典型喀斯特河流溶解性有机质生物降解特性及其温度敏感性研究

喀斯特河流受特殊生物地球化学过程影响,其溶解性有机质(DOM)变化具有显著的区域特征.然而,当前对其DOM空间变化规律,特别是生物降解特性的研究十分有限,急需相关内容的补充.以我国典型喀斯特河流—芙蓉江为研究对象,探索了 DOM光学参数(a254、a350、E2/E3、S275～295、BIX、FI、FRI和HIX)的...     

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...     

重庆西部山区典型湖泊水-气界面CO_2交换通量及其影响因素

为了解我国西南山区湖泊水体CO2的释放/吸收特征,于2017年7月对重庆西部山区典型9个湖泊表层水体溶解性无机碳进行调查,并同步监测关键环境因子,运用薄边界层法和静态箱法对其水-气界面CO2通量(FCO2)进行比较研究。结果表明,渝西山区湖泊夏季表层水pCO2介于2.1~45.0Pa之间,均值为(18.1±12.1)Pa;模型法和静态箱法计算的CO2通量均值分别为(-8.0±2.9)、(-3.4±3.6)和(-7.1±22.3)mmol·(m2·d)-1,总体表现出大气CO2汇的特征。水体pCO2和FCO2与关键环境因子的相关分析,表明表层水pCO2和FCO2与风速和ORP显著正相关,与pH显著负相关。     

红枫水库水-气界面二氧化碳分压及扩散通量的时空变化

红枫水库是我国西南喀斯特地区典型的人工湖泊,具有特殊的水文地质特征。准确估算其CO_2排放通量,对了解该水库碳循环具有重要意义。因此,于2017年7月至2018年4月采用走航式监测对库区(南湖和北湖)水气界面二氧化碳分压(pCO_2)和水质参数的时空变化进行了调查。结果表明,红枫水库pCO_2的分布具有明显的时空差异。库区秋、冬季表层水体pCO_2均超过大气pCO_2,表现为CO_2的净排放;春、夏季则相反,表现为CO_2的净吸收。从空间分布上来看,春、秋季北湖pCO_2要明显高于南湖,特别是秋季更为明显。另外,基于高频的走航监测数据,计算得到红枫水库全年CO_2的排放均值约为613mmol/(m~2·d)。     

闸控河流潜流带沉积物-水界面营养盐分布及交换通量研究

为揭示闸控河流潜流带营养盐“源/汇”特征,本研究以淮河流域沙颍河槐店闸河道为研究对象,于2021年1月中旬实施了蓄水调控背景下的原位沉积物采集实验,通过分析氮磷营养盐在沉积物-水界面的分布与扩散通量,识别了潜流带营养盐“源/汇”角色,探明了闸控河道内源风险。结果表明：1)间隙水NH⁺₄-N与TP浓度分别是上覆水体的6.5与1.1倍,表明沉积物-水界面营养盐存在显著浓度梯度,极易造成潜流带NH⁺₄-N、TP向上覆水迁移;2)经综合污染指数评价得出,上覆水与间隙水水质处于重污染或严重污染状态,且闸下污染程度显著大于闸上,表明蓄水调控对闸下水域产生了负面影响;3)沉积物-水界面的NH⁺₄-N、NO^-₃-N、TP交换通量分别为0.39～10.07、-3.45～-2.04、-0.09～0.17 mg/(m²·d),表明沉积物为NH⁺₄-N的“源”,NO     

重庆西部山区典型湖泊水-气界面CO2交换通量及其影响因素

为了解我国西南山区湖泊水体CO_2的释放/吸收特征,于2017年7月对重庆西部山区典型9个湖泊表层水体溶解性无机碳进行调查,并同步监测关键环境因子,运用薄边界层法和静态箱法对其水-气界面CO_2通量[F(CO_2)]进行比较研究.结果表明,渝西山区湖泊夏季表层水p(CO_2)介于2.1~45.0 Pa之间,均值为(18.1±12.1) Pa;模型法和静态箱法计算的CO_2通量均值分别为(-8.0±2.9)、(-3.4±3.6)和(-7.1±22.3) mmol·(m2·d)-1,总体表现出大气CO_2汇的特征.水体p(CO_2)和F(CO_2)与关键环境因子的相关分析,表明表层水p(CO_2)和F(CO_2)与风速和ORP显著正相关,与pH显著负相关.     

