人为活动对乌江中上游段岩溶地下水δ13CDIC及碳汇效应的影响

定量评价人为活动对岩溶碳汇效应的影响有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度,对当前全球气候变化研究意义重大。本文选取乌江中上游段岩溶区为研究对象,在雨季和旱季对研究区68个岩溶地下水（雨季42个,旱季26个）的水化学、溶解无机碳（DIC）同位素组成（δ13CDIC）进行了测试,利用化学计量法计算了H2SO4和HNO3对流域岩溶碳汇效应的影响程度。结果表明：1）雨季和旱季岩溶地下水中阴离子均以HCO3-和SO42-为主,两者占总阴离子的85%以上;阳离子以Ca2+和Mg2+为主,两者占总阳离子的55%以上。Ca2++Mg2+相对于HCO3-过量,过量的Ca2++Mg2+与SO42-+NO3-相平衡。2）雨季和旱季岩溶地下水的δ13CDIC值分别介于-14.19‰~-8.27‰和-12.98‰~-9.09‰之间。总体上,雨季的δ13CDIC更为偏负,且变化范围较大,均与[SO42-+NO3-]/[HCO3-]呈正相关性,证实H2SO4和HNO3参与了流域碳酸盐岩的溶蚀并使δ13CDIC值增加。3）由于H2SO4和HNO3参与,雨季碳酸盐岩溶蚀消耗的CO2（CO2ATM-SOIL）占水中HCO3-的比例（CO2ATM-SOIL/total HCO3-）平均值为33.83%,旱季平均值为35.84%,与H2CO3溶蚀碳酸盐岩的CO2ATM-SOIL/total HCO3-理论值（50%）相比,分别减少16.17%和14.16%。因此,雨季岩溶碳汇效应将减少32.34%,旱季将减少28.32%。     

重庆市南川区南部岩溶地下水水文地球化学特征

以重庆市南川区南部地区岩溶地下水为研究对象,通过野外调查和取样测试分析,对研究区内149件地下水样品进行水化学常规分析和微量重金属元素分析,结果表明:研究区内地下水化学类型以HCO 3-Ca·Mg、HCO 3-Ca和HCO 3-SO 4-Ca型为主.地下水中主要阴阳离子HCO-3、SO 2-4、Ca2+和Mg2+浓度均表现出与含水岩组相对应的关系,即碳酸盐岩类岩溶水>碳酸盐岩夹碎屑岩水>碎屑岩水.地下水中Mg2+/Ca2+摩尔比值表明研究区内绝大部分地下水径流过程中以方解石和白云石的共同溶解为主.地下水中微量重金属元素含量整体偏低,绝大部分水质都在Ⅲ类水标准以内,只有极个别点受到污染导致部分重金属组分偏高.     

南宁市区地下水水化学特征及形成机制

为了深入研究南宁市区地下水水化学特征、水质情况及地下水质量演变的主要水化学过程,文章采集南宁市区22组孔隙水和7组岩溶水,检测pH值、阴阳离子、溶解性总固体（TDS）和总硬度等化学指标,探讨地下水水化学特征和形成机制。结果表明:研究区孔隙水和岩溶水pH平均值均小于7,两种水TDS和总硬度基本一致,主要的阴离子（HCO3-、Cl-、SO42-）中含量最高的是HCO3-,平均分别为68.08 mg/L和106.68 mg/L;对于阳离子（Ca2+、Mg2+、K+、Na+）,研究区孔隙水和岩溶水均表现为Ca2+≥Na+>Mg2+>K+,其中Ca2+的平均含量分别为24.04 mg/L和31.34 mg/L;地下水化学成分主要通过风化-溶滤作用与混合作用形成,地下水水化学类型为HCO3--Ca2+型水;地质环境背景是地下水pH值普遍偏低的主要原因,人类活动对地下水的影响越来越重要,pH值和水化学类型改变均与经济发展、人口增加、工矿企业增加等人类活动密切相关。      

金沙江河谷巧家段地下水化学特征

金沙江河谷巧家段地形切割强烈,最大相对高差可达2 719 m,水文地质条件差异大,河谷区内泉水出露众多。对河谷区内38组泉水水化学组分进行分析的结果表明:地下水化学类型较简单,主要为HCO3- Ca、HCO3- Ca?Mg、HCO3- Mg?Ca型;地下水溶解性总固体(TDS)浓度变化较大,总体上TDS浓度自河谷斜坡补给-径流区至谷底排泄区,具有逐步增高的趋势;孔隙水TDS浓度明显高于岩溶水;地下水宏量组分HCO3-、Ca2+、Mg2+、SO42-与TDS具有正相关关系。据水化学组分变化分析谷底第四系地层中出露大泉的形成条件,其为孔隙水与岩溶水相混合形成。      

