高分辨率监测下的漓江省里断面生物地球化学特征分析

为了获得漓江流域不同季节生物地球化学昼夜动态变化过程、影响因素与规律,分别于2016年10月30日~11月1日(秋季)和2017年9月14~16日(夏季)对漓江流域省里断面进行了为期48 h的高分辨率在线监测和高频率取样工作,研究其水文参数[电导率(EC)、水温(T)、p H]以及Ca2+、HCO3-、NO3-等离子含量和溶解无机碳同位素(δ13CDIC)等水化学参数的昼夜变化规律,并分析其影响因素,同时评估水生植物对输入岩溶水生生态系统中溶解无机碳的固定量。结果表明:(1)省里断面水化学参数表现出显著的昼夜变化规律,T、p H、DO、SIC白天上升夜间下降,Ca2+、HCO3-、EC、p CO2白天降低夜晚上升且秋季昼夜变化幅度大于夏季。(2) SO42-、Cl-、Na+、K+和Mg2+等营养元素含量昼夜变化主要受水生植物代谢过程(同化作用)控制,呈现白天降低夜间升高的变化规律。同时,省里断面夏季营养元素昼夜变化幅度小于秋季。(3)省里断面溶解无机碳同位素(δ13CDIC)主要受水生植物光合作用和呼吸作用控制,表现为白天偏重晚上偏轻的动态变化。受土壤根系和土壤微生物呼吸作用强度和河流水文要素季节变化的影响,夏季省里断面δ13CDIC总体上偏轻于秋季,两者的平均值分别为-10.08‰和-8.90‰。(4)通过计算,实验期间省里断面水生植物光合作用岩溶碳汇量日平均值为2.12mmol·L-1和0.94mmol·L-1,秋季比夏季具有更高的固碳效率。     

春季生物作用对山地岩溶池水地球化学特征的影响

岩溶水文系统对外界环境变化敏感,使得岩溶区水质存在昼夜、小时甚至分钟等尺度的变化.许多地表水体都会经历p H值、溶解性气体、微量元素以及其他水化学指标的昼夜变化.重庆金佛山水房泉及受其补给的水池地处海拔2 050 m的山地岩溶区,具有温带气候特征.通过对水房泉泉水(以下简称泉水)及水池进行为期3 d的昼夜监测,以期探究春季生物作用对岩溶池水地球化学的影响.研究发现,在昼夜时间尺度上,泉水地球化学指标基本稳定,未表现出昼夜变化,池水地球化学指标化学表现出了昼夜波动,但水温、溶解氧、p H值、电导率等物理化学指标昼夜变化幅度较小.在不同的天气条件下,水温、溶解氧、Cl-等昼夜变化幅度存在差别;池水二氧化碳分压(p CO2)、Ca2+、DIC白天降低、晚上升高,方解石饱和指数(SIc)相反;这些指标的变化受控于温度、碳酸盐岩矿物的溶解与沉淀、水生植物光合作用与呼吸作用;通过亨利常数的计算,发现水温变化对p CO2变化的影响仅占0.79%~10.01%,水温、碳酸盐岩沉淀等物理因素对DIC损失量的贡献率为39%,水生植物光合作用的贡献率为61%.     

高分辨率监测岩溶地下水NO-3的动态变化及对外界环境的响应

为深入揭示岩溶地下水文系统对外界环境的响应,利用多指标高分辨率在线监测技术对受农业活动影响的重庆青木关地下河水文地球化学变化进行研究.主要的高分辨率监测指标包括水位、电导率(EC)、pH值、降雨和NO 3-.在观测的6场降雨内,地下河水化学特征快速地反映着外界环境的变化.研究区地下水pH值的变化主要受到酸雨的影响,在降雨后都表现出明显的下降趋势,但在农业废水进入地下河系统后,它的变化受到两者的共同影响.EC受到雨水化学、稀释效应及农业活动废水的影响.NO 3-主要是农业活动的产物,受雨水水化学特征的影响较小,它的变化主要受农业废水及稀释效应的影响.在R1降雨影响下,水位上升,EC和NO 3-总体呈相反的快速变化过程而pH值的变化主要受酸雨影响而下降.在R2、R3、R4和R6降雨期,水位受降雨影响而快速的变化,pH值受酸雨影响而下降,EC和NO 3-受稀释效应影响也下降.但随着农业活动废水进入地下河系统,EC和NO 3-浓度在最快5 h最慢仅27 h的时段内同步地急剧升高,pH值也受影响而加速下降.在R5大暴雨期,水位急剧上升,EC和NO 3-受稀释效应影响而急剧下降,pH值先受到酸雨影响而下降,后由于稀释效应...     

