降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征——以桂林毛村地下河为例

2010年6月13日至6月17日期间,对桂林毛村岩溶地下河出口HCO3-与流量对降雨的响应进行了高分辨率的监测,实时监测降雨量和地下河出口河水水位、水温、pH值、电导率、重碳酸根,结合计算地下河水方解石饱和指数(SIc)与二氧化碳分压(pCO2)的基础上,分析了降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征.相关数据表明,(1)岩溶...     

滇东南岩溶区土壤有效态微量元素丰度特征及其影响因素

为了解滇东南岩溶区土壤有效态微量元素丰度特征及其影响因素,采用对角线取样法对研究区土壤进行采样并进行了测试分析.结果表明,不同地层土壤有效硼质量比由小到大为奥陶系、泥盆系、寒武系,有效铜质量比由小到大为寒武系、奥陶系、泥盆系,有效锌和有效铁质量比由小到大为寒武系、泥盆系、奥陶系.pH值、有机质是影响土壤有效态微量元素的重要因素,有效硼、有效铜、有效锌质量比与pH值呈正相关,有效铁质量比与pH值呈负相关;有效硼、有效铜质量比与有机质质量比呈极显著正相关(p＜0.01),有效锌质量比与有机质质量比呈显著正相关(p＜0.01),而有效铁质量比与有机质质量比相关性不明显.根据中科院微量元素组制定的标准,不同地层土壤有效硼、有效锌质量比级别为极低或低,有效铜质量比级别为中,有效铁质量比为高或极高.     

水生植物与水气界面气体交换对岩溶泉水化学及碳循环影响

为揭示水生植物光合作用及水气之间气体交换对岩溶水化学及碳循环的影响,在姜家泉沿程选取5个监测点,于2017年12月至2018年11月对其水化学性质进行监测.结果显示:(1)在降水较少的月份,JJQ3的Ca2+浓度和HCO3-浓度明显小于JJQ1和JJQ2,并且溶解氧(DO)与电导率(EC)、Ca2+浓度、HCO3-浓度之间均呈负相关关系,说明池水处水生植物光合作用将碳酸盐岩溶蚀产生的HCO3-转化成了稳定的有机碳,从而增强了岩溶碳汇效应.(2)JJQ4的Ca2+和HCO3-浓度与JJQ1、JJQ2没有明显差异,但pH和溶解氧(DO)却明显高于JJQ1和JJQ2,并且JJQ4处溶解无机碳的稳定碳同位素(δ13CDIC)偏正于JJQ1和JJQ2,这主要是跌水导致水-气之间发生了气体交换.大气中的氧气通过曝气作用进入水中,而水中二氧化碳分压(pCO2)远高于大气,导致水中溶解的CO2脱气.(3)姜家泉水化学受到水生植物光合作用和水-气间气体交换的共同影响,并且在强酸参与下,CO2脱气将进一步减弱岩溶碳汇效应.因此,为准确估算岩溶碳通量,有必要对两种作用方式进行区分.     

不同地质背景下河流水化学特征及影响因素研究:以广西大溶江、灵渠流域为例

2013年5月至2014年4月,对漓江上游两个具不同地质背景的地表河流域进行一个完整水文年的观测和采样,探讨河流水化学的季节性变化特征和主要影响因素.结果表明,无论是碳酸盐岩占一半的灵渠流域,还是仅占9%的大溶江流域,其水化学类型均为Ca-HCO_3型,HCO_3~-和Ca~(2+)是主要的阴阳离子.河水的主要离子浓度整体表现为冬高夏低的特征,主要受流量变化的影响.Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-主要源自流域内碳酸对碳酸盐岩的风化溶解,同时存在硫酸风化碳酸盐岩和硅酸盐岩风化的贡献.此外,相较于灵渠,大溶江流域上游具较强侵蚀性外源水对下游碳酸盐岩的侵蚀,增加了碳酸盐岩风化对河流水化学的贡献.而K~+、Na~+、Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)主要受大气降水和人类活动的影响,相较而言,灵渠流域受人类活动影响更为显著.     

重庆南山老龙洞地下河系统重金属分布、迁移及自净能力

2013年12月(冬季)和2014年6月(夏季)分别采集重庆南山老龙洞地下河上覆水,孔隙水和表层沉积物样品.分析重金属Mn、Pb、Cu、As在上覆水-孔隙水-表层沉积物中的分布及迁移特征,研究地下河对重金属的自净能力,以期为岩溶区城镇的发展和地下水的合理开发与保护提供科学依据.地下河上覆水和孔隙水中Mn、Pb、Cu、As检出率为100%,其质量浓度大小为MnPbCuAs,夏季冬季,孔隙水上覆水;地下河上覆水因Mn、Pb含量超标已不可作为饮用水源,夏季重金属在孔隙水和上覆水之间的浓度差大于冬季,更容易扩散到上覆水中影响上覆水水质;地下河表层沉积物存在重金属富集现象,4种重金属总量自采样点UGR6到采样点UGR5呈减少趋势,由采样点UGR5至采样点UGR0段逐渐增加;表层沉积物中Mn具有极强的不稳定性和迁移性,容易污染上覆水,扩大污染区域;地下河对Mn具有很强的自净能力,其中表层沉积物对Mn的自净能力要大于岩溶管道壁.     