典型岩溶丘陵区地下水水化学特征及地球化学敏感性分析——以武冈东部地区为例

通过对典型岩溶丘陵区地下水进行水化学特征及地球化学敏感性的研究表明,该地下水系统水化学特征阳离子以Ca2+、Mg2+为主,阴离子以HCO3-、NO3-、SO42-为主,受水岩作用及人类活动共同影响;Mg2+/Ca2+受岩性控制,流经白云岩地层最高,灰岩夹白云岩次之,灰岩最低;研究区岩溶地下水表现出较高的地球化学敏感性。阳离子以Ca2+最为敏感,其次为Mg2+,阴离子以HCO3-最为敏感,其次为NO3-,元素的地球化学敏感性大小依次为:HCO3->Ca2+>Mg2+>NO3->SO42->Cl->Na+>K+;以敏感性最强的敏感因子HCO3-对研究区岩溶地下水进行敏感性等级划分。研究区低敏感性的水点仅占7.27%,中敏感性的水点占25.45%,高敏感性的水点占67.28%。通过地球化学敏感性划分统计结果显示,对该地区地下水的保护显得十分重要且迫切。      

小球藻对岩溶水体Ca2+、HCO3-利用效率实验研究

以来自广西上林县大龙洞岩溶水库中的小球藻为研究对象,探讨了封闭体系中小球藻在4.6 mmol·L-1、2.5 mmol·L-1和0.5 mmol·L-1三种不同HCO3-浓度的水体环境中,对Ca2+和HCO3-的利用效率。结果表明:（1）小球藻在4.6 mmol·L-1、2.5 mmol·L-1和0.5 mmol·L-1三种不同HCO3-浓度的水体中培养7天后生物量从0.04Abs分别增长到0.56Abs、0.50Abs和0.44Abs,在HCO3-和Ca2+浓度较高的环境中,A组28.26%的Ca2+和B组24.14%的Ca2+被小球藻吸收利用,A组54.95%的HCO3-和B组48.00%的HCO3-被小球藻吸收利用,生成有机碳固定下来,C组HCO3-浓度过低（0.5 mmol·L-1）,小球藻难以对其进行利用,表明岩溶水库中高浓度的HCO3-对小球藻生长起着“施肥作用”,这对岩溶碳汇的稳定性起着重要作用。（2）小球藻光合作用利用HCO3-从而引起Ca2+沉积的量大于小球藻光合作用吸收Ca2+的量;（3）小球藻光合作用使培养基中的δ13CDIC偏正,而呼吸作用使培养基中的δ13CDIC偏负。      

鲁中南典型岩溶区岩溶水水化学特征及成因分析——以双村岩溶水系统为例

通过对2013年9月在双村岩溶水区域采集测试的18组岩溶水化学资料进行分析,探讨了该区地下水的水化学特征,并利用R型因子分析法对影响该区岩溶水化学组分的3个主要因素进行了研究,分析结果表明:弱碱性地球化学背景下地下水对包气带的离子类质同象替代作用影响着岩溶水中Mg2+、K+、F-,人为污染因素控制着Cl-、Na+、NO3-、SO42-,岩溶水中的HCO3-、Ca2+、p H值受岩溶碳汇因素所影响。以上3种因子可以解释双村岩溶区岩溶水水化学特征87.103%的成因。     

基于主成分分析的岩溶水水化学组成及影响因素研究——以贵州水城盆地为例

2015年9月对贵州水城盆地进行采样,共采集地下水样品12个,地表水样品10个,综合运用相关性分析、主成分分析等方法,并结合PHREEQC软件对矿物饱和度指数的计算结果,探讨了地下水、地表水水化学特征现状及其影响因素。研究结果表明:水城盆地岩溶水的水化学类型主要为HCO3-Ca型,部分为SO4-Ca型,地下水和地表水水化学组成主要受Ca2+、K++Na+、HCO3-、SO42-和Cl-影响。研究区地下水和地表水中Ca2+和HCO3-主要来源于碳酸盐岩地区的水-岩反应,水体中Cl-、NO3-和Na+主要来源于城镇生活污水、屠宰废水排放。地下水水质受水-岩反应影响,部分区域受到人类活动干扰明显;地表水水质在钟山区方向主要受沿途生活污水和农业面源污水汇入影响显著,而在水城县方向受煤矿企业排放废水影响较大。      

