岩溶区地表水体惰性有机碳研究

岩溶作用所产生的岩溶碳汇对全球碳循环有着重要的影响。岩溶水生生物通过CO₂富集机制（CCM）固定岩溶水中的HCO₃^-,将其转化为有机碳。惰性有机碳（RDOC）为水生生物和微生物不能利用和降解的溶解性有机碳。RDOC长时间滞留水体,形成稳定碳汇。多次培养实验发现可以用原位微生物法对岩溶区地表水中的RDOC进行检测。以桂林漓江为对象,研究由外源水补给并流经岩溶峰林平原区的岩溶地表水中的RDOC及其相关因子,结果显示：1）漓江水中Ca²⁺,HCO₃^-浓度从上游到下游逐渐升高,表明外源水进入岩溶区,发生了岩溶作用。漓江水的C/N为6.29~10.50,表明水中有机碳的来源为外源水和水生生物作用。受岩溶作用和水生生物光合作用双重影响,δ¹³C-DIC值从上游到下游逐渐偏正,水生生物优先利用无机碳中的¹²C使得δ¹³C-POC从上游到下游逐渐偏负。C/N与δ¹³C-DIC、δ¹³C-POC的变化以及相关性体现了岩溶地表水体中无机环境和有机环境相关联;2）岩溶区地表水中检测出RDOC且浓度远大于非岩溶区,RDOC浓度的时空变化与水生生物利用岩溶作用所产生的HCO₃^-有关。漓江地表水中DOC、BDOC、RDOC浓度与HCO₃^-浓度变化趋势一致,从上游到下游逐渐升高,下游L6（岩溶区）RDOC浓度为上游L1（非岩溶区）的3倍,在季节上表现出秋季>冬季>夏季>春季,RDOC的含量平均占水体中DOC含量的78%左右,体现了岩溶作用强度和水生生物活动对岩溶地表水中RDOC的影响;3）结合流量数据计算RDOC通量：桂林水文站RDOC的通量为0.75×10⁷ kg/a,阳朔水文站的RDOC通量为1.3×10⁷ kg/a,是桂林水文站断面的1.7倍。

     

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。      

添加有机物料对岩溶系统中碳转移及灰岩溶蚀的影响研究

以贵州茂兰一种灌丛土壤和一种农业用地土壤为研究对象,设置了添加和不添加有机物料处理,进行了岩溶作用与土壤碳转移的模拟试验。结果表明,土壤CO2 呼吸排放、土壤淋滤液HCO-3 排泄及灰岩溶蚀均响应于有机物料的添加。对于无机离子Ca2+ 、Mg2+来说,在不添加有机物料情况下,其淋出过程表现为一个较高的活跃可迁移库的释放过程及随后较低风化淋滤的稳定释放过程。在添加有机物料条件下,分解释放的Ca及CO2产生的HCO-3的排释滞后于土壤呼吸15天以上。添加有机物料下,灰岩溶蚀量均有一定幅度的提高,但Ca( Mg )及HCO-3的排释大大增强,这一方面表明生物可利用性的碳源的加入促进了系统中岩溶作用,并强烈驱动土壤中可交换Ca、Mg的排释;另一方面,由于土壤中因呼吸增强而形成的高CO2在湿润条件下溶解成为HCO-3 - C排泄,而大大促进土壤碳转移的汇效应。本文的研究结果说明,自然土壤因植被的破坏或林地转变为农地,可能使岩溶系统的汇效应减弱。      

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δ13CDIC等指标。结果表明溪流水体T,pH,DO,SpC,DIC（以HCO-3表示）,Ca2+,δ13CDIC,方解石饱和指数（SIc）以及水体二氧化碳分压（pCO2）等水化学指标均表现出明显的昼夜变化过程。SpC,DIC,Ca2+和pCO2等指标白天降低,夜间升高;T,pH,DO,δ13CDIC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pCO2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δ13CDIC均在白天上升,夜间下降,而δ13CDIC和水体DIC呈明显负相关关系（R2=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O2,水体δ13CDIC上升;晚上以呼吸作用为主,消耗O2,释放CO2,增加DIC,水体δ13CDIC下降,其对水体pCO2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。     

神农架大九湖泥炭地溶解有机碳季节性变化及其影响因素

亚热带泥炭地在水源涵养、碳储存和生物多样性等方面有着重要的保护价值.溶解有机碳(DOC)是泥炭地中容易受到外界扰动的一部分碳,在气候变化和人类活动的双重影响下,DOC可能通过降解或横向迁移从泥炭地中流失,潜在地威胁了泥炭地的碳储存功能.然而,目前对于亚热带泥炭地DOC如何响应季节性尺度的环境变化还缺乏深入的认识.以位于...     

