岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量

为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压(pCO₂)的时空分布规律及其扩散通量,以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成,利用PHREEQCI软件计算水体pCO₂,并基于Cole提出的气体扩散模型估算水-气界面二氧化碳(CO₂)的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期pCO₂的变化范围为0.44~645.65μatm,平均值为(55.94±124.73)μatm;枯水期变化范围为35.48~707.95μatm,平均值为(310.46±173.54)μatm;丰水期水体整体pCO₂低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处pCO₂较高,而中西部区域pCO₂欠饱和的特征.水-气界面CO₂的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27~27.16 mmol/(m²·d),平均值(-34.49±12.93)mmol/(m²·d),枯水期变化范围为-33.36~28.15 mmol/(m²·d),平均值(-8.02±15.85)mmol/(m²·d),与其他岩溶湖库相比,水生植物丰富的草海在两个极端水文期CO₂扩散通量相对较低,总体表现为大气CO₂的汇.     

大型水库分层期和混合期溶存温室气体空间变化及排放通量

水库作为温室气体的重要来源,对区域气候变化有不可忽略的影响。然而,目前对水库溶存温室气体的空间异质性及垂向特征的认知仍然欠缺。为了揭示水库分层期和混合期溶存温室气体空间特征及排放通量,也为厘清水库温室气体产生和排放的关键过程提供重要支撑。研究选择东北地区大型水库——汤河水库为对象,于2021年7—9月和10月(分别代表水库分层期和混合期)对水库不同位置(坝前、库中和库尾)开展溶存温室气体垂向分层监测。研究结果显示,水库CH₄排放通量变化范围为0.018～0.174 mmol/(m²·d),是大气CH₄的源,空间分布为库尾>库中>坝前;CO₂通量为-4.91～58.77 mmol/(m²·d),除分层期东支库尾,其余点位均表现为大气CO₂的源,空间分布为坝前>库中>库尾。时间上,分层期CH₄排放通量(0.071±0.044 mmol/(m²·d))高于混合期((0.027±0.008) mm...     

中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的研究进展及其发展思路

涡度相关技术经过长期的理论发展和技术进步,已经成为直接测定陆地生态系统与大气间的CO2和水热通量的重要方法.随着涡度相关通量观测在全球范围内的广泛开展,各区域、国家以及国际通量观测研究网络(FLUXNET)也应运而生.在过去10年里,通量观测研究在探讨全球陆地生态系统碳循环和水循环过程及环境控制机理、揭示陆地生态系统碳收支的时空格局、寻找"未知碳汇"等方面取得了显著的成果,也为资源、生态和环境等科学领域的国际交流创造了理想的合作研究平台.随着通量观测研究的不断深入,今后国际通量界将加强引进和开发新的观测技术,扩展通量观测的应用领域,尝试运用通量观测数据来协助研究有关生物地理学、生物地球化学、生态水文学、气象/气候学、遥感和全球碳循环模型等领域的科学问题.中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)是FLUXNET的重要组成部分,经过3年多的连续观测和研究已在涡度相关通量观测技术和方法、典型陆地生态系统碳水交换过程及其环境响应机理、生态系统碳水通量模型开发等方面取得了一系列重要进展.研究发现中国的主要森林生态系统在2003～2005年度都为大气CO2的汇,青藏高原上的高寒草甸生态系统也表现为较弱的碳汇,而封育的内蒙古半干旱羊草草原却表现为弱的碳源;在大的空间尺度上,温度和水分是决定陆地生态系统碳收支的关键环境因子.ChinaFLUX的发展思路拟以典型生态系统通量的联网观测与陆地样带研究相结合为技术途径,开展多尺度、多过程、多途径、多学科的综合集成观测,重点探讨生态系统的水、碳、氮循环过程机理及其耦合关系.     

