增江颗粒有机碳同位素的AMS研究初报

全球河流每年向海洋输送约1Gt(10¹⁵g)的碳,其中40%为有机碳。然而,在海洋沉积物中却难以寻找到足量的陆地碳的生物地球化学标记[1]。显然,陆地碳在河流搬运过程中经历了复杂的生物地球化学变化,乃至“踪迹全无”。河流有机碳可大体上划分为颗粒态(POC)和溶解态(DOC)两种基本类型。就全球范围讲,河流输送的POC和DOC在数量上相当或DOC略高些。但在一些高浑浊的河流,尤其是亚洲季风区的河流中,POC在有机碳中却占绝对优势。如珠江干流水体中POCDOC比值高达5.0左右^[2]。因此,亚洲季风区河流中所搬运的POC对其注入水域的生物地球化学过程影响深远。河流有机质的来源复     

论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对<中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇分区估算>一文的商榷》的答复

岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2~3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。      

河流碳通量与陆地侵蚀研究

河流碳通量系陆地侵蚀产物,它构成全球碳循环的一个重要环节。河流碳通量在数量上远小于全球碳循环的其他环节,但由于与陆地生态系统联系密切,故对它的研究尤为重要。全球每年河流碳通量约为1GtC（10⁹t碳）,其中约60％为无机碳、40％为有机碳。溶解态有机碳和颗粒状有机碳主要来源于土壤侵蚀,另有一部分有机碳来源于河湖中的浮游植物;溶解态无机碳主要源于大气中CO₂和碳酸盐;颗粒无机碳主要指未溶解的碳酸盐。亚洲季风区河流对全球河流碳通量具有较大贡献,而对其研究程度较低。河流碳通量研究既可为流域治理提供基础资料,也是进一步了解人为CO₂“未知汇”的途径之一。     

珠江马口站,河口站断面水体有机碳含量的季节变化

１９９７年７月份和１１月份对北河口站和西江马口站水体有机碳含量进行了两次采样分析。结果表明;两江水体的颗粒有机碳含量在不同 均高于溶解有机碳含量,这与全球河流以溶解有机碳为主的平均格局显著不同。溶解有机碳,颗粒有机碳含量以及总有机碳含量均不文季节的变化而变化,汛期含量高于平水期。悬浮物中有机碳的含量的随悬浮物含量的增加,也即流域土壤机械侵蚀强度的加强而降低,这种现象与全球河流的总体趋势一致。汛期水     

海洋浮游植物溶解有机碳释放研究进展

溶解有机碳(DOC)是海洋中最大的有机碳库,其中化学性质不稳定的成分大部分来自海洋浮游植物的释放。简要回顾了浮游植物溶解有机碳释放研究的发展历史,从光合作用合成的溶解有机碳(PDOC)释放占初级生产力的比重,PDOC的化学组成,浮游植物DOC释放的途径与机制,PDOC释放的环境调控,浮游植物群落组成对PDOC释放的影响,以及浮游植物释放DOC对异养细菌的生态意义等方面对相关研究进行了综述和分析。讨论了浮游植物溶解有机碳释放研究的现状和存在的问题,并对PDOC初级生产力测定的推广和相关研究的深化提出建议。     