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。     

土地利用变化对岩溶地下水溶解无机碳及其稳定同位素组成的影响

土地利用变化对岩溶地下水溶解无机碳（DIC）的影响关系到岩溶作用强弱及其相关的全球碳循环的正确评价。对贵州茂兰原始森林内的板寨岩溶地下河流域和普定岩溶石漠化强烈的陈旗、灯盏河泉域三种不同的土地利用下的地下水的DIC及其稳定同位素进行了分析,结果表明,地下水的DIC表现形式主要为HCO3^-。对于缺少土壤覆盖的板寨和灯盏河岩溶地区,雨季主要因为稀释作用,HCO3^-含量出现年内最低值;而对于较多土壤覆盖的陈旗岩溶地区,雨季主要受土壤CO2效应控制。HCO3^-含量出现年内最高值,反映了土壤在岩溶作用及其碳循环中的特殊重要性。此外,夏季由于生物量的增加,δ^13DIC值较冬季偏轻1‰～2‰。而对于不同土地利用而言,石漠化影响下的地下水δ^13DIC较原始森林下的地下水偏重2．5‰-3．0‰,且随着石漠化的发展,土壤的进一步流失,地下水δ^13DIC进一步偏重,反映了石漠化后生物量比例减少和大气成因CO2比例增加对地下水δ^13DIC升高的影响。     

岩溶山地土壤有机碳的分布特征及表层土壤有机碳的影响因素分析——以重庆市北碚区为例

通过野外采样调查分析,运用地统计学方法,分析了北碚区土壤有机碳（SOC）的分布特征和表层土壤有机碳的影响因素。结果表明:空间上,从表土层到底土层SOC含量依次降低,且差异显著,降幅依次为35.02 %和47.12 %;时间上,与1984年第二次土壤普查相比,从表土层到底土层土壤有机碳的含量呈增加趋势,增加幅度分别为:4.36 %,31.92 %和14.74 %。对表层土壤有机碳的影响因素进行了分析,发现SOC含量随着土壤中全氮、碱解氮、黏粒含量的增加而增加;含有碎屑岩的碳酸盐岩比纯碳酸盐岩形成的土壤有机碳含量高;随着海拔的升高SOC含量增大,表现为:山顶(21.94 g/kg)＞平坝(19.53 g/kg)＞槽谷(15.60 g/kg)＞山腰(13.40 g/kg);不同土地利用方式下的SOC含量高低顺序为:林地(26.16 g/kg)＞草坡(21.95 g/kg)＞菜地(16.75 g/kg)＞果园(15.31 g/kg)＞耕地(12.85 g/kg)。传统的耕作方式容易造成SOC损失,建议在岩溶山地通过退耕还林还草、坡改梯、增施有机肥增加土壤有机碳;推广应用免耕、少耕、秸秆还田等耕作措施,增加农田土壤固碳能力。      

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。     

水生光合生物对茂兰拉桥泉及其下游水化学和δ~(13)C_(DIC)昼夜变化的影响

碳酸盐风化能否形成稳定持久碳汇很大程度上取决于风化产生的溶解无机碳(DIC)能否被水生光合生物利用及其利用程度,后者可通过地表水水化学和?13CDIC的昼夜变化进行探讨。本研究对冬季茂兰拉桥表层岩溶泉及其中游和下游池水的温度、pH、电导率(EC)和溶解氧(DO)进行了为期30 h(1月27日10:00至1月28日16:00)高分辨率(15 min/次)的昼夜动态监测和?13CDIC定期取样(白天每隔2 h,夜间每隔4 h)测定,以了解水生光合生物对水化学和?13CDIC昼夜动态变化的影响。同时,结合水面静态箱CO2测定获得的岩溶水与空气CO2交换通量,对生物碳泵效应进行了估算。结果表明,在少有沉水植物生长的泉口及其下游水池,水化学和?13CDIC的昼夜变化明显偏小,而在沉水植物(轮藻为主)大量生长的中游水池,水的DO、pH、SIC(方解石饱和指数)和?13CDIC在白天呈逐渐增加趋势,而在夜间逐渐降低,与水生生物的新陈代谢进程(白天以光合作用为主,晚上以呼吸作用占优势)相一致;另一方面,水的EC、3HCO?、Ca2+和p(CO2)(二氧化碳分压)呈现相反的变化趋势,即白天下降,晚上上升。计算得到中游水池因类似海洋"生物碳泵"效应固定下来的有机碳通量达到336 t C/(a·km2),是海洋的51倍,表明陆地水生生态系统应该作为"遗失碳汇"的一个重要方面继续进行研究。     

岩溶水体惰性有机碳含量及其存在机理

正通常认为全球超过1000 m的海洋深处稳定存在着不超过42μmol/L的溶解有机碳,并被认为是微生物难以利用的惰性溶解有机碳[1-2]。这为进一步评估水圈溶解有机碳的稳定性提供了研究依据[3]。河流不但是陆地水的主体、水圈的重要组成部分,而且还是海洋-陆地物质和能量交换的主要通道。近年来,河流的自然性质和作用过程不断受到人文活动的影响,特别是河流筑坝引发的"水库效应"[4-5]。然而"水库效应"下岩溶区筑坝河流中     

南极长城湾及邻近水域表水异养细菌的含量估计及相关因子分析(英)