藻型湖区氧化亚氮排放特征及其影响因素

湖泊等内陆水体是大气N₂O潜在的重要排放源,也是全球N₂O收支估算的重要组成部分。目前全球湖泊普遍面临富营养化和蓝藻暴发等问题,明晰藻型湖泊N₂O排放强度及其环境影响因子对准确估算湖泊N₂O排放和预测其未来变化至关重要。本研究选择太湖藻型湖区为研究对象,同时选取人为活动影响较小的湖心区作为对比区域,基于2011年8月至2013年8月为期2年的逐月连续观测,探讨藻型湖区N₂O排放特征及其影响因素。结果表明,藻型湖区呈现极强的N₂O排放,其排放通量为(4.88±3.05) mmol/(m²·d),是参考区域(湖心:(2.10±4.31) mmol/(m²·d))的2倍多。此外,在藻型湖区中不同点位N₂O排放差异显著,受河流外源输入影响,近岸区是N₂O的热点排放区,其年均排放通量高达10.93 mmol/(m²·d)。连续观测表明N₂     

戈壁地区夏季碳和水热循环及其湍流特征

本文利用2006年夏季大气边界层观测资料,采用涡动相关法分析了我国西北地区戈壁下垫面碳收支及水热循环的规律和特征,并分析了大气湍流特征.结果表明:夏季白天的CO₂湍流通量呈逆输送特征,即CO₂白天向下输送,夜间向上输送,平均数值为-0.199 mg·m^-2·s^-1,整体上表现为碳汇;戈壁地区湿度小,其数值受水平来流的影响较大,日变化特征不明显;温度的归一化标准差与稳定度参数的关系满足Monin-Obukhov Similarity (MOS)理论;温度和CO₂的能谱相似;互谱uc与uθ,wc与wθ相似;水汽和CO₂的输送主要受水平方向湍流的影响.     

微囊藻CO2-浓缩机制基因型的动态变化及其对CO2的竞争效应

由于具有高效的CO₂-浓缩机制,蓝藻在低CO₂浓度条件下具有竞争优势。然而,随着大气中CO₂浓度急剧增加,蓝藻CO₂-浓缩机制如何响应的研究较少。因此,本文以常见水华蓝藻——微囊藻为研究对象,通过对滇池微囊藻水华动态及不同CO₂-浓缩机制基因型进行监测,探讨蓝藻CO₂-浓缩机制基因的微进化特征及其动态变化。同时,设置高(0.08%)、中(0.04%)、低(0.02%)CO₂浓度(V/V)进一步揭示微囊藻不同CO₂-浓缩机制基因微进化对CO₂的竞争效应。结果表明:滇池无机碳浓度在4个采样点存在空间差异性,均呈现先降低后升高的趋势,并以HCO₃^-为主要无机碳存在形式。调查期间,东大河、观音山、洛龙河和生态所4个采样点的微囊藻均以sbtA基因型占绝对优势,相对丰度远高于bicA基因型。在不同水华时期,bicA基因型和sbtA基因型呈现相反的变化趋势,即从...     

河库连续体中溶解性无机碳及其同位素的时空分异特征——以澜沧江云南段为例

河流及水库等水生态系统中的溶解性无机碳(DIC)是全球碳循环与大气、陆地和海洋之间碳相互作用的重要组成部分.以澜沧江云南段上游天然河段及下游梯级水库群形成的连续体为研究对象,分析了河库连续体表层水体中水化学特征、溶解性无机碳浓度及其碳同位素时空分布特征.研究结果表明:河库连续体水体中溶解无机碳(DIC)及其同位素(δ13 C DIC)组成特征总体表现为:DIC浓度丰水期较低,枯水期较高,平均值分别为2.59±0.44和3.30±0.37 mmol/L;δ13 C DIC值丰水期偏负、枯水期偏正,平均值分别为-8.52‰±0.38‰和-6.95‰±0.53‰,与自然河流的季节变化特征相似.水体DIC来源主要包括土壤及水体有机质分解生成的CO 2、碳酸盐风化和水气界面CO 2的交换过程.澜沧江河库连续体中DIC浓度及δ13 C DIC组成的时空异质性特征与流域岩性、土壤生物地球化学过程以及微生物活动强度等均有较大关系.当前,澜沧江梯级水库群建库时间短,梯级联合运行下调度复杂,水文条件多变,梯级水库对河流重要生源要素——碳累积影响方面的“水库效应”还不明显.     