东海区海-气界面二氧化碳分压的分布变化特征

根据2015-2016年期间在东海区二氧化碳(CO_2)调查所得的表层海水二氧化碳分压(p(CO_2))、温度(t)、盐度(S)、pH值等资料,分析并讨论了东海区海-气界面(p(CO_2))的分布变化和季节变化特征,并对其变化影响因素等进行探讨分析。研究表明:东海区p(CO_2)的分布大致呈现"近岸区-陆架区-外海区"的差异,就整个调查海区表层海水的p(CO_2)平均分布而言:秋季>夏季>冬季>春季,大气的p(CO_2)水平大小顺序为:春季>秋季>夏季>冬季,且四季总体均表现为大气CO_2的汇。东海区水系情况复杂,表层海水p(CO_2)分布主要受长江冲淡水、东海陆架水、黑潮水和黄海沿岸流四大水系的影响。总体上受冬季和秋末的海水垂直混和作用和夏季、春末和秋初的生物活动的影响。     

湖泊水-沉积物界面DIC和DOC交换通量及耦合关系

以乌梁素海和岱海为研究对象,采用柱状芯样模拟法,开展了2个湖泊水-沉积物界DIC和DOC交换通量及耦合关系研究.结果表明,在夏季90 d的时间内,乌梁素海明水区沉积物表现为上覆水中DIC和DOC的碳源,DIC和DOC的平均释放速率分别为71.07 mmol·(m2·d)-1和185.09 mmol·(m2·d)-1;岱海浅、深水区沉积物整体上表现为上覆水中DIC和DOC的碳汇,浅水区DIC和DOC的平均释放速率分别为155.75 mmol·(m2·d)-1和-1 478.08 mmol·(m2·d)-1,深水区DIC和DOC的平均释放速率分别为-486.53 mmol·(m2·d)-1和-1 274.02 mmol·(m2·d)-1;岱海浅水区和乌梁素海水-沉积物界面DIC与DOC耦合作用(含量、释放速率、总量变化量的同步变化)主要受微生物摄取、微生物或非生物降解及水生植物的影响;岱海深水区水-沉积物界面DIC与DOC耦合作用则主要与Ca CO3共沉淀作用及沉积物中无机碳形态分布特征等有关.总体上,不同类型湖泊或同一湖泊不同湖区的DIC或DOC源/汇功能差异是湖泊类型、离岸距离、湖泊水文地球化学及无机碳形态分布等多种因素综合作用的结果.     

西南喀斯特流域土地利用对河流溶解无机碳及其同位素的影响

河流溶解无机碳(DIC)作为流域碳循环的重要部分一直备受关注,其稳定同位素(δ13CDIC)能够反映DIC来源和转化过程,而其受土地利用变化的影响的研究还较为缺乏.为了研究喀斯特河流水体DIC和δ13CDIC的影响因素,在典型喀斯特流域赤水河进行了河水样品采集与分析.赤水河流域上游主要分布碳酸盐岩而下游分布硅酸盐岩,且...     