广东鼎湖山斑岩钼矿区生物地球化学特征

本文对从钼矿区和对照区采集的岩石、土壤和植物样品的研究表明,矿区岩石与土壤中钼含量的相关系数为0.74,土壤与马尾松、桃金娘、鼠刺和芒箕叶片中钼含量的相关系数分别为0.9,0.87,0.98和0.99。在马尾松、桃金娘、鼠刺、芒箕和藤黄檀的叶片中,矿区相对于对照区,前者的最高钼含量是后者的18倍、53倍、12倍、46倍和35倍。钼含量高的土壤中生长的藤黄檀的细胞,在电子显微镜下其结构发生明显变化,主要表现为核膜界限消失,核仁解体,叶绿体结构受到破坏,细胞中有颗粒物存在。钼还会抑制植物叶片对镁的吸收。因此利用生物地球化学特征可以找出隐伏在植被下的矿床。     

重庆市老龙洞地下河流域硝酸盐来源和生物地球化学过程的识别

为明确城市地区岩溶地下水系统硝酸盐污染来源和生物地球化学过程,于2019年7月至2020年10月期间,采集了重庆市老龙洞地下河流域内的污水、井水和地下河水,测定其水化学和硝酸盐氮氧双同位素值（δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-）.结果表明：①污水的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-分别介于-3.3‰~14.6‰和-5.2‰~20.6‰之间,说明污水中的硝酸盐主要来源于生活污水排放及化肥渗漏;井水的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-分别介于3.1‰~12.6‰和2.9‰~8.9‰之间,说明井水中的硝酸盐主要来自于粪肥及土壤有机氮矿化分解;地下河水中的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-分别介于5.6‰~28.6‰和-2.0‰~15.7‰之间,说明市政污水以及农田中施用的粪肥是地下河水中主要的硝酸盐来源.②基于MixSIAR模型计算得出,粪肥污水是地下河水中硝酸盐的主要贡献源,贡献占比为89.1%,土壤有机氮、化肥和大气降水贡献率分别为4.4%、3.4%和3.1%.③流域内的COD ：ρ（NO₃^-）由低到高依次为：井水（0.14~5.15）、地下河水（0.50~9.36）和污水（4.08~89.50）.仅有50%井水样品的COD ：ρ（NO₃^-）略高于反硝化发生的化学计量比最低限（0.65）,说明COD可能不足以支撑井水中发生反硝化,井水中的硝酸盐氮氧双同位素未发生明显富集,验证了井水中未发生反硝化作用;90%地下河水样品的COD ：ρ（NO₃^-）高于0.65,硝酸盐氮氧双同位素同步富集,δ¹⁵ N ：δ¹⁸ O为1.8,介于反硝化发生时的1.3~2.1,说明地下河水在流动过程中发生了反硝化作用;所有污水样品的COD ：ρ（NO₃^-）远高于0.65,其中25%污水样品的COD ：ρ（NO₃^-）高于发生异化还原为铵（DNRA）的优势化学计量比（29.34）,δ¹⁵ N-NO₃^-和ρ（NH₄⁺）：ρ（NO₃^-）同步升高,表明污水中可能发生了DNRA.     