新保安—沙城断裂带土壤气地球化学特征分析

测量断裂带土壤气浓度变化, 是监测断裂活动性和地震危险性的重要途径之一。 2014年5月, 我们在怀来地区新保安-沙城断裂测量了断层土壤气H₂、 He、 CO₂、 Rn、 Hg浓度以及CO₂、 Rn、 Hg的通量。 测量结果显示: H₂、 He、 CO₂、 Rn、 Hg浓度变化范围分别为, H₂: (0.4～34.2)×10^-6、 He: (2.8～7)×10^-6、 CO₂: (0.051～1.19)%、 Rn: (0.31～18.22) kBq/m³、 Hg: (2～54) ng/m³。 土壤气H₂和Rn是揭示断层位置的有效参数之一, 在断层附近以及有陡坎的地区有明显高值异常。 通过对怀来地区新保安-沙城断裂土壤气浓度及通量地球化学研究初步确定断裂带有较高的脱气强度, 与此区域地震活动性有一定的关系。     

怀涿盆地北缘断裂带土壤气体地球化学特征

在河北怀涿盆地的郝家坡和小水峪布设两条测线开展了四期土壤气Rn,CO₂和Hg的浓度测量,并基于此研究该盆地北缘断裂带南西段和北东段土壤气地球化学特征的空间分布差异及其与断裂活动的关系。结果显示：郝家坡剖面土壤气Rn, CO₂和Hg的浓度平均值分别为8 371.16 Bq/m³,0.85%和14.82 ng/m³;小水峪剖面土壤气Rn,CO₂和Hg的浓度平均值分别为2 813.18 Bq/m³,0.42%和13.08 ng/m³,可见郝家坡地区土壤气Rn,CO₂和Hg的浓度平均值均高于小水峪地区,这种浓度空间分布的差异性可能是断裂活动性和断裂破碎程度不同所致。对区域土壤Hg浓度(total mercury,简称为THg)与土壤气测量浓度的对比分析可知,深层THg浓度与土壤气Rn,CO₂和Hg浓度在空间分布上具有一定的一致性,且高值异常点分布于断裂带附近。结合区域定点前兆观测数据及地震活动性分析...     

三峡水库CO2、CH4通量监测分析研究

自成库以来,三峡水库CO₂、CH₄等温室气体通量较蓄水前发生明显改变。如何科学认识和客观评估三峡水库修建及运行对其CO₂、CH₄等温室气体通量的影响备受关注。本文简要回顾了自2009年以来在三峡水库开展CO₂、CH₄等温室气体通量监测与分析工作,综述认为,现阶段三峡水库温室气体排放以水-气界面扩散释放为主要途径。陆源输入的有机碳是主导三峡水库CO₂、CH₄产生的主要碳源,但在局部区段或时段自源性有机碳的贡献亦十分显著。同蓄水前相比,三峡水库碳排放量呈现为净增加,淹没效应约占水库C净增量的20%,库区内点面源污染负荷并未对CO₂排放的净增量产生显著贡献,阻隔效应和生态系统重建效应对三峡水库碳排放的净增量产生显著贡献。近10年来,监测方法比对、监测点位优化等工作在一定程度上完善了三峡水库温室气体通量监测体系。新方法、新技术的引入也为三峡水库温室气体通量监测分析提供了有利支撑和保障,但复杂水文环境...     

地电阻率绘图打印程序设计与实现

以通州地震台2008年观测数据为例,给出了地电阻率绘图打印程序的设计与实现。重点讨论了面向对象的程序设计方法、双缓冲绘图技术及所见即所得打印的实现。程序可与SODE数据库进行无缝集成,有多种绘图输出样式,操作简单,交互性好,在多个地震台站得到成功应用。     

The effect of C3 and C4 plants for the magnetic susceptibility signal in soils

To understand the origin of the ultrafine pedogenic components responsible for the magnetic susceptibility (MS) enhancement remains a major challenging problem in linking magnetic signal with paleoclimate. Here we examine the effect of the natural fires on the MS signal of both plants and modern soils and in particular the MS difference between C3 and C4 plant ashes and their influence on magnetic susceptibility. We also proved the influence of the different floral root systems on the MS signal of modern soils. We find that the C3 and C4 plants are different in their ability to enhance MS signal of modern soils. Increased MS signal of modern soils by C4 plants was much greater than that by C3 plants.     

