,丰水期DOC变化范围为4.25～12.58 mg/L,平均值为8.19±1.49 mg/L,枯水期变化范围为4.79～15.93 mg/L,平均值为8.78±3.01 mg/L,丰水期略低于枯水期,DOC来源较为复杂,不同水文期受到外源和内源不同程度的影响;DOC在空间上丰水期呈现西部偏低,东及东南部偏高的分布特征,枯水期呈现南及西南部偏低,北及东北部偏高的分布特征。草海湿地水体丰水期POC变化范围为0.35～3.39 mg/L,平均值为1.13±0.78 mg/L,枯水期变化范围为0.32～1.84 mg/L,平均值为0.79±0.35 mg/L,丰水期高于枯水期;POC在空间上两期都呈现出中西低、中东高的分布特征。丰水期颗粒有机质的δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-30.13‰～-14.80‰和-9.69‰～4.72‰,平均值分别为(-22.54±2.78)‰和(-2.88±2.89)‰,该时期POC以陆源有机质贡献为主;枯水期颗粒有机质的δ¹³C、δ¹⁵N值变化范围分别为-29.13‰～-21.91‰和-0.14‰～9.15‰,平均值分别为(-25.12±2.04)‰和(3.23±1.78)‰,该时期POC主要来源于沉积物。     

草海沉积物营养元素分布特征与控制因素

选取贵州草海这一典型高原湖泊湿地作为研究对象,在代表性湖区共布设17个采样点,采集了表层沉积物和沉积物柱芯,对沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)分布特征及控制因素开展了对比研究。研究结果表明,草海表层沉积物营养盐分布主要受外源输入和湖泊初级生产控制:表层沉积物TOC、TN含量平均值分别为232.98mg/g和25.21mg/g,远高于国内其他湖泊,且呈现湖心高、近岸区低的分布特征,由于氮较高的迁移性和生物可利用性,草海沉积物TN明显受湖泊水生植物生长控制,主要以有机质形式赋存于沉积物中;表层沉积物TP含量平均值为1.03mg/g,其空间分布特征显著不同于TOC、TN,在湖心、东南湖区和出水口其含量较低,主要受外源输入控制,且主要以沉淀、吸附等无机形态赋存于沉积物中。草海沉积物柱芯中TOC、TN、TP含量总体上呈现随深度增加先迅速降低而后趋于稳定的变化趋势,但不同湖区其含量差异较大,反映了人为干扰强度和沉积环境的差异。草海流域外源污染物输入和沉积物较高的营养盐内负荷是其水体富营养化面临的主要威胁,一方面应采取有效手段消减外源污染物输入,另一方面应通过合理的生态修复措施控制内源营养盐释放。草海繁茂的沉水植物增强了水体自净功能,优化草海水生植物种群结构、恢复草型健康湖泊生态系统对保护草海生态环境具有重要意义。