云南白水台钙华池出入口水化学和δ13CDIC昼夜变化的影响因素及水生光合作用影响比例的计算

钙华是岩溶区常见的次生化学沉积物,也是陆地气候环境信息的高分辨率载体之一。它的形成常常与水生植物有关,后者的新陈代谢过程可能会改变水中溶解无机碳(DIC)的同位素组成,进而影响钙华的碳同位素值。然而在古环境重建中,水生植物引起微环境变化所造成的影响常常被研究者忽视。本研究选取了白水台两个具有丰富沉水植物的钙华水池,对水池入口、出口的水化学和DIC的碳同位素组成(δ13CDIC)进行了高分辨率的昼夜观测和取样分析。结果显示,在低浓度DIC水体（S1-3）补给水池时,水池出口与入口之间的δ13CDIC的变化很小,主要反映的是出口δ13CDIC继承入口δ13CDIC,反映了滞后效应对水体δ13CDIC的控制;而在高浓度DIC水体（S1-1）补给水池时,水池出口与入口之间的δ13CDIC的变化主要受脱气作用控制。通过对水生光合作用影响比例的计算发现,由于库效应的存在,水生植物的光合作用对δ13CDIC的影响很小。      

水生植物对岩溶区河水地球化学昼夜变化的影响——以漓江为例

为研究河流非岩溶区断面和岩溶区断面生物地球化学昼夜变化过程、特征及影响因素,探讨水生生物对岩溶区河水碳汇作用的影响,于2016年10月30日-2016年11月1日,在广西桂林漓江干流非岩溶区的峡背和岩溶区的省里设置两个监测点同时开展了为期48小时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)、pH以及Ca2+、HCO-3、NO-3等离子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。发现:（1）峡背和省里两断面水化学类型为HCO3－Ca型,但水文地球化学昼夜变化过程不同:省里断面的物理化学参数昼夜变化显著,T、pH、DO、SIC白天上升夜间下降,Ca2+、HCO-3的质量浓度和EC、p (CO2)白天降低、夜晚上升;而峡背断面理化指标昼夜变幅小,这与峡背断面处于岩溶区与非岩溶区交界处,非岩溶河流汇入、生物量较小等环境特征有关。（2）省里断面营养元素(NO-3、SO42-、Cl-、Na+)昼夜变化过程主要受水生植物同化作用控制,呈现白天降低、夜间升高的变化规律。（3）峡背断面和省里断面TOC 与DOC白天上升、夜间下降,最高日变化幅度可达79%和61%,利用端元混合模型计算得出省里断面和峡背断面内源有机碳占总有机碳的比例分别为91.99%和88.39%,省里断面和峡背断面水生植物光合作用利用HCO-3作为无机碳源的比例为67.42%～99.75%和57.76%～69.78%,平均值分别为79.54%和63.13%。（4）省里断面溶解无机碳(DIC)变化范围为67.1～115.9 mg·L-1,平均值为96.5 mg·L-1,呈现白天下降夜间上升的变化。δ13CDIC变化范围-7.8‰～-9.9‰,平均值为-8.9‰,表现为白天偏重、晚上偏轻的动态变化,两者呈显著的负相关关系(相关系数为-0.79)。研究表明省里断面水生植物光合作用和呼吸作用以及钙沉降是控制DIC昼夜变化的主导因素。通过估算监测期间省里断面光合作用DIC转化速率平均值为1.2×10-5 mmol·L-1·S-1,Ca2+离子的沉积速率平均值为0.18×10-5mmol·L-1·S-1。因此,岩溶区河段水生生物光合作用及其固碳能力较非岩溶区河段明显增强。      

桂林漓江水体溶解无机碳迁移与水生光合碳固定研究

河流溶解无机碳含量昼夜变化主要受碳酸盐反向沉积、水生光合利用和脱气作用控制,被水生光合利用的溶解无机碳是岩溶碳汇的组成部分,脱气作用比例的大小是影响碳汇稳定性的决定因素。本文以漓江中游省里—冠岩之间15 km长河段为研究对象,开展昼夜高分辨率水化学自动化监测与高频取样,分析水生植物光合作用利用HCO3-1及相关钙沉降过程。结果表明,监测河段水生光合利用的无机碳转化通量为859 kgC?d-1,单位流程光合作用溶解无机碳转化量和钙沉降量分别为2.06 t?（d?km）-1和0.78 t?（d?km）-1。光合作用与钙沉降消耗DIC约占总转化量的70 %,以光合有机碳和CaCO3形式储存于河床,成为岩溶碳汇组成部分。无机碳转化量约占输入DIC总量的6.0 %（其中1.7%以CO2形式返回大气）,说明夏季低水位期间强烈的水生植物光合利用溶解无机碳,可有效遏制白天水气界面CO2脱气过程发生,低脱气比例证实漓江水体的溶解无机碳还是比较稳定的。      