水库水体二氧化碳分压研究进展

天然水体中存在同化二氧化碳(CO2)的光合作用,也存在释放CO2的微生物呼吸过程。地球表层水体与大气之间的CO2交换构成全球碳循环的一个重要环节。水-气之间CO2交换的方向和通量主要受大气圈和水体表层CO2分压(pCO2)的制约。水体pCO2值可以通过对近水面气体成分变化过程的现场仪器检测或者根据测定的水体化学参数运用经验公式计算求得。迄今对陆地水体,尤其河流筑坝形成的"蓄水河流"(下称水库)水体CO2动态研究中,由于水域及其近表层大气成分的时空多变,一般采用水化学参数计算方法求得水体的pCO2值。全球约70.97%的水库表层水体pCO2高于大气pCO2。全球尺度上水库表层水体pCO2自热带向寒温带逐渐递减;单个水库水体的pCO2一般呈现"出库>入库>库中"、pCO2随深度而增加的变化规律。水库表层水体pCO2的时间变化一般表现为"冬季>夏季、消融期>冰冻期、黑夜>白天"。水库水体的pCO2是其水化学平衡的结果,受水温、水体pH、水生生物活动以及外来水体的混合等多种因素影响,变化较为复杂。为精确量化水库水-气界面CO2交换通量,水文学、湖沼学、生态学和地球化学等领域的学者有必要合作,共同努力进行水库流域尺度的实地观测,完善水体溶解无机碳计算模型,深入探讨水库水体碳动力学机制,为全球碳循环研究和气候变化预测提供可靠的基础数据。     

河流碳循环模型研究进展

河流是连接陆地和海洋两大碳库的“重要管道”和“生物反应器”,深入理解河流碳循环过程并建立河流碳循环模型是估算区域尺度河流碳通量的重要手段。当前,对河流碳循环模型构建与应用的探讨还较为缺乏。通过文献调研对河流碳循环机理和已有模型研究进行回顾和总结,首先归纳了河流中颗粒有机碳、溶解有机碳和溶解无机碳的主要来源及相关迁移转化过程,然后对经验统计和机理过程两大类河流碳循环模型的模拟方法、应用现状和优缺点进行了综述。经验统计模型采用统计或机器学习方法建立河流碳通量与环境因子的关系,建模较为简单,但普适性和外推性较差;机理过程模型在陆面模式或水文模型中耦合河流碳循环相关过程,物理性和可靠性较强,但较为复杂。不同模型的侧重点和对河流碳循环过程的表达各不相同,适用场景也不相同。河流碳循环模拟研究目前尚处于起步阶段,现有模型对陆地和水体碳循环过程以及人类活动影响的表达普遍不足,无法准确模拟和预测河流碳循环过程的长期变化。今后应加强对河流碳循环过程的观测,提高对陆地和水体碳循环机理的认识,进而完善其在模型中的表达,提高河流碳循环模拟的精度,为中国实现“双碳”目标提供科学支撑。     

筑坝对河流生态系统影响研究进展

河流是陆地生态系统和水生态系统间物质循环的通道,筑坝人为改变河流物理、化学、生物地球化学循环模式,影响河流生态系统的结构、功能.分析了筑坝对河流水文水力特性、生源要素(氮、磷、硅等)、水生态系统结构和功能的影响以及河流生态系统恢复等研究的进展.随着水库成为陆地水分循环的一个主要组成部分,对流域生态系统健康的影响日益显著,进而对大坝的生态效应、河流生态恢复等需要进行深入的研究,减轻大坝的负面效应.     

河流梯级开发生态环境效应与适应性管理进展

筑坝蓄水将迫使淹没区陆生生态系统退化消失,改变其下游受影响河段的环境与生态,破坏自然河流连续性与连通性,是影响河流生态系统显著且强烈的人类活动。河流梯级开发对其生态系统的影响可能存在"累积效应",即将大坝拦截阻隔对河流生态系统的影响逐级"放大"。然而,"累积效应"的作用对象、途径与水文生态机制目前仍不明晰。不仅如此,河流梯级开发的适应性管理的对象、目标、时空范围与作用途径等已不能简单地参照或套用当前以恢复水文自然情势来修复河流生态系统为主线的实践模式,其适应性管理取决于对河流—水库系统生态结构功能、演替规律的科学认识,也受到多利益主体的制约和影响。长江上游梯级开发在全球大河流域开发中独树一帜,将深刻改变长江上游河流生态格局。对长江上游梯级开发的适应性管理应以优化河流—水库生态结构功能、维持河流—水库生态系统健康为目标。揭示长江上游梯级开发"累积效应"的作用对象与形式,通过优化提升生态系统服务以权衡多利益主体诉求,构建长江上游绿色水电运营管理新体系,值得进一步探索。     