三峡库区典型河流水-气界面CO2通量日变化观测及其影响因素分析

为研究河流水-气界面CO_2通量的季节和日变化特征;于2016年7月15～17日以及2017年11月4～6日对三峡库区嘉陵江支流竹溪河进行定点定时采集表层水样,并同步监测关键环境因子,采用亨利定律结合薄边界层模型计算其水-气界面CO_2通量F(CO_2).结果表明,竹溪河表层水CO_2分压p(CO_2)及界面CO_2脱气通量呈现出显著的日间和季节变化,以及明显的日内变化特征:在上午09:00前后达到释放高峰,随后波动下降;水-气界面CO_2通量日间均值分别为(100. 9±31. 6)、(78. 6±12. 1)、(83. 9±29. 7)、(137. 5±42. 1)、(147. 6±34. 0)、(132. 4±21. 7) mmol·(m~2·d)~(-1);并表现出夏季表层水体CO_2释放通量明显低于秋季,其均值分别为(87. 8±27. 5) mmol·(m~2·d)~(-1)和(139. 2±34. 0) mmol·(m~2·d)~(-1);总体表现出大气CO_2源的特征.竹溪河p(CO_2)和F(CO_2)受到诸多环境因子的影响,相关分析表明,pH、碱度、水温和气温是主要环境影响因子,CO_2释放通量可以用pH和碱度预测.     

湖泊碳循环及碳通量的估算方法

湖泊由于其特殊的地理位置,较高的生产力,在碳循环中具有重要作用。作为湖泊营养元素的碳在湖泊水体中的赋存形态主要包括:碳酸盐系统(CO2,CO32-,HCO3-,H2CO3)、溶解态有机碳、生物死亡残体颗粒碳及生物体有机碳等。研究表明包括有机碳和溶解态无机碳在内的全世界湖泊总碳汇为0.077Gt/a,其中对大气的汇达到0.0532Gt/a。湖泊除从地表径流、地下水获得碳以外,还可从空气物质中获得碳。估算及测定水气界面CO2通量的方法主要有:①赖利估算法;②单侧扩散法;③同位素估算法;④涡度相关法;⑤静态箱式法。     

典型岩溶土壤微生物丰度与多样性及其对碳循环的指示意义

探讨土壤微生物指标的变化规律,用于揭示其在岩溶土壤碳循环中的指示意义.以桂林岩溶试验场洼地、坡地和垭口这3种岩溶地貌形态下的剖面(0~10、10~20、20~30cm)土壤为研究对象,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCRDGGE)和荧光定量PCR相结合的方法,分析这个典型岩溶土壤剖面中的微生物多样性和丰度变化.数据显示,16S rRNA最高丰度出现在洼地,为1.32×1011拷贝·g-1,而18S rRNA最高丰度出现在垭口,为1.12×1010拷贝·g-1;洼地和垭口剖面的16S rRNA丰度随着深度的增加而降低,3种岩溶地貌形态的18S rRNA丰度均随着剖面深度的增加而降低,与土壤有机碳质量分数的变化趋势一致.但是,在3种岩溶地貌形态中,3个16S rRNA和6个18S rRNA的多样性指数均随土壤剖面深度的增加而增大.由于16S rRNA和18S rRNA的多样性与丰度和土壤有机碳之间总体上表现出相反的变化趋势,说明微生物丰度指标在土壤碳循环中的指示意义比微生物多样性指数更重要.     

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.     

岩溶生态系统中的碳循环特征与碳汇效应

碳酸盐岩是岩溶生态系统的物质基础,而碳酸盐岩的形成过程对大气CO2浓度的降低产生重要的作用,目前地球上99.5%的碳被封存在碳酸盐岩中;岩溶生态系统具有富钙、偏碱性的地球化学背景,制约其碳循环特征:碳酸盐岩是在清洁海洋环境中、以生物化学沉积为特征形成的沉积岩,其酸不溶物含量低,通常小于10%,意味着岩溶区土壤资源短缺,土壤总碳库量偏小,同时石灰土的富钙性导致石灰土缓效性碳库和惰性碳库大,土壤碳库的稳定性提高;土壤资源短缺,植被生长发育受到养分、水分的胁迫,使植被的地上、地下生物量的比例发生变化,岩溶区植被地上/地下生物量的比例可占30%～50%,高于非岩溶区的;岩溶水中的高HCO3-浓度,刺激水生植物的光合作用,并将无机碳转化为有机碳,提高碳迁移过程中的稳定性;本文的目的是根据最近的研究成果,揭示岩溶生态系统中碳酸盐岩-土壤-植被-水中碳赋存的状态和转化过程,提出促进岩溶碳汇效应的技术途径。     