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法及数值模拟研究

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法是利用特定的脉冲和测量时序设计,采用远、近伽马探测器记录非弹性散射和俘获伽马能谱以及伽马射线时间谱,通过获取C/O和地层宏观俘获截面等信息来确定地层含油饱和度.采用大直径仪器和BGO晶体探测器时,其采集的非弹性散射和俘获伽马能谱计数统计性优于国外仪器,重复脉冲发射中子后伽马射线时间谱仍满足指数衰减规律,且能使伽马射线时间谱的道计数累积,计数统计性好于常规中子寿命测井,得到的地层宏观俘获截面与单脉冲发射近似相同.在地层孔隙度未知的情况下,利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术可以定量确定含油饱和度.     

Sources of particulate and dissolved organic carbon in the St Lawrence River: isotopic approach

We investigate sources of both dissolved and particulate organic carbon in the St Lawrence River from its source (the Great Lakes outlet) to its estuary, as well as in two of its tributaries. Special attention is given to seasonal interannual patterns by using data collected on a bi‐monthly basis from mid‐1998 to mid‐2003. δ¹³C measurements in dissolved inorganic carbon, dissolved organic carbon (DOC) and particulate organic carbon (POC), as well as molar C : N in particulate organic matter (POM), are used to bring insight into the dynamic between aquatic versus terrigenous sources. In addition, ¹⁴C activities of DOC were measured at the outlet of the St Lawrence River to its estuary to assess a mean age of the DOC exported to the estuary. In the St Lawrence River itself, aquatically produced POC dominates terrestrially derived POC and is depleted in ¹³C by approximately 12‰ versus dissolved CO₂. In the Ottawa River, the St Lawrence River's most important tributary, the present dataset did not allow for convincing deciphering of POC sources. In a small tributary of the St Lawrence River, aquatically produced POC dominates in summer and terrestrially derived POC dominates in winter. DOC seems to be dominated by terrestrially derived organic matter at all sampling sites, with some influence of DOC derived from aquatically produced POC in summer in the St Lawrence River at the outlet of the Great Lakes and in one of its small tributaries. The overall bulk DOC is relatively recent (¹⁴C generally exceeding 100% modern carbon) in the St Lawrence River at its outlet to the estuary, suggesting that it derives mainly from recent organic matter from topsoils in the watershed. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

青海湖全新世硬水效应随时间变化性及其对沉积物~(14)C年龄的校正

通过研究青海湖全新世硬水效应变化与大气~(14)C浓度(X_(atm))之间的关系,确定了湖水溶解无机碳(DIC)与大气~(14)C浓度之比值(X_(DIC)/X_(atm))约为0.790.利用已知X_(atm)随时间变化曲线重建了青海湖全新世的硬水效应,并对沉积物年龄作了相应校正.结果表明,青海湖全新世沉积物(有机质)~(14)C年龄偏老主要缘于湖泊硬水效应,从全新世早期的1000a左右升高到核爆近前的2300a左右,核爆效应之后2005AD又降至1500a左右,其变化至少在很大程度上受控于X_(atm)的波动(对应于以上3个时期,根据X_(atm)所恢复的硬水效应分别为1100a、2150a、1313a).在此基础上,利用硬水效应校正表对青海湖全新世沉积物~(14)C年龄进行了分阶段校正,基于此校正年龄的红度曲线较好地响应了9000-8000cal aBP、6000-5000cal aBP、4200-3800cal aBP、3500-2500cal aBP、1200-1000cal aBP和600-150cal aBP等全球性冷事件.     