重庆金佛山土壤中PAHs含量的海拔梯度分布及来源解析

高海拔山区的冷凝效应使其成为了持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)的储存库.利用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)测定了重庆金佛山南坡不同海拔高度10个表层土壤样品中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的含量和组成,运用比值法和主成分分析法解析其污染来源,采用Ba P毒性当量浓度(TEQBa P)评价其生态风险.结果表明,土壤中16种优控PAHs的含量范围是240~2 121 ng·g-1,平均值为849 ng·g-1,并以2~3环为主,7种致癌性PAHs的含量平均占到了总PAHs的17.8%.研究区土壤中不同环PAHs和PAHs的总量都随着海拔的升高有增加的趋势,其中低环的增加趋势最显著,而高环的波动性较大,但不同环PAHs占总PAHs的比例并未随着海拔的升高表现出一定的规律性.研究区土壤中PAHs主要来自于石油源,石油产品以及煤炭和生物质的燃烧源.研究区土壤已受到一定程度的污染,但毒性风险较小.     

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。     

人类活动影响下水化学特征的影响: 以西江中上游流域为例

对西江中上游3个代表性断面进行一个完整水文年每月3次的观测和取样,利用水化学、流量等数据,探讨自然过程和人为活动影响下的河流水化学演化过程.对研究区116个水样的水化学特征进行分析.研究区的类型为HCO-3-Ca2+型,化学风化类型主要属于岩石风化,Ca2+和HCO-3是主要的阳离子和阴离子,反映了岩溶地区河水化学特征主要受碳酸盐岩溶解影响.Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-主要受自然条件控制,人类活动影响对其影响不大.K+、NO-3、SO2-4、HCO-3不同程度地受到人类活动的影响并且显示出不同的影响途径.本研究对我国南方季风区河流水化学变化、水质特征、下游珠江物质输送通量的影响、水质保护具有重要意义.     

运用硫同位素、氮氧同位素示踪里湖地下河硫酸盐、硝酸盐来源

为揭示里湖地下水水质的时空变化规律,结合硫同位素及氮氧同位素分析水质变化原因,为开发和保护岩溶水资源提供科学依据.于2010年1月至12月,2014年5月、10月对里湖地下河进行监测,分析其常规水化学组成及δ34S-SO2-4、δ15NNO-3、δ18O-NO-3特征.结果表明:1地下河水化学类型为HCO3-Ca型,受到大气降水、人类活动等影响,各离子表现出明显的时空变化规律;2自污水处理厂运营以来,地下河中硫酸盐浓度略有降低,但仍然偏高,与2010年相比,硝酸盐污染加剧.受人类活动影响上游拉易洞、南丹河,中游凉风洞、甘田坝等地硫酸盐、硝酸盐浓度较高,下游小龙洞处浓度较低;3地下河δ34S-SO2-4值在-4.12‰~-0.93‰之间,通过与潜在硫源的δ34S比对,推断由工业和居民生活燃煤产生的大量硫氧化物引起雨水酸化,以酸雨的形式向当地地下水输入大量SO2-4;4δ15N-NO-3值在0.26‰~11.58‰之间,平均为7.61‰,δ18O-NO-3在-2.33‰~21.76‰之间,平均为9.38‰,结合硝酸盐氮氧同位素组成分析,认为土壤氮、人畜粪便和污水是研究区硝酸盐的主要贡献者,也是地下水中硝酸盐污染加剧的主要原因.     

重庆南山表层岩溶泉与地下河三氮运移及氮通量估算

岩溶区特殊的地质构造使地下水系统存在多重水流.为研究三氮在表层岩溶带水流和地下河水流中的特征和运移方式,选取城市化进程中的重庆南山老龙洞地下河流域表层岩溶泉和地下河按月采样,分析水化学特征,结合SPSS的相关性分析,认为两种水流三氮特征差异很大.表层岩溶泉三氮质量浓度月变化小,受降水、污水影响较小,NO_3~--NNH_4~+-N;地下河水三氮质量浓度月变化大,受降水、污水影响较大,旱季NH_4~+-NNO_3~--N,雨季NO_3~--NNH_4~+-N.表层岩溶泉DIN主要来源于与农业活动有关的非点源污染,在土壤、表层岩溶带中经氨化、吸附、硝化作用等过程以扩散流形式运移至出露地表.地下河DIN随管道流、扩散流运移,并以管道流为主.DIN全年有点源的工业、生活污染物经落水洞、裂隙、溶隙进入.雨季同时存在占更大比例的非点源污染物,或由降雨产生的表面坡流、壤中流、表层岩溶带水流经落水洞进入,或经深裂隙、溶隙下渗进入,硝化作用明显.流域DIN输出通量为56.05 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N、NO_3~--N分别占46.03%、52.51%;根据径流分割法估算出点源污染、非点源污染的贡献率分别为25.08%、74.92%.