人类活动对漓江地表水体水-岩作用的影响

人类活动对流域水质的影响受到越来越多的关注.为探讨人类活动对岩溶地表水体水-岩作用的影响,以受农业、工业、旅游业活动及城市发展综合影响的漓江流域为研究对象,于2016年7~11月采集河水样,分析水化学和δ~(13)C_(DIC)数据.结果表明:(1)漓江水化学类型为HCO_3-Ca.在阴离子成分中,SO_4~2和NO_3~-仅次于HCO_3~-,并且在漓江桂林至阳朔段,因城市及城镇分布密集,旅游业发达,浓度较高.(2)[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[HCO_3~-]当量比值在1.01~1.51之间,[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[SO_4~(2-)+NO_3~-+HCO_3~-]比值在0.85~1.12之间,说明硫酸、硝酸参与了水-岩作用.(3)碳酸溶蚀碳酸盐岩的比例平均为75.89%.硫酸和硝酸溶蚀碳酸盐岩的比例平均为24.11%.硝酸、硫酸溶蚀碳酸盐岩的能力多雨期强于少雨期.此外,硫酸和硝酸溶蚀碳酸盐岩的比例从上游到下游呈波动增大趋势,最高值出现于灵川县城,最低出现于漓江上游的华江.(4)碳酸风化碳酸盐岩对HCO_3~-的贡献最大,平均为83.58%;其次为硫酸和硝酸风化碳酸盐岩,平均为14.24%;碳酸风化硅酸盐岩对HCO_3~-的贡献最小,平均为2.18%,华江和峡背碳酸风化硅酸盐岩对HCO_3~-的贡献较其他点突出,这与流域地质背景相符合.(5)δ~(13)C_(DIC)值介于-11.95‰~-7.61‰之间;通过端元混合模型估算的δ~(13)C_(DIC-rock)介于-14.24‰~-7.23‰之间.多雨期δ~(13)C_(DIC)值与δ~(13)C_(DIC-rock)值比较接近,少雨期δ~(13)C_(DIC)值明显重于δ~(13)C_(DIC-rock).δ~(13)C_(DIC)与δ~(13)C_(DIC-rock)之间存在一定差异,是由于受到水生植物光合作用的影响.     

基于地球化学因子影响的生活垃圾降解动态模型

在生物反应器填埋场厌氧填埋实验研究的基础上,进行了垃圾降解的地球化学过程分析,建立了受地球化学因子影响,反映生物反应器填埋场水质变化的COD、VFA、及NH4+-N浓度变化的动态模型。研究表明:该模型拟合值与实测值吻合较好,能较好地预测垃圾填埋降解过程中水质的变化,为填埋场的渗滤液处理和水质污染控制提供理论依据。     

人类活动加剧了对近岸及海洋水域生物地球化学过程的影响

海洋在全球生物地球化学的碳、氮、磷、硅和其他化学元素和化合物等循环中起着重要作用.化石燃烧、农业活动和气候变化愈发影响了海洋化学、地域性滨岸以及全球海洋水体.人类是最大的影响是无机碳、营养盐和可溶性氧,它们之间互相关联并影响到生物生产力.因工业产物的生产、迁移以及大量持久性有机化合物和痕量金属,特别是汞、铅和铁的释放到环境中,所以海洋水体中化学性质的改变表现得尤为明显.     

海洋碳循环研究的关键生物地球化学过程

主要阐述了海洋碳循环生物地球化学过程研究的主要进展,包括海—气界面CO2通量过程、溶解一颗粒碳的海洋转化过程、生物固碳与生物泵过程以及河口碳的生物地球化学过程。海—气界面CO2通量随着海—气界面的扰动程度的变化而变化,而海—气界面的扰动程度主要由风速决定,各海域的CO2通量各不相同;溶解一颗粒碳的海洋转化过程则是由海域的初级生产力所决定,是温度的函数,所以受时间和季节更替的影响很大;河口地带由于处在海水和淡水交界面,又有大量河流带来的陆源输入,所以总体碳循环的生物地球化学过程与大洋主体水域不同,碳通量主要由河流带人;生物在海洋碳循环中的作用不可忽视,浮游植物通过光合作用固碳,而浮游动物在垂直分布过程中通过取食呼吸和排泄作用使碳进行垂直迁移。     

下扬子地区古生界烃源岩饱和烃生物标志物地球化学特征

本文详细总结了下扬子地区古生界海相烃源岩饱和烃生物标志物地球化学特征，讨论了生物标志物的分布特征及其地球化学意义。并与华北地区和塔里木盆地生物标志物分布特征进行了对比。这对于长期勘探而又未获得重大突破的下扬子地区古生界海相碳酸盐岩的油气勘探具有一定的指导意义。     