广西官村岩溶溪流中生物地球化学控制的DIC和NO3-昼夜变化研究

为了解岩溶区控制溪流中溶解无机碳(DIC)和NO_3~-昼夜变化的生物地球化学过程以及DIC和NO_3~-日变化量,于2014-07-22~2014-07-24期间,在广西壮族自治区融安县官村溪流中包括地下河出口(CK)和下游雷崖村(LY)设置两个监测点同时对水体物理化学参数以及C、N同位素(δ~(13) CDIC、δ~(15) N-NO_3~-和δ~(18) O-NO_3~-)展开了为期2d的高分辨率昼夜监测采样工作。结果发现CK点各物理化学参数没有表现出昼夜变化,但是LY点Ca2+、DIC以及PCO2表现出明显的昼夜变化规律,即白天下降夜间上升且与DO和pH表现出明显的负相关关系。相对于CK点,在白天水生光合生物光合作用导致LY点DIC下降的同时δ~(13) CDIC上升,而在夜间呼吸作用导致LY点DIC上升的同时δ~(13) CDIC下降且部分时间段要低于CK点δ~(13) CDIC值。溪流中的NH4+在监测期间基本上都在下降而NO_3~-离子在夜间和上午时间段都在上升,δ~(15) N-NO_3~-却表现出下降的趋势,且比较接近δ~(15) N-NO_3~-初始值,而NO_3~-离子在下午时间段出现下降的趋势。结果表明溪流中DIC昼夜变化主要受到水生植物的光合作用和呼吸作用控制,且通过质量平衡方程计算得知溪流中由于光合作用吸收无机碳而转为有机碳的量为0.94kgC/d,这部分有机碳可以形成相对长期稳定的自然C汇。溪流在夜间和上午时间段发生了N的硝化作用,增长量为2.08kgN/d,但在下午时间段(12:00~18:00)发生了N的同化作用,损失量为0.42kgN/d。溪流输出的NO_3~--N的量为1.66kgN/d,表明在富碳、富钙的岩溶溪流中,有利于水生光合生物的生长,促进N的同化作用的发生,从而减少溪流输出NO_3~--N的量,说明岩溶区溪流N的生物地球化学过程可能在昼夜尺度上改变水质。     

贵州洪家渡盆地泉水水化学和碳同位素特征及成因

泉水是洪家渡盆地居民的重要饮用水源,近些年随着人类活动的增强,泉水水质呈恶化趋势。为查明泉水中污染物来源及其地球化学过程,采集15组具有代表性的水样分析水化学、溶解无机碳（dissolved inorganic carbon,DIC）碳同位素(δ13CDIC)特征。结果显示泉水组分以Ca2+、Mg2+和HCO-3为主,富集SO2-4,硫酸、硝酸与碳酸共同参与了研究区碳酸盐岩风化。泉水Na+、Cl-、K+和NO-3主要来源于肥料（如化肥、粪肥）和污水,SO2-4主要来源于煤层中硫化物氧化、雨水和污水。S01和S09泉因NO-3超标已不可直接饮用。泉水δ13CDIC值主要受碳酸盐岩溶解和土壤CO2的控制,但硫酸、硝酸参与碳酸盐岩风化使泉水δ13CDIC值偏正,且SO2-4、NO-3浓度上升;而硫酸盐细菌还原作用和反硝化作用及人为输入污染物中有机质的降解导致泉水δ13CDIC值偏负。诸多因素导致泉水δ13CDIC值在-17.72‰~-8.74‰之间,平均值为-11.58‰。研究证实δ13CDIC与水化学相结合是探讨碳的生物地球化学过程及示踪岩溶区地下水污染物来源行之有效的方法。     