黄渤海有机碳的分布特征及收支评估研究

陆架边缘海是陆海相互作用研究中最为关键的区域,也是全球重要的碳储库,在区域物质循环过程中发挥着重要的作用。基于2012年5月和11月对黄渤海海域的综合调查,对该海域水体和沉积物中有机碳的含量与分布进行了分析,并结合相关文献资料对黄渤海有机碳的收支进行了估算。主要结论为:黄渤海溶解有机碳和颗粒有机碳均呈近岸河口区域高、离岸低的分布趋势;有机碳的组成以溶解有机碳为主,颗粒有机碳由海洋自生的有机碳和陆地来源的有机碳组成;黄渤海沉积物有机碳高值区主要分布在河口和泥质区,其组成也是由海洋自生和陆源混合而成,其中渤海以陆源为主,而黄海以海源为主。黄渤海有机碳收支评估表明,有机碳的主要来源为初级生产力产生的有机物,其贡献为(6 760±971)×104t/a,占有机碳输入总量的(74±10)%,沉积物再悬浮的通量为(884±200)×104t/a,东海向黄海输入的通量为(679±107)×104t/a,河流及陆源输入的通量为(643±63)×104t/a,大气干湿沉降的通量为(141±39)×104t/a,其贡献分别占有机碳输入总量的(10±2.2)%,(7.5±1.2)%,(7.0±0.7)%和(1.5±0.4)%;黄渤海有机碳的主要支出为呼吸消耗,其贡献为(5 190±746)×104t/a,占有机碳输出总量的(57±8.2)%,黄海向东海输出的通量为(2 150±370)×104t/a,有机碳沉积通量为(1 030±225)×104t/a,有机碳降解通量为(737±191)×104t/a,其贡献分别占有机碳输出总量的(24±4.1)%,(11±2.5)%和(8.0±2.1)%。有机碳收支评估表明黄渤海有机碳以海洋自生来源为主,且具有潜在碳的"汇"的特性,水体中外源输入和海洋自生有机碳的(1.6±0.3)%埋藏于该海域内。     

高砷地下水中溶解性有机碳和无机碳稳定同位素特征

随着稳定同位素分析技术的逐步完善,碳稳定同位素被广泛应用于地球化学领域。高砷地下水砷的生物地球化学循环是目前环境化学研究热点之一。分析概括了碳稳定同位素应用于地下水领域的研究现状,介绍了地下水中有机碳和无机碳稳定同位素的前处理方法以及测试技术。在此基础上,选取了内蒙古河套平原具有代表性的高砷地下水进行氧化还原敏感组分、碳稳定同位素的测定与分析。结果表明,As分布极不均匀,其含量为1.24~387 μg/L。地下水溶解性有机碳(DOC)含量相对较高,与溶解性无机碳(DIC)浓度基本呈正相关。δ¹³C_DIC相对δ¹³C_DOC较富集¹³C;δ¹³C_DIC-δ¹³C_DOC与δ¹³C_DIC之间具有显著的正相关关系;表明δ¹³C_DIC值越贫化,δ¹³C_DIC-δ¹³C_DOC越小,地下水中来源于有机物氧化分解的无机碳越多,进一步说明有机碳的氧化分解在无机碳稳定同位素贫化过程中起主要作用。此外,δ¹³C_DIC-δ¹³C_DOC与As浓度呈一定的负相关关系;表明有机物的微生物降解对砷的富集具有明显的促进作用。微生物可利用的碳源增加,促进异养微生物的代谢,并消耗氧气,最终形成有利于地下水As富集的还原环境。     