珠江三角洲二氧化碳源汇演变特征及驱动因素

随着经济与人口快速增长，珠江三角洲（珠三角）地区是我国碳中和压力最大的区域之一.通过建立珠三角地区二氧化碳（CO₂）源汇历史趋势清单，分析碳排放与碳汇的历史演变特征，并基于指数分解法识别了影响珠三角碳源汇的关键驱动因素.结果表明：① 2006~2020年珠三角碳排放总量从2.18亿t上升至3.66亿t，呈现出波动上升的演变特征，总体上升了67.86%，尚未实现碳达峰；② 2006~2020年珠三角绿地碳汇总量从1567.26万t下降至1552.59万t，呈现出波动下降的趋势特征，总体下降了0.94%，碳汇量远低于碳排放量，距离碳中和仍有很大缺口；③珠三角碳源主要来源于能源部门（40.38%）和工业部门（26.33%），碳汇主要来源于林地（67.92%）和耕地（18.09%）；④"十一五"至"十三五"期间，碳源的主要正向驱动因素是经济增长和人口规模，主要负向驱动因素是能源强度（单位GDP的能源使用量），但"十三五"以来，降低能源强度可以释放的CO₂减排潜力正在减弱，未来需要挖掘能源、工业和交通等方面结构调整的负向驱动潜力；⑤"十一五"至"十三五"期间，碳汇的主要正向驱动因素是绿地规模，源于"十一五"期间城市绿地面积增加，主要负向驱动因素是碳汇系数，源于自然灾害导致的水稻等高碳汇系数作物减产，未来绿地增汇需重视绿地结构调整.研究可为珠三角制定降碳增汇政策提供科学支撑.     

喀斯特水库碳、硅耦合循环:以红枫湖、普定水库和平寨水库为例

通过研究红枫湖、普定水库和平寨水库三个喀斯特水库的碳、硅循环,探讨了水库碳-硅循环的耦合关系。藻类光合作用导致表层水体溶解硅(DSi)及溶解无机碳(DIC)的亏损;当DSi供应不足时,硅藻生长繁殖大量消耗DSi,导致DSi相对DIC快速亏损。沉降颗粒物中内源有机碳含量越高,生物硅(BSi)及有机碳(OC)含量越高,但OC/BSi受控于硅藻对沉积物有机碳贡献率,且与之呈反比。生物硅与有机碳含量之比K值(K=BSi/OC)可作为硅藻贡献率的潜在替代指标,并与之呈正相关;生物硅与内源有机碳(OC_(auto))含量之比K_(auto)值(K_(auto)=BSi/OC_(auto))可作为水体富营养化程度的潜在替代指标,并与富营养化程度呈负相关。     

典型有机污染物影响下海水二氧化碳体系变化的室内模拟研究

通过室内模拟实验,研究了典型有机污染物［乙醇、丙酮、尿素(ON)和多灭磷(OP)］对海水pH和二氧化碳体系的影响.结果表明,t=7　d时,低浓度的醇和酮（<0.5 mmol·L^-1）促进生物固碳体系生长,相应水体中的pH值升高,而DIC、HCO^-₃和p(CO²)与对照组相比都明显下降（p<0.01）;引起DIC、HCO^-₃及p(CO²)下降幅度最大的醇和酮浓度分别为0.25 mmol·L^-1和0.1 mmol·L^-1. 当醇、酮达到一定浓度后,藻类固碳能力开始下降,甚至分解并转化为无机碳,从而引起DIC、HCO^-₃和p(CO²)含量的升高及pH值的下降.实验设计范围内的ON和OP添加组中,上述二氧化碳体系各组分含量与其初始值相比,均呈现负变化,即对应水体中DIC、HCO^-₃和p(CO²)均在降低.t=7　d时, 4种典型有机污染物影响下的DIC变化幅度(ΔDIC)与相应水体中孔石莼干重变化量(Δm)呈现显著负相关（p<0.01或p<0.05）,相关系数分别为：-0.902、 -0.945、 -0.898和-0.918.造成以上差异的原因与生物固碳体系在不同种类不同浓度有机污染作用下对海水二氧化碳利用性不同有关.     