亚热带典型岩溶区地表溪流溶解无机碳昼夜变化特征及其影响因素

岩溶水体溶解无机碳(DIC)的转化过程是评价岩溶碳汇稳定性及效应的重要指标之一,为了解其在岩溶地下水补给的地表溪流中的变化特征和影响因素,于2013年7月8~14日对广西融安县官村地下河水补给的地表溪流进行7昼夜定位连续监测,利用高分辨率自动监测仪器每15分钟测定pH、溶解氧(DO)、水温(T)、电导率(SpC)等参数,人工每2小时采集水样用于测定常规离子和δ~(13)C_(DIC)等指标。结果表明溪流水体T,pH,DO,SpC,DIC(以HCO_3~-表示),Ca~(2+),δ~(13)C_(DIC),方解石饱和指数(SIc)以及水体二氧化碳分压(pCO_2)等水化学指标均表现出明显的昼夜变化过程。SpC,DIC,Ca~(2+)和pCO_2等指标白天降低,夜间升高;T,pH,DO,δ~(13)C_(DIC)和SIc等指标白天升高,夜间降低。SIc变化范围为0.70~0.89,表明溪流中可能发生了碳酸盐的沉积。通过热力学参数计算表明水温(昼夜变化幅度为5.8℃)对水体pCO_2的昼夜变化影响率为27.48%~54.88%。反映水体水生植物新陈代谢过程(光合作用和呼吸作用过程)的水体DO指标和水体δ~(13)C_(DIC)均在白天上升,夜间下降,而δ~(13)C_(DIC)和水体DIC呈明显负相关关系(R~2=0.71),这也证明溪流水体DIC的变化过程受到水生植物新陈代谢过程的影响,白天水生植物以光合作用为主,消耗DIC,释放O_2,水体δ~(13)C_(DIC)上升;晚上以呼吸作用为主,消耗O_2,释放CO_2,增加DIC,水体δ~(13)C_(DIC)下降,其对水体pCO_2的昼夜变化影响率为45.12%~72.52%。通过研究表明溪流溶解无机碳变化过程受到物理因素(太阳辐射和水温等)和生物作用(呼吸作用和光合作用)的共同影响,这为进一步了解岩溶地下水出露地表后溶解无机碳转化过程及岩溶碳汇稳定性评价提供了依据。     

桂林潮田河水溶解无机碳昼夜变化与通量

小型山区河流系统具有流域面积小、响应时间短、人类活动的水化学影响易识别等特点,是研究生物地球化学过程的理想场所.本文以桂林潮田河为例,通过高分辨率监测与高频取样,研究水化学昼夜动态变化,无机碳移除及其生物地球化学控制机理.受水生光合作用与钙沉积作用的控制,河水pH、DO、SpC、HCO–3和Ca2+离子产生显著的昼夜动态变化,这些水化学指标昼夜变幅大小又与河床基质和水生植物类型有关.砾石类河床藻类发育的鸟岭桥河段Ca2+和HCO3-含量白天下降幅度平均值分别为12％和11％,泥质类河床沉水植物发育的两河沟河段为10.6％和8.9％.DO浓度与pH值主要受局地河流内部过程控制,即水生植物或藻类光合作用控制,而电导率受上游传输影响较大,滞后时间与两点之间信号平流传输时间相关.监测河段水体因光合作用产生的钙沉降与溶解无机碳移除量分别为302 kg/d和997 kg/d,即188.75 g/m/d和623.13 g/m/d,是西南亚热带典型地下河出口河流的4～5倍,小型岩溶河流沿流程发生的无机碳向有机碳转化,对水体碳通量而言,是真正意义上的自然碳汇过程.     

地下河出口河流水化学昼夜动态变化——生物地球化学过程的控制

昼夜动态变化的研究有助于揭示水体中相对快速的生物地球化学过程,同时也有助于判别影响水化学变化的主导因子。本文选择由地下水补给且富含水生植物的典型河流,开展高分辨率水文地球化学监测和高频率水样取样工作,分析了水化学的昼夜动态变化特征并对比其沿流程的变化,探讨了水化学昼夜循环产生的生物地球化学控制机理。结果表明,河流水化学离子成分多呈现出昼夜动态变化的特点,Ca2+、DIC白天下降幅度达22.4%,昼夜循环主要受水生植物光合作用控制,但不同成分沿流程具有不同的变化规律,存在Ca2+、DIC和营养元素成分的流失。研究河段硝酸盐含量较高(农业活动产生的面源氮补给),沿流程有减小趋势,受生物同化作用控制,白天小幅升高夜间回落的昼夜动态变化,主要受硝化作用过程控制。DOC与TOC含量小时数据呈现快速波动特点,白天上升夜间下降,受生物代谢活动控制,DOC的日变化幅度可相差1倍。岩溶区地表河流水化学昼夜动态变化规律与生物地球化学过程研究,不仅能揭示水化学无机组分昼夜循环的控制因素,也有助于更好理解岩溶作用过程中无机碳与有机碳的快速转换特性,对提高岩溶碳汇的估算精度有重要意义。     