不同植物凋落物对土壤有机碳淋失的影响及岩溶效应

以低含量有机碳的岩溶土壤（ＳＯＣ, ０．８９％）为媒介,每１５０ｇ上添加松针、梧桐叶粉各 ７．５ｇ,１５ｇ,４个试验土柱号分别为ＳＣＣ３,ＳＣＣ５;ＳＢＣ３,ＳＢＣ５,接种岩溶土壤微生物群落后,于 恒温室内进行培养淋溶实验。结果表明,土壤淋溶液的电导值受土壤有机质含量多少及性质 的影响。土壤水溶性有机碳（ＤＯＣ）淋失总量ＳＣＣ３为５４０．７ｍｇ,ＳＣＣ５为１５２２．９ｍｇ;ＳＢＣ３为 ３８３．２ｍｇ,ＳＢＣ５为５６３．５ｍｇ。同时,土壤环境中Ｃａ^２＋的释放总量ＳＣＣ３为１４５．７ｍｇ,ＳＣＣ５为 ２８８．７ｍｇ; ＳＢＣ３为１７０．０ｍｇ,ＳＢＣ５为１６７．９ｍｇ。两者呈正相关,相关系数ｒ^２＝０．８５。下伏碳酸 盐岩的溶蚀量排序为ＳＣＣ５＞ＳＢＣ３＞ＳＣＣ３＞ＳＢＣ５,表明两种不同植物凋落物经微生物分 解,产生不同质和量的ＤＯＣ,并导致土壤环境中 Ｃａ^２＋释放的差异和不同的岩溶效应。从而初步揭示不同有机碳分解导致ＤＯＣ淋失的差异性,以及ＤＯＣ对岩溶动力系统的驱动。这与Ａ．Ｈｅｙｅｓ和Ｔ．Ｒ．Ｍｏｏｒｅ的研究结果一致。     

气候变暖对多年冻土区土壤有机碳库的影响

多年冻土区存储了大量土壤有机碳。气候变暖、 多年冻土退化导致其长期封存的有机碳逐渐或快速释放, 进入大气圈或水系统, 改变原有多年冻土区碳循环, 并可能显著加速气候变暖。通过综述气候变暖对多年冻土区碳库的影响研究进展, 主要包括多年冻土碳库储量、 降解机理及变化预测, 研究表明： 北半球多年冻土区的碳储量巨大, 但不确定性很高, 尤其是海底多年冻土和水合物碳库储量的评估; 多年冻土碳库对气候变暖的响应速度受土壤水热特性、 土壤有机质C/N比、 有机碳含量和微生物群落特征等多种环境因素的控制或影响; 目前, 关于北半球多年冻土碳库对气候变暖响应模拟结果说明, 多年冻土退化短期内不会导致经济和生产方面的灾难性后果。但是, 无论是针对多年冻土碳库评估, 还是多年冻土有机碳库对气候变暖的响应模拟研究结果, 都有较大的不确定性。未来多年冻土碳库变化的模拟和预测研究应更多考虑多年冻土快速退化和多年冻土区水合物分解, 如中小尺度热喀斯特的生态环境和碳的源汇效应。准确的多年冻土区有机碳排放模拟可为未来多年冻土碳与气候反馈的预估提供重要支持。     

Dissolved carbon in pore waters from the carbonate barrier reef of Tahiti (French Polynesia) and its basalt basement

This paper deals with dissolved inorganic carbon (DIC) and organic carbon (DOC) in pore waters from a 150 m deep hole drilled through the carbonate barrier reef of Tahiti and its underlying basalt basement. Alkalinity-pH measurements were used to calculate the DIC species concentration, and DOC was analysed according to the high temperature catalytic oxidation technique. Salinity was used as a conservative tracer to help identify water origin and mixing within the hole. Water mixing, calcium carbonate dissolution and mineralization of organic carbon combined to form three distinct groups of pore water. In the deeper basalt layers, pore water with alkalinity of 1.4 meq kg^–1 pH of 7.6 and p(CO₂) of 1.2 mAtm was undersaturated with respect to both aragonite and calcite. In the intermediate carbonate layer, pore water with alkalinity of more than 2.0 meq kg^–1, pH of 7.70 and p(CO₂) of 1.4 mAtm was supersaturated with respect to both aragonite and calcite. The transition zone between those two groups extended between 80 and 100 m depth. The shift from aragonite undersaturation to supersaturation was mainly attributed to the mixing of undersaturated pore waters from the basalt basement with supersaturated pore waters from the overlaying limestone. In the top of the reef, inputs from a brackish water lens further increased p(CO₂) up to 5.6 times the atmospheric P(CO₂).     