宿州市城区地下水化学特征及成因机制研究

为深入研究宿州市城区地下水化学特征及其控制因素,在调查采样的基础上,综合运用数理统计、相关性分析、Piper三线图、Gibbs图和离子比例系数等方法对水样测试结果进行分析研究。结果表明：① 浅层地下水优势阳离子为Ca2+,中深层地下水中Na+为优势阳离子,二者优势阴离子均为HCO3-。浅层地下水溶解性固体总量的质量浓度（TDS）均值为790. 65 mg/L,有3组为微咸水,其余均为淡水;中深层地下水TDS均值为585. 67 mg/L,均为淡水。② 浅层地下水化学类型复杂,以HCO3-—Ca2+·Mg2+、HCO3-—Na+·Ca2+·Mg2+型为主,其次为HCO3-—Na+·Mg2+型;中深层地下水化学类型相对简单,以HCO3-—Na+·Ca2+·Mg2+型为主。③地下水水化学特征受岩石溶滤作用、阳离子交替吸附作用和人类活动的共同影响,水化学成分多数来自于硅酸盐岩和碳酸盐岩矿物的溶解。浅层地下水受人类活动影响较大,而中深层地下水受其影响不明显。     

宿州市城区地下水化学特征及成因机制研究

为深入研究宿州市城区地下水化学特征及其控制因素,在调查采样的基础上,综合运用数理统计、相关性分析、Piper三线图、Gibbs图和离子比例系数等方法对水样测试结果进行分析研究。结果表明：① 浅层地下水优势阳离子为Ca2+,中深层地下水中Na+为优势阳离子,二者优势阴离子均为HCO3-。浅层地下水溶解性固体总量的质量浓度（TDS）均值为790. 65 mg/L,有3组为微咸水,其余均为淡水;中深层地下水TDS均值为585. 67 mg/L,均为淡水。② 浅层地下水化学类型复杂,以HCO3-—Ca2+·Mg2+、HCO3-—Na+·Ca2+·Mg2+型为主,其次为HCO3-—Na+·Mg2+型;中深层地下水化学类型相对简单,以HCO3-—Na+·Ca2+·Mg2+型为主。③地下水水化学特征受岩石溶滤作用、阳离子交替吸附作用和人类活动的共同影响,水化学成分多数来自于硅酸盐岩和碳酸盐岩矿物的溶解。浅层地下水受人类活动影响较大,而中深层地下水受其影响不明显。     

桂江流域河流水化学特征及影响因素

2012年4月9-16日在桂江流域采集河流水样15个进行分析测试。研究结果表明:(1)桂江河水样品pH值介于6.36~8.46,平均值为7.58;EC范围为18~316μs/cm,平均值为175μs/cm;流域河水SIc平均值为-0.7,其变化受流域碳酸盐岩的分布控制。(2)桂江的水为HCO3-Ca型水,HCO3-和Ca2+平均分别占阴、阳离子的76%和77%,主要来自岩石风化。(3)中游部分河水NO3-和SO42-较高,可能是受工农业等人类活动的影响引起,此外硫酸参与了碳酸盐矿物的溶解。(4)Ca2+、Mg2+和HCO3-总体呈现中游高,上游和下游较低;SO42-和NO3-仅在中游部分受到人类活动影响较多的支流偏高,上下游相对较低且相差不大;Cl-、Na+和K+则呈现出中下游较高,上游较低的特征。      

岩溶洞穴水理化性质特征及其环境意义——以贵州织金洞为例

为揭示洞穴水地球化学特征的动态变化特征、控制因素及其环境意义,从2015年1月至2015年6月对贵州织金洞洞穴水的水化学指标进行了为期6个月的动态监测,结果表明:①织金洞洞穴水的水化学类型主要为HCO3--Ca2+-Mg2+型水,阴离子中HCO3-占84.5%以上,阳离子中Ca2+、Mg2+为优势离子;②洞穴滴水 EC、Ca2+、 Mg2+、HCO3-、SO42-浓度均大于石灰岩石裂隙水、池水相应的浓度;③洞穴水滴率、滴量、Ca2+、HCO3-以及Ca2+/HCO3-比值对气候有一定的响应,其地球化学指标具有显著的季节效应;④洞穴滴水中的EC与Ca2+离子浓度呈显著线性关系。      