四川黄龙沟源头黄龙泉泉水及其下游溪水的水化学变化研究

用水化学仪器自动记录、现场滴定及取样室内分析等方法,对四川黄龙沟钙华景区水的物理化学动态变化特征进行了研究。结果发现,黄龙钙华的沉积主要起因于水中CO2的大量释放,造成溪流自黄龙泉泉口向下游方向水的二氧化碳分压（p（CO2））和电导率（EC）降低,pH值和方解石饱和指数（SIc）升高。但仔细分析发现,水化学的这一空间变化主要发生在SIc〈1．0时;当SIc〉1．0后,向下游方向,水化学趋于稳定。同时,黄龙沟地表融雪水和沿途泉水分别产生的稀释和浓集作用对溪流水化学的这一空间变化产生了明显的影响。此外,源头黄龙泉的水化学稳定,没有明显的日变化,而下游的池水则出现pH值、EC和SIc及p（CO2）的显著日变化,即白天p（CO2）、EC较低,而pH和SIc较高,反映了白天较快的碳酸钙沉积,其中温度和水生生物光合作用的影响可分别达到19％和81％。     

西藏搭格架地热区天然水的水化学组成与稳定碳同位素特征

为探究青藏高原搭格架地热区地热水、湖水、河水、冰雪融水等天然水体的水化学组成及物质来源控制因子,于2014年8月对该地区进行了考察和取样。利用紫外-可见光分光光度计和ICP-OES测定了水样中各阴、阳离子含量,利用Gas Bench连接同位素质谱仪测定了水样中溶解无机碳（DIC）同位素比值。结果表明,地热水中总溶解固体（TDS）含量为977.13~1 279.50 mg/L,阳离子以K+和Na+为主,阴离子以HCO3-和Cl-为主,湖水的TDS含量为77.81~810.94 mg/L,阳离子以Na+和Ca2+为主,阴离子以HCO3-(CO32-)和SO42-为主,地热水和湖水的水化学类型为HCO3-Na型;河水和冰雪融水的各离子含量较低,水化学类型为HCO3-Ca型;地热水的DIC浓度范围为9.2~15.4 mmol/L,δ13CDIC值为-9.09‰~-0.95‰;湖水的DIC浓度为1.1~9.7 mmol/L,δ13CDIC值为-8.84‰~-0.27‰。根据水化学Gibbs分布模式图判断出区域水化学特征主要受硅酸盐岩风化控制,以钠长石和钾长石风化为主,但是地热水的水化学组分受到硅酸盐岩和蒸发盐岩共同控制。通过碳同位素比值分析对区域主要风化过程中CO2的来源示踪表明,湖区周围的硅酸盐风化其碳源主要为土壤CO2,热泉区硅酸盐水解其碳源为地球深部CO2输入。      

桂林会仙岩溶湿地水化学昼夜动态变化 及其影响因素

岩溶区地表河流与岩溶湖水化学的动态变化及水生植物固碳作用的研究,有助于加深对岩溶作用的生物地球化学过程特性,即短时间尺度属性的认识。本文利用自动化高精度在线监测和高密度取样,探讨岩溶湖(地下河水补给)水化学的昼夜动态变化及不同水生植物的影响。受气温和水生植物光合作用的影响,白天水温、pH、溶解氧、无机碳同位素值呈同步上升,而Ca2+、HCO-3含量、电导率下降。沉水植物群落分布区水化学等指标昼夜变幅大于挺水植物群落分布区,水温、pH、Ca2+、HCO-3、溶解氧、无机碳同位素值在挺水植物区的昼夜变化幅度分别为442 °C、065、18 mg/L、08 mmol/L、1402 mg/L、-2.27‰(δ13CV-PDB),在沉水植物区则分别上升到632 °C、143、24 mg/L、15 mmol/L、2386 mg/L、-5.03‰(δ13CV-PDB),说明沉水植物区的钙沉降与固碳效率更高。结果可为深入认识岩溶湿地水生生态系统,估算岩溶区水生植物固碳潜力奠定科学基础。     