Ecohydrological effects of water reservoirs with consideration of asynchronous and synchronous concurrences of high- and low-flow regimes

Inflow of nine reservoirs in the Liao River basin, China, is used to analyse the concurrence of high/low flows, and also the ecological instream flow. The results indicate that the general extreme value distribution model performs well in describing the probabilistic behaviour of high/low flows in the basin. Specifically, the Gumbel and Frank copula functions perform better than other functions. Reservoir inflow encounter series are subject to high synchronous concurrence, at greater than 27% for low flow vs low flow. Thus, the water supply system of the basin is not steady. The ecological instream flow can be analysed by a monthly frequency computation method, with 90% guarantee rate. The low-flow periods are January, February and May, and water transfers are not feasible in these periods. Thus, external sources of water are urgently needed to guarantee sufficient water supply to provide critical water resources and to protect important aquatic environments.     

Determination of the 13C/12C Isotope Ratio of Organic Compounds for the Biological Degradation of Tetrachloroethene (PCE) and Trichloroethene (TCE)

With the method used here, it was possible to determine the isotope content of both the initial compounds and their metabolites formed due to microbial degradation. The chemical analysis showed that the dominating degradation metabolite for both PCE and TCE degradation was cis-1,2-dichloroethene (cis-1,2-DCE). Apart from this, the formation of TCE, trans-1,2-DCE, 1,1-DCE, chloroethene (VC), ethene and ethane was observed. The isotope analysis showed no measurable fractionation of stable carbon isotopes, for the microbial degradation of PCE and TCE to cis-1,2-DCE. There was a small effect for trans-1,2-DCE and a stronger one for VC as metabolite of TCE.     

海南三亚地区S4指数与C/N、ROTI的比较分析

本文通过利用海南三亚站（1834°N, 10962°E）GPS闪烁/TEC接收机2004年8月到2005年7月间观测数据，在对三亚地区闪烁初步统计分析的基础上，比较分析了观测数据中S₄（幅度闪烁指数）和C/N（载噪比），S₄和ROTI（TEC变化率标准差）的关系，同时对2004年11月7日的闪烁事件进行了具体的分析. 通过比较分析得出：（1）三亚地区全年的闪烁强度具有明显的半年变化，在春秋季出现全年闪烁强度的最大值；（2）S₄与C/N具有很好的负相关性；（3）ROTI可以作为由小尺度不规则结构引起闪烁出现的指示剂.     

Using SPIRAL (Single Pollen Isotope Ratio AnaLysis) to estimate C3- and C4-grass abundance in the paleorecord

C₃ and C₄ grasses differ greatly in their responses to environmental controls and influences on biogeochemical processes (e.g. water, carbon, and nutrient cycling). Difficulties in distinguishing between these two functional groups of grasses have hindered paleoecological studies of grass-dominated ecosystems. Stable carbon isotopic analysis of individual grains of grass pollen using a spooling-wire microcombustion device interfaced with an isotope-ratio mass spectrometer holds promise for improving C₃ and C₄ grass reconstructions. This technique, SPIRAL (Single Pollen Isotope Ratio AnaLysis), has only been evaluated using pollen of known C₃ and C₄ grasses. To test the ability of SPIRAL to reproduce the abundance of C₃ and C₄ grasses on the landscape, we measured δ¹³C values of > 1500 individual grains of grass pollen isolated from the surface sediments of ten lakes in areas that span a large gradient of C₃- and C₄-grass abundance, as determined from vegetation surveys. Results indicate a strong positive correlation between the δ¹³C-based estimates of % C₄-grass pollen and the abundance of C₄ grasses on the landscape. The % C₄-grass pollen slightly underestimates the actual abundance of C₄ grasses at sites with high proportions of C₄ grasses, which can be corrected using regression analysis. Comparison of the % C₄-grass pollen with C/N and δ¹³C measurements of bulk organic matter illustrates the distinct advantages of grass-pollen δ¹³C as a proxy for distinguishing C₃ and C₄ shifts within the grass family. Thus SPIRAL promises to advance our understanding of grassland ecology and evolution.