茂兰原生森林区岩溶流域水循环碳汇效应

岩溶作用过程积极的参与着碳循环,但在全球碳循环研究中并未对其加以重视。以自动化监测技术为手段,对处于茂兰原生森林区板寨地下河流域进行了一个水文年的实时监测,发现该流域水循环岩溶碳汇值高达353.16tC/a,折合11.8tC/(km2·a)。在此过程中,水循环方式是影响岩溶碳汇的主要因子,潮湿多雨、蒸发量小的天气有利于流域产流,从而可增强碳汇。基于前期森林调查数据,计算得该流域森林植被光合作用碳汇值为454.14tC/a,相当于该区岩溶碳汇的1.3倍。由于光合作用碳汇远大于森林植被的净碳汇,且该区代表了亚热带岩溶区森林顶级生态系统及亚热带岩溶区森林碳汇的最高水平。这说明在亚热带岩溶区,水循环碳汇量与森林植被净碳汇量同等重要,甚至更重要。     

岩溶泉口沉积物有机碳的来源及环境指示意义

灵水湖为岩溶大泉出口形成的水体,具有优良的水质和几乎恒定的水温,但近年来水生生态系统却发生退化,湖底水草几近绝迹。为了寻找退化原因,利用沉积物的有机碳及其同位素、总氮、烧失量、C/N比值环境代用指标,以及~(210)Pb测年来重建过去环境。结果显示,灵水湖沉积物具有稳定的沉积速率(1.769 cm/a),1957~2013年,δ~(13)C_(org)在-29.6‰~-20.3‰之间波动,与TOC有很好的负相关关系,C/N显示有机碳主要来源于内源的湖泊生物;1960至1990年期间,降雨量、气温和湖水最高水位与δ~(13)C_(org)均有一定的对应关系,是此阶段影响有机碳碳同位素的主要因素;而1990至2013年,尽管有机碳主要来源不变,但与降雨量、气温和湖水水位等无明显对应关系,说明影响此阶段有机碳碳同位素的还有人类活动等其它原因。总结该区水生环境演化模型,认为区域尺度的人类活动是导致局部尺度(泉口)环境变化的主要原因。     

典型岩溶地下河流域水体中硝酸盐源解析

地下河是岩溶地区地下水赋存运动的主要场所和重要水源,近年来,硝酸盐污染严重.为解析典型岩溶地下河流域水体中硝酸盐的来源,利用δ¹⁵N-NO^-₃、δ¹⁸O-NO^-₃和δ¹⁸O-H₂O稳定同位素示踪技术开展研究,并通过SIAR稳定同位素模型,对不同污染源的贡献率进行了定量识别,同时阐明了土地利用类型对流域水体硝酸盐分布及来源的影响.结果表明:①降雨/化肥中的氨盐、土壤有机氮和粪肥污水是流域内水体硝酸盐的主要来源;②流域内水体硝酸盐的转化过程主要以硝化作用为主导,水体硝酸盐氮氧同位素初始值未受分馏影响;③基于SIAR模型,不同端元对流域内水体硝酸盐的贡献比例呈季节性差异,化肥、土壤有机氮和粪便污水对丰水期流域内水体硝酸盐的贡献比例分别为57.07%、 34.06%和8.87%;对流域内枯水期水体硝酸盐的贡献比例分别为34.14%、 33.02%和32.84%.