外源水和外源酸对万华岩地下河系统岩溶碳汇效应的影响

流域的岩石化学风化过程是全球碳循环中的重要环节。近年来流域水化学碳汇通量估算已越来越多地关注到外源水(硅酸盐风化)及外源酸对全球碳循环的影响。文章选取万华岩地下河流域为研究区,流域硅酸盐岩和碳酸盐岩分布面积占比为64%和36%,于2017年对洞口进行为期一年的取样监测,并分别于4月和9月对万华岩地下河系统内13个水点的离子组成进行监测,利用水化学平衡法和Galy模型,对流域岩石化学风化速率和CO2消耗通量进行了计算,对万华岩地下河系统的岩石风化和碳循环过程进行了分析。结果表明,万华岩地下河系统岩石风化消耗CO2的速率为31.02 t·(km2·a)-1;以碳酸岩风化为主,其风化速率为硅酸盐溶蚀的20倍;流域内碳酸盐岩风化对CO2消耗量占到整个流域的92.16%;不同岩石风化类型对碳通量的贡献率以碳酸溶解碳酸盐岩最大,为87.06%;流域上游的外源水对岩溶碳汇具有巨大的促进作用,外源水汇入后碳酸盐岩碳汇速率可以达到无外源水汇入流域的2倍;硫酸溶解碳酸盐岩次之,为9.24%;碳酸风化硅酸盐岩最小,为3.7%,在计算流域碳汇量的时候应将硫酸参与岩石风化的影响去除。     

岩溶地质碳汇的稳定性——以贵州草海地质碳汇为例

近几年来对岩溶碳汇的争论越来越多, 其关键问题是岩溶作用产生的重碳酸根是否稳定。本文以贵州草海流域为研究区, 基于前人研究基础, 以碳同位素模型计算出岩溶作用产生的DIC((Dissolved Inorganic Carbon溶解无机碳)中58.8%为草海中为水生植物利用, 草海地质碳汇量达588.67 tC/a。以此推算长江中下游湖泊沉水植物每年固碳量370602 tC/a, 长江中下游湖泊中仅沉水植物稳定的地质风化CO2汇量约为75万吨。从而证明岩溶碳汇的相对稳定性和岩溶动力系统新理论的合理性。     

岩溶区河流水化学昼夜变化与生物地球化学过程

河流水化学昼夜动态变化的研究有助于揭示水体中相对快速的生物地球化学过程(河流内过程),同时也有助于判别上游补给区流域过程。已有的研究表明生物过程（光合作用与呼吸作用）、地球化学过程（碳酸盐平衡、碳酸钙沉积）是控制河流pH、SpC、Ca2+和HCO3-含量昼夜变化的主要因素。不同级别、类型及河床微环境均会对水化学昼夜变化产生影响,与气温密切相关的光合作用是产生河水pH值和DO昼夜变化的主控因素。在偏碱性与富含钙离子的岩溶河流,有机体的钙化作用与酸分泌可能对光合作用具有重要作用,从而导致水体中Ca2+和HCO3-出现白天下降-夜间回升的昼夜动态变化,下降幅度达20%~30%。水生植物通过光合作用产生DIC(主要为HCO3-)的原位沉降,是真正意义上的净碳汇。昼夜生物地球化学循环及效应研究有助于全面认识岩溶区碳循环特征及岩溶含水层源汇关系,尤其是岩溶碳汇稳定性与净碳汇估算;同时对长时间尺度河流监测计划的制定具有重要意义。      