桂西北典型峰丛洼地降雨过程中地表水溶解性碳和δ^13CDIC变化特征

文中研究了中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测站内的地表水（地表径流和溪流）中溶解性有机碳（DOC）和溶解性无机碳（DIC）及其同位素组成在两次降雨事件中的连续变化特征。在两次降雨中DOC和DIC输移量分别为107．1和812．5kg,分别约为无降雨条件下相同时间内IX）C和DIC输移量的64和8倍。降雨时洼地溪流下游...     

Significance of bacteria in carbon fluxes in the Arabian Sea

In the Arabian Sea, temporal contiguity of highly oligotrophic and eutrophic periods, along with high water temperatures, may result in unique features of bacteriaorganic matter coupling, nutrient cycling and sedimentation, which are unlike those in the classical oligotrophic and eutrophic waters. Bacteria-phytoplankton interactions are suggested to influence phytoplankton aggregation and its timing. It is also hypothesized that, within aggregates, hydrolytic ectoenzyme activity, together with condensation reactions between the hydrolysis products, produce molecular species which are not readily degraded by pelagic bacteria. Accumulation of a reservoir of such slow-to-degrade dissolved organic carbon (DOC) is proposed to be a carbon flux and energy buffer, which moderates the response of bacteria to the dramatic variations in primary production in the Arabian Sea. Use of the slow-to-degrade DOC pool during the intermonsoon could temporarily render the Arabian Sea net-heterotrophic and a source of CO₂ to the atmosphere. Stored DOC is also suggested to balance the observed deficit between mesopelagic carbon demand and the sinking particulate organic carbon supply. Knowledge of the significance of bacteria in carbon storage and cycling in the Arabian Sea is needed to understand the response of the ocean’s biogeochemical state to strong physical forcing and climate change.     

岩溶山区土地利用方式对土壤活性有机碳及其分布的影响

对重庆中梁山不同土地利用方式下的0～50cm土壤活性有机碳含量和分布进行研究。结果表明:不同利用方式土壤有机碳(SOC)含量大小顺序为:竹林＞菜地＞草地＞林地＞园地＞弃耕地,且均表现为0～20cm层大于20～50cm层;土壤溶解性有机碳(DOC)含量平均值大小顺序为:林地＞竹林＞弃耕地＞草地＞园地＞菜地,土壤溶解性有机碳占土壤有机碳的比例随土层深度增加而增加;土壤易氧化有机碳(EOC)含量及其剖面分布与土壤有机碳含量变化相一致,相关分析表明,两者的相关性达到极显著水平(R=0.852,P＜0.0001),对土壤有机碳变化反应敏感。      

Carbon Isotope Stratigraphy of the Cambrian System in the Eastern Tarim Basin, China

The ultra-deep Cambrian System in the Tarim Basin is an important field for petroleum exploration, while fine division of the Cambrian strata remains controversial. In recent years, carbon isotope stratigraphy of the Cambrian System has been established and widely used. Here, we report an integrated profile of carbonate and organic carbon isotopic values (δ13Ccarb and δ13Corg) from cuttings of the Tadong2 Well in the eastern Tarim Basin. Three carbon isotope anomalies of BACE, ROECE and SPICE were recognized on the δ13Ccarb profile. Three apogees and a nadir on the δ13Corg profile and the onset of ROECE on the δ13Ccarb profile were suggested as boundaries of the present four series of the Cambrian System. Suggested boundaries are easily identifiable on the gamma logging profile and is consistent with the previous division scheme, based on biostratigraphic evidence in outcrop sections. Abnormal carbon cycle perturbations and organic carbon burials during the BACE and SPICE events might be related to the reduction and expansion of a huge dissolved organic carbon reservoir in the deep ocean of the ancient Tarim Basin.     