南、北盘江流域枯水期水化学特征及离子来源分析

为进一步了解珠江上游南、北盘江流域水化学现状,对其枯水期36个河水样品进行水化学特征分析,结果表明:枯水期河水pH值在7.85~8.75之间,呈弱碱性,TDS均值为358 mg·L-1。河水中阴离子组成以HCO3-、SO42-为主,当量浓度占比均值达到65%与26%,阳离子中Ca2+和Mg2+是绝对的优势离子,当量浓度占比均值分别为65%和24%。与丰水期相关研究对比分析发现Ca2+、Mg2+、Na+、SO42-、HCO3-、Cl-的枯水期浓度普遍高于丰水期,K+、NO3-丰、枯水期浓度变化不大。Piper图、岩性端元分析以及离子浓度比值分析表明,研究区水化学主要受碳酸和硫酸共同参与下的碳酸盐岩风化控制。南、北盘江流域都受到农业施用的钾肥和氮肥的影响,此外,北盘江主要受到煤炭开采以及燃煤工业的影响,南盘江主要受到源头及上游河段化工企业废水和沿途市县的生活废水的影响。与前人数据对比发现,15年间人为活动对流域水化学的影响加剧。      

多元统计法在河水主要离子含量变化特征及来源分析中的运用——以梧州水文站控制断面为例

文章利用2011年4月到2012年3月对梧州水文站控制断面进行的定期采样数据,分析了该断面河水中主要阴、阳离子的化学组成,并运用多元统计分析方法研究和探讨了河水化学组成变化特征。结果表明,梧州水文站控制断面河水水化学类型以Ca2+ + HCO3-型为主,Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、NO3- 主要来源于岩石的风化,K+ 、Cl-来自于人类活动的输入;河水中离子化学组成受水—岩作用和土壤表面离子交换作用影响,对河水溶质的贡献率分别为69.34％、17.10％。     

汉中盆地地下水水化学特征及其成因研究

为研究汉中盆地地下水的水化学特征及成因,在丰水期共采集56件潜水样品,综合运用数理统计、相关性分析、Piper三线图、Gibbs模型和离子比等方法,分析了汉中盆地地下水的水文地球化学特征、各化学参数的空间变化规律、主要离子的控制因素及来源。结果表明,汉中盆地地下水阳离子以Ca2+为主,阴离子以HCO3–为主。从离子空间变化规律上来看, K+波动最为剧烈,且从中下游开始逐渐降低,Cl−和Na+变化规律一致,呈波动变化;HCO3−、Ca2+、Mg2+以及SO42−的从中上游至中下游含量逐步降低,至下游含量增加;TDS值为128.5～590 mg/L,平均值为282.67 mg/L,在中下游含量明显增加;pH平均值为7.17,为弱碱性,在中上游波动剧烈,至下游逐渐降低。地下水水化学类型以HCO3–Ca和HCO3–Ca·Mg型为主,受碳酸盐岩和硅酸盐岩的溶解共同控制,阳离子交替吸附作用较弱,Na+和K+主要来源于钾长石、钠长石等硅铝酸盐矿物的溶解和部分盐岩的风化溶解,Ca2+除来自碳酸盐岩的溶解外,还有大量硅酸盐岩的溶解;方解石及少量白云石等碳酸盐岩的风化溶解对Mg2+和HCO3−贡献较大。查明汉中盆地地下水水化学特征及成因机制,可为汉中地区地下水饮水安全提供有力科学依据。     