漓江流域典型岩溶生态系统的自然特征差异

对漓江流域两种典型岩溶生态系统---典型峰林平原与典型峰丛洼地的自然特征研究对比表明,两者的差异集中体现在岩溶形态(包括石峰与洞穴)、地势分布、水文网、土壤与植被、洪水灾害与系统输入输出功能等方面,其中岩溶形态、地势分布、可开发利用的水资源与土地资源是两种系统存在显著差异的关键因素。典型峰林平原地势平坦开阔,外源水来源丰富,地下水分布均匀,土层成因多、分布广,具有城市发展、人群集聚的良好基础条件,但洪水灾害、枯季缺水、地面塌陷是影响社会发展的自然环境问题;典型峰丛洼地山地多,地势高,缺乏外源水,地下水埋藏深,土地资源贫乏,导致生境条件恶劣,不适于人群集聚,自然村落发展条件处于明显劣势。     

漓江流域水体中重金属污染特征及健康风险评价

为了解漓江流域水体中重金属污染水平,在2019年5月对漓江干流采集62个表层水样,对水样中As、Cd、Cr、Mn、Cu、Zn、Hg、Co和Sb这9种重金属的浓度进行了分析检测,运用美国环境保护署(US EPA)推荐的健康风险评价模型对其引起的健康风险进行了初步评价.结果 表明,水样中重金属平均浓度顺序为:Mn ＞Zn＞...     

漓江沉积柱芯有机氯农药垂向分布特征与来源

用GC/ECD内标法定量法首次测定了广西桂林漓江沉积柱中19种有机氯农药(OCPs)的含量,结果表明:漓江沉积柱芯中OCPs浓度范围为4.75～489.4ng/g(均值43.26ng/g),在国内处于中等污染水平。OCPs、HCHs表现出下游污染程度高于上游,但DDTs则相反,这是由于上游的取样点蚂蟥洲附近有大量餐饮业造成的。沉积柱垂直分布表明,漓江近期受到人为污染影响。总体上漓江沉积物中HCHs污染大于DDTs,符合当地的农药使用历史。同分异构体比值表明研究区DDT主要是历史使用农药残留并得到了较好的降解,且以厌氧生物降解为主,当地在使用三氯杀螨醇可能性不大;沉积物中工业六六六尚未降解完全,同时周围可能有林丹输入。     

漓江流域陆地生态系统碳储量时空特征与预测

评估生态系统碳储量,对区域生态管理具有重要意义。利用InVEST模型和PLUS模型,基于解译的土地利用数据和未来土地利用预测数据,研究2000－2020年漓江流域土地利用变化和碳储量时空特征,并预测未来不同发展情景下碳储量的变化。结果表明：2000－2020年漓江流域土地利用变化表现为耕地、林地和草地面积减少,水域、建设用地和未利用地面积增加;受土地利用变化的影响,2000－2020年漓江流域碳储量减少了0.945×10⁶ t,其中2015－2020年减幅最大;碳储量高的区域主要分布在流域西北、西南及东部高海拔地区,碳储量低的区域主要分布在流域中部平原地区且2000－2020年明显扩大,流域内的临桂区、兴安县和灵川县碳储量减少较为显著。预测2030年漓江流域在自然发展情景下碳储量会进一步下降,耕地保护情景下碳储量相较自然发展情景增加0.345×10⁶ t,生态保护情景下碳储量比自然发展情景、耕地保护情景分别增加1.540×10⁶、1.195×10⁶ t。耕地保护情景能够保护耕地数量,但建设用地扩张受到较大限制;生态保护情景能够增强固碳能力,但不能有效控制耕地面积的缩减。未来漓江流域国土空间规划需综合统筹生态保护和耕地保护措施,提升区域碳汇能力,实现绿色可持续发展。

     