土地利用对岩溶作用碳汇的影响研究综述

耦合水生光合作用的岩溶作用碳汇新模式的提出使得碳酸盐岩的风化过程成为寻找“陆地剩余碳汇”(residual land sink) 的新方向。传统意义上,碳酸盐岩风化在全球碳循环模型中被认为是未快速响应地表环境变化的地质过程,然而最新一系列研究表明人类土地利用显著改变了这一地质循环过程。文章总结了岩溶作用碳汇对不同土地利用/覆被变化的具体响应,并对其机理进行了系统分析。发现土地利用与覆被变化影响岩溶作用碳循环过程主要源自土壤CO2浓度和径流量变化以及外源酸（硝酸和硫酸）的介入。证据显示在土地利用对岩溶作用碳汇的调控中土壤CO2浓度与径流量是复杂且相互制约的两个机制,人类活动产生的外源酸干扰在不同层面上的影响也不同。由于地表水生生态系统所产生的内源有机碳（AOC）的巨大稳碳能力(水生碳泵效应)在以往的研究中并没有与碳酸盐岩风化过程相联系,因而其对土地利用变化的响应过程和机理是岩溶碳循环研究的最新方向。基于土地利用调控碳酸盐岩风化过程的复杂性和多样性特点,综合考虑岩溶作用产生的DIC(溶解无机碳)与AOC在不同土地利用情况下的相互关系以及定量分析各环境因素的具体效应成为了合理制定人为土地利用调控策略的必要前提,也是岩溶作用碳汇研究的未来发展方向。      

贵州七星洞系统中水文地球化学特征对滴水δ~(13)C_(DIC)的影响及其意义

2003年4月至2004年5月,笔者对贵州七星洞(QXD)进行了较为详细的监测,逐月采集了土壤水和洞穴滴水等样品,分别测定了样品的稳定碳同位素组成和水文地球化学参数。结果显示,9个滴水点同期的溶解无机碳同位素值(δ13CDIC)之间存在着大的差异,最大达6.9‰;δ13CDIC值偏重的Ⅰ组滴水,其Ca、Sr、HCO3、电导率(EC)和方解石饱和指数(SIC)等水文地球化学指标偏小,而Mg/Ca比值偏大,Ⅱ组则相反;不同滴水点的δ13CDIC值分别与相应滴水的Ca、Sr、HCO3、EC、Mg/Ca和SIC等水文地球化学指标之间存在较好的相关关系。进一步分析表明,与土壤水δ13CDIC平均值-9.9‰相比,Ⅰ组1#、2#、6#、7#和8#滴水点δ13CDIC值偏重4.5‰～5.7‰,主要是由大量的基岩溶解以及前期方解石沉积(prior calcite precipitation,PCP)共同作用的结果;Ⅱ组3#、4#、5#和9#滴水点δ13CDIC值偏重0.6‰～1.6‰,受基岩溶解和PCP过程影响较小,尤其是9#滴水点受影响最小。因此,若不考虑基岩溶解和PCP过程影响作用,将会极大地影响洞穴化学沉积物碳同位素记录的准确解释。     

中国西南河流碳、氮运移机制及其对水文条件变化的响应:以西江为例

流域碳、氮的生物地球化学循环过程关联着区域/全球尺度的气候变化,同时受到气候条件变化的影响。本次研究以我国西南喀斯特地区的西江为例,通过时间序列的高频次样品采集和分析,揭示水文条件变化对河流碳、氮动态变化的影响及其控制机制。结果表明,在高流量条件下,化学风化的加速、土壤CO2的汇入及流域内有机质的降解导致了水体δ13CDIC偏负,碳酸盐矿物的快速风化致使河水HCO3-浓度表现出强烈的"化学稳定性";对DIC、δ13CDIC、流量、温度的联合分析表明,矿物溶解、土壤CO2的汇入与河流中有机质降解的共同作用导致了西江河水碳动态的季节变化;河水NO3-浓度在高流量条件下并未表现出明显的稀释效应,反应了人为输入和化学转化过程对NO3-浓度的影响;硝酸盐氮、氧同位素的分析结果表明,西江NO3-来源受人为活动影响较大,主要转化过程为硝化作用;同位素和水化学证据表明碳酸、硫酸、硝酸共同参与流域岩石化学风化,雨季外源酸参与风化的减弱是河流中HCO3-稀释的重要原因。     