硫酸对典型岩溶流域碳酸盐岩溶蚀及碳循环意义:以广西平果岩溶流域为例

为探讨硫酸参与碳酸盐岩的溶蚀过程和对碳循环的影响,选择广西西南部平果县西南部右江中游以西典型岩溶流域,利用流域地表水和地下水水化学及碳同位素（δ¹³C_DIC）探讨了流域水化学特征及其主要影响因素,并利用水化学计量法对硫酸溶蚀碳酸盐岩的比例和对HCO₃^-离子的贡献比例进行了定量计算。结果表明：1）研究区水化学类型为HCO₃-Ca型,Ca²⁺和HCO₃^-是地下水和地表水最主要的阳离子和阴离子,水化学特征主要受碳酸盐岩化学风化作用的控制;2）地下水和地表水δ¹³C_DIC值介于-5.90‰~-16.62‰之间,大多数水样[Ca²⁺+Mg²⁺]与[HCO₃^-+SO₄^2-]当量平衡,[Ca²⁺+Mg²⁺]/[HCO₃^-]当量比值介于0.86~1.31之间,平均值为1.13,大部分大于1,表明除碳酸外,硫酸也参与了溶蚀碳酸盐岩;3）硫酸溶解碳酸盐岩对地下水（Ca²⁺+Mg²⁺）和HCO₃^-的贡献比例分别为0~46.88%和0~30.62%,平均贡献比例分别为20.08%和11.81%;对地表水（Ca²⁺+Mg²⁺）和HCO₃^-的贡献比例分别为14.67%~67.65%和7.92%~51.11%,平均贡献比例分别为38.88%和26.35%,显示了硫酸显著地参与了流域碳酸盐岩的溶蚀。硫酸参与流域碳酸盐岩的溶蚀改变了区域碳循环,这是全球碳循环模型应考虑的一个重要环节,不能被忽视。

     

城市发展对岩溶地下水质影响的地球化学示踪——以重庆南山老龙洞地下河系统为例

随着城市化的快速发展,大量生活废水的排放严重影响岩溶地下水质。本文尝试利用重庆南山老龙洞流域2012年每月地下水、雨水和生活污水的水化学数据与环境同位素 87Sr/86Sr 、δ34S-SO42-和δ13CDIC来研究城市发展对岩溶地下水质的影响,结果表明：1）城市化过程带来的硫酸改变了岩溶地质过程,不同月份碳酸溶蚀碳酸盐岩对地下水中（Ca2++Mg2+）和HCO3-的贡献率分别变化于38%~68%（平均贡献率为53%）和55%~81%（平均贡献率为68%）,而硫酸溶蚀碳酸盐岩对地下水（Ca2++Mg2+）和HCO3-的贡献率分别变化于32%~62%（平均贡献率为47%）和19%~45%（平均贡献率为32%）;2）生活废水的输入改变了流域地下水锶同位素的地球化学特征,地下水 87Sr/86Sr 变化于0.70800~0.70900,明显高于雨水和石灰岩溶解来源的 87Sr/86Sr 值,而低于生活废水的 87Sr/86Sr 值,表明流域地下水质受水-岩作用和污水输入的共同影响;3）地下水 δ34S-SO42-变化于7.8‰~12.0‰ 之间,SO42-主要来源于生活污水和雨水的输入与石膏的溶解;4）地下水δ13CDIC变化于-11.2‰~-7.3‰ 之间,且地下水（Ca2++Mg2+）/HCO3-摩尔比率介于0.60~0.71,流域地下水质一方面受控于CO2对碳酸盐岩溶解的自然过程,另一方面则受城市化过程产生的硫酸对碳酸盐岩溶解的控制。     

桂林潮田河溶解无机碳来源与昼夜动态变化

生物地球化学过程是地球关键带的三大过程之一。在全球变化与岩溶碳循环研究领域,了解生物地球化学过程、影响因素与机制,对解决岩溶作用时间尺度与碳汇稳定性问题具有至关重要的作用。以广西桂林漓江支流潮田河为例,通过高分辨率在线监测与高频率自动化取样分析,研究了溶解无机碳（DIC）及其同位素、电导率与其他离子含量的昼夜变化规律,并分析了其影响因素。pH、溶解氧、电导率、Ca²⁺和HCO₃^-离子含量均呈现显著的昼夜动态变化,反映水生植物和藻类光合作用及钙沉积的影响。鸟岭桥与两河沟两个监测点的电导率、Ca²⁺和HCO₃^-离子含量具有白天下降、夜间上升的变化规律,鸟岭桥白天下降幅度分别为10%、11.5%~12.5%和10%~12%。48小时监测期间鸟岭桥光合作用DIC平均转化速率为0.64×10^-5mmol/L ·s,日转化HCO₃^-的量约为1484kg/d（相当于292kg C/d）,占总DIC输入量的4%;平均钙沉积速率为0.38×10^-5mmol/L ·s,较小的速率可能与水体中较高的溶解有机碳含量产生的抑制作用有关。Ca²⁺与HCO₃^-离子含量夜间的快速上升主要是上游来自岩溶含水层的地下水直接补给造成的。在年际尺度上潮田河DIC中75%~80%来自于岩溶地下水。