漓江地表水体有机碳来源

科学辨识河流有机碳来源是碳循环研究的关键.本文选取典型岩溶流域漓江流域为研究对象,通过同位素示踪法、相关分析法、端元混合模型,利用碳稳定同位素、C/N对其2016年7~9月有机碳来源进行研究.结果表明:(1)DIC浓度空间分布特征为:岩溶区岩溶区与非岩溶区的混合区非岩溶区;干流区DIC浓度从上游到下游递增,主要受控于流域碳酸盐岩的空间分布比例.(2)DOC是构成漓江水体TOC的主体,TOC来源以内源有机碳为主,内源碳浓度空间分布特征为:岩溶区混合区非岩溶区,可能与岩溶区水生植物丰茂、碳酸酐酶活性较强有关,TOC中内源碳的浓度介于1.02~5.14 mg·L~(-1),平均为2.54 mg·L~(-1);TOC中内源碳的比例空间分布差异不大,平均为73.07%.(3)POC浓度、POC中内源碳的浓度及POC中内源碳的比例空间分布差异不大,POC来源以外源碳为主,POC中内源有机碳浓度介于0.01~0.16 mg·L~(-1),平均为0.05mg·L~(-1),水生生物量对漓江流域POC贡献平均为17.31%.(4)DOC浓度及内源DOC浓度空间分布均为:岩溶区混合区非岩溶区,DOC主要来源于水生生物的初级生产力,DOC中内源碳的浓度介于0.97~5.10 mg·L~(-1),平均为2.48 mg·L~(-1);DOC中内源碳的比例空间分布差异不大,平均为79.51%.研究水生光合生物对流域有机碳的影响,可以为岩溶碳汇稳定性科学问题的解答提供基础.     

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%.     

漓江沉积柱重金属垂向分布特征及污染评价

对桂林漓江3个采样点沉积柱状沉积物中主要重金属元素(Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、As和Ni)的垂向分布进行了测定。结果表明:7种重金属元素具有相似的垂向变化特征;横向上表现为靠近市区的含量高远离,市区的含量低。地积累指数评价结果显示,远离市区的沉积柱7种金属污染程度较轻,仅有Cd和Ni属于无～中污染程度。临近市区的沉积柱形成污染的元素为Cd、Cu、Zn、Pb和As,主要集中在底层和次表层。     

漓江段地表水体旱季硝酸盐动态变化特征及其来源

2016年9月28日至12月28日期间对漓江段13个断面地表水进行取样,取样频率为半月1次,分析硝酸盐在旱季期间漓江段的时空变化特征,并利用¹⁵ N和¹⁸ O同位素技术分析漓江段硝酸盐的来源.结果表明：①漓江水体中硝酸盐浓度范围为0.46~18.48 mg·L^-1,平均值为6.18 mg·L^-1,对比中国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）中规定的硝酸盐浓度（10 mg·L^-1）,旱季漓江水体中硝酸盐污染程度处于较低水平.②9~12月期间漓江各断面处硝酸盐浓度呈现缓慢递增趋势,主要受旱季降雨量、径流量及人类活动强度而变化;硝酸盐浓度自漓江上游至下游表现出"增-减-增"的变化趋势,主要是污染物逐段汇入且汇入量不断增加的结果.③旱季漓江水体中硝酸盐的主要来源为土壤有机氮、人畜粪便和污水排放的混合源,主要来源于居民生活污水、人畜粪便等.④为了更好地保护漓江水质,建议加大城市排污管网的建设、修建小型污水处理设施、提高污水处理率及污水排放标准,加强旅游环境管理和环境保护宣传,提高游客环境保护意识.     

桂江主要离子及溶解无机碳的生物地球化学过程

河流水体的化学组成记录了流域内各种自然过程与人类活动的信息.对西江一级支流桂江化学径流的分析结果表明,桂江水体的离子组成主要受碳酸盐岩化学风化过程的控制,CO2是这一过程的主要侵蚀介质;H2SO4对碳酸盐岩的风化影响桂江河水的化学组成.大气沉降、人类活动、碳酸盐岩和硅酸盐岩化学风化对桂江水体贡献的溶解物质分别占总溶解物质的2.7%、6.3%、72.8%和18.2%.河流溶解无机碳(DIC)的稳定同位素组成(δ13CDIC)揭示桂江河水中的DIC明显被浮游植物的光合作用所利用.浮游植物初级生产力对桂江颗粒有机碳(POC)的贡献达22.3%~30.9%,这表明岩石风化来源的DIC经浮游植物的光合作用转化为有机碳,并在迁移过程中部分沉积水体底部,进而形成埋藏有机碳.     

漓江桂林市区段沉积物重金属环境地球化学特征

以漓江桂袜市区段表层沉积物为研究对象,测定了表层沉积物中CA、As、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Fe、Mn等14种元素的含量,采用潜在生态风险指数（RI）、相关分析和聚类分析等方法,研究了沉积物中重金属的污染水平、富集规律和可能来源。结果表明Cd污染最为严重,其它元素为轻微生态污染,污染程度为：Cd〉As〉Cu〉Pb...