Combined amino acid speciation in lake sediment and porewater (Aydat Lake, France)

Dissolved and particulate fractions extracted from a lake diatom ooze were examined for individual amino acids. The study focused on combined amino acids, the predominant form in the interstitial dissolved pool (> 90%). An abundance of glycine and -alanine was observed in porewater samples of sediments both squeezed manually and gathered with in-situ dialysis (peeper). Sedimentpress squeezing and leaching of the sediment by water gave higher total quantities and different compositions (with more aliphatic and aromatic protein amino acids, -alanine being predominant). These two methods modify the original composition, presumably due to the formation of Fe-oxides and dissolution of sediment organic fractions, the alteration being aggravated if squeezing is delayed.Filtration after acidification of porewaters enabled us to distinguish two compartments: a protein-like agglutinated fraction, and a filtrate with a high glycine and -alanine content. Further division of the filtrate by adsorption on XAD or cation-exchange resins did not reveal additional fractions with different individual amino acid compositions. A link is suggested between the agglutinated fraction and the special composition of the porewaters extracted with sediment-press.Dissolved organic carbon (DOC) and total dissolved hydrolysable amino acids (TDHAA) ( 10 mg/l and 13 M, respectively) did not increase with depth, as opposed to dissolved inorganic carbon and volatile carbon. Amino acid-C accounted for less than 4% of DOC in porewaters.Individual amino acid compositions in the sediments were similar in all grain size fractions. Chemically extracted fractions had specific compositions: (l) organic fractions (alkali extracts and HF-insoluble residues) have a similar protein amino acid composition; (2) acid extracts have more acidic amino acids (HCI) or more glycine and non protein amino acids (BF). The similarity of amino acid compositions in the sediment HF-soluble fraction and the dissolved pool is discussed with respect to interactions between iron-silicate authigenic phases and porewaters.     

黄河口有机碳的时空输运特征及其影响因素分析

通过2004年4月,2004年9月,2005年9月,2006年4月4个航次,结合2003年8月对河道感潮带的连续同步观测,对低流量下黄河口有机碳的输运特征进行了考察。结果发现:黄河输入至河口的悬浮物中颗粒有机碳(POC)含量约为0.51%,主要以陆源输入为主,几乎不受季节变化影响,由于大量POC含量低的陆源泥沙的稀释作用,浮游植物对总颗粒有机碳的贡献只有在悬浮物含量(TSS)<200mg/L时才能显现出来;黄河口TSS超过455mg/L时,有机碳入海以颗粒有机碳为主;反之,以溶解有机碳为主。黄河口悬浮物在低盐度区沉降作用前后的中值粒径降低,Φ>16μm的悬浮物的沉降作用比Φ<16μm的悬浮物更为剧烈,POC含量随悬浮物粒径的降低而升高,黄河携带的颗粒有机碳80%以上集中在Φ<16μm的TSS中;低流量下,黄河口最大混浊带对POC的过滤效率为65%,混浊带对POC的过滤效应能造成黄河口POC的有效通量被高估;由于受黄河口沉积物向水体解析DOC的影响,在盐度小于10时,DOC几乎不受海水稀释作用的影响,但在盐度大于10的区域DOC与盐度表现出良好的负相关关系,黄河口枯、丰水期淡水端溶解有机碳的有效浓度分别高于实测最高值20%和10%左右,从而造成黄河口DOC有效通量被低估。