普定岩溶水-碳循环模拟试验场水体双碳同位素特征(δ13C-Δ14C)与碳足迹

河流输送到海洋的溶解无机碳(DIC)和有机碳(OC)受自然和人为双重因素的影响。了解DIC和OC的年龄、来源和转化,有助于掌握全球碳收支和提高现在以及未来自然和人类对河流碳循环影响的估算精度。本研究以普定岩溶水-碳循环试验场泉(地下水)-池(地表水)耦联系统为研究对象,利用双碳同位素(¹³C- ¹⁴C)方法,结合水生植物生长和传统水文地球化学特征,揭示了地下水-地表水系统中DIC和颗粒有机碳(POC)的来源及其转化机制。研究发现:(1)泉-池系统中DIC和POC的Δ¹⁴C具有相同的变化趋势,泉水中Δ¹⁴C值低于池水中Δ¹⁴C值,反映后者可能有“较年轻”的CO₂的加入;(2)池水水化学和碳同位素变化由土地利用类型和池中水生植物共同控制;(3)池水中颗粒有机碳(POC)浓度明显高于泉水,且其Δ¹⁴C值表现出与沉水植物和DIC的一致性(表观年龄均为3 200900 a),说明池水POC主要源于池中水生植物光合作用利用了碳酸盐风化产生的老碳(DIC),使新形成的有机质在表观年龄上“偏老”;(4)池水水体内源有机碳对水体POC的贡献在75%以上,内源有机碳通量(以C计)在250 t·km^-2·a^-1至660 t·km^-2·a^-1之间,相对于其他土地利用类型,草地对应的地表水系统具有最大的内源有机碳占比和通量,指示了沉水植物控制型浅水水体初级生产对有机碳循环的重要作用。综上,我们认为在岩溶区通过土地利用调整来调控水生植物群落对于增加碳汇具有重要潜力。     

广西桂林漓江典型河段水化学昼夜动态变化 及其对岩溶碳循环的影响

岩溶区河流水化学昼夜动态变化的研究,对年际尺度河流监测计划制定、碳循环研究及其通量估算具有重要作用与意义。本文选择桂江上游漓江典型岩溶河流,开展不同河段水化学高分辨率监测和高频水样取样工作,分析了水化学的昼夜动态变化、沿流程变化及其影响因素,探讨了水化学昼夜循环的生物代谢过程与光合作用机理。结果表明,硅酸盐岩分布河段与碳酸盐岩分布河段水化学存在显著差异,且具有不同的昼夜变化规律。总体上,受补给流域地质背景控制,从北部硅酸盐岩山区到南部峰林平原区,即从上游到下游,水温、pH、SpC、Ca~(2+)和HCO_3~–离子含量逐渐升高,升高幅度分别为3.63℃、1.99、125.23μS/cm、22.42 mg/L、73.32 mg/L。DO、pH、Sp C、Ca~(2+)、HCO_3~–及δ13CDIC等指标昼夜变化主要受水生植物光合作用控制,最大昼夜变幅分别为19.4 mg/L、2.02、56.4μS/cm、12 mg/L、48.8 mg/L、–2.05‰。K+、Na+和NO_3~–离子含量昼夜变化主要受生物代谢过程(同化作用)控制。桂林河段水生植物光合作用消耗水体DIC及伴随的Ca沉降能显著影响水体饱和度和CO_2分压,白天CO_2分压下降,水体处于过饱和状态,对水气界面脱气过程发生具有抑制作用。阳朔河段水体均处于过饱和状态,CO_2分压处于与大气平衡的临界线附近,意味着随着流程的增加,水体产生脱气的可能性在减小,说明秋冬季由岩溶作用溶蚀产生的碳汇是相对稳定的。     

碳酸盐风化碳汇与森林碳汇的对比——碳汇研究思路和方法变革的必要性

目前,全球碳循环研究主要集中在海洋碳汇以及陆地土壤和植被碳汇,而对岩石风化碳汇仅考虑地质长时间尺度的硅酸盐风化作用,而认为碳酸盐风化在长时间尺度上对碳汇无贡献。然而,碳酸盐相对于硅酸盐有快得多的溶解速度,且对全球变化(特别是气候和CO2变化)的响应迅速,同时由于生物作用和人为活动的影响,使得碳酸盐风化碳汇的能力需要重新评价。最新的研究发现,由碳酸盐溶解、全球水循环及水生生物光合利用溶解无机碳共同作用,即水-岩-气-生相互作用形成的大气碳汇,远远大于之前只估计了河流输运的无机碳汇,其量级与森林碳汇量相当,因此有必要对传统的碳汇研究思路和方法进行某些变革,这有可能为解决所谓的全球“碳失汇”问题找到一条出路。