A survey was made of the number of the heterotrophic bacteria in surface seawater of Great Wall Bay and its adjacent waters, Antarctica during the period of austral summers from Dec.1993 to Feb. 1994. The result shows that the number of the heterotrophic bacteria in the surface waterof the surveyed area is about 798 CFU. cm-3, ranging from 53 to 4 250 CFU. cm-3. Comparison of thenumbers for three months shows a declining tendency month by month. Comparing with the previous results, this one shows that the heterotrophic bacteria number changes somewhat, but slightly. It is lower than that in nearshore waters but higher than that in the open area. This shows that there is a positive correlative relationship between CFU and NH4- N, which means that heterotrophic bacteria should be an important agent in NH4-N reproduction in the environment surveyed. There is an significant negative correlation both between CFU and NOZ-N, and between CFU and PO4-P. This means that the NOZ-N, PO.-P, which were decomposed and transformed by bacteria, were used rapidly by phytoplankton.     

长江口盐沼硫酸盐还原菌的分布特征与环境机制

选择长江口崇明东滩两类植被区（互花米草、土著植被）纵向剖面,根据不同高程部位柱样土壤和植被根际硫酸盐还原菌（SRB）与异养菌的数量,颗粒有机碳（POC）含量与δ13C值,孔隙水Cl-/SO2-   ４摩尔比等,研究盐沼SRB的空间分布特征与机制。自高潮滩向光滩,柱样氧含量降低,SO2-   ４含量增加,导致SRB含量增加,SRB在有机质矿化中的作用增强。高潮滩柱样不同深度层位的异养菌数量明显大于中潮滩和光滩柱样的相应层位,这与由陆向海柱样氧含量及POC含量降低有关。SRB对植被根际环境的变化较敏感,芦苇根际最有利于SRB生长,藨草根际次之;互花米草根际不利于SRB生长,根系分泌物可能对SRB有抑制作用。土壤有机质含量是导致不同纵向剖面相同高程部位柱样之间微生物数量差异的主要因素。同一纵向剖面不同高程部位柱样之间在土壤氧含量与SO2-   ４含量方面的不同,导致这些柱样微生物数量存在差异。盐沼柱样孔隙水Cl-/SO2-４摩尔比总体偏低,多小于19.33,指示有非海源SO2- ４加入。非海源SO2-４的加入掩盖了硫酸盐还原作用对SO2-４的消耗,增加了利用孔隙水Cl-/SO2-４摩尔比定量研究盐沼硫酸盐还原作用强度的难度。柱样中SRB越多,Cl-/SO2-４摩尔比就越大,硫酸盐还原作用就越明显。     

典型岩溶水系统碳汇通量估算

现代岩溶学研究成果表明,碳酸盐岩在全球碳循环中响应极其迅速,水循环过程中的碳汇效应显著。本研究选取广西桂林寨底地下河系统、广西环江大安地下河系统、重庆北碚青木关地下河系统三个典型岩溶地下水系统,利用各系统地下河的流量和HCO3-浓度的监测资料,采用简单化学平衡模式法估算碳汇通量(CO2)。结果显示,寨底地下河系统的单位面积年碳汇通量为68.82 t/(km2.a),大安地下河系统的单位面积年碳汇通量为81.18 t/(km2.a),青木关地下河系统的单位面积年碳汇通量为100.07 t/(km2.a)。分析认为同一个岩溶水系统的结构特征和环境条件基本上是稳定的;地下河的流量和HCO3-浓度是影响岩溶碳汇强度的关键因素,尤其是地下河流量的变化对碳汇强度的影响显著;不同岩溶水系统的碳汇通量不但受水化学条件和地下水动力条件的控制,同时受土地利用变化的影响。该研究对于改进碳循环模型和评价岩溶地质碳汇有重要意义。     

桂林岩溶区石灰土壤对酸雨缓冲作用的观测及其对岩溶碳汇的指示意义

近期越来越多的研究显示硫酸、硝酸等外源酸会参与碳酸盐岩溶蚀, 但酸雨在碳酸盐岩溶蚀中的作用与碳循环的关系并不明确, 严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究选择在酸雨强度大、频率高、岩溶发育典型的桂林丫吉岩溶泉野外科研实验场开展研究, 对不同地貌部位土壤和丰水期(4月)、平水期(9月)降雨后土壤水进行分层取样测试。结果显示: 土壤的pH范围为5.55~7.81, 平均值为6.76±0.61, 变异系数为9.11%, 土壤水的pH范围为6.69~7.89, 平均值为7.21±0.31, 变异系数为4.43%, 两者均接近中性和中性以上, 并呈现出随深度增加而不断增大的趋势性变化规律, 土壤pH主要受土壤有机质分解产酸的控制, 土壤水pH主要受石灰土富钙偏碱的地球化学背景影响, 酸雨对两者的影响较小。土壤阳离子交换量范围为302~ 423 mmol(+)/kg, 位于酸沉降不敏感区的土壤范围内, 土壤对酸雨来源的H+具有较好的缓冲能力。土壤水中碱性离子(Ca2++Mg2+)所占比例范围为23.66%~25.0%, 平均值为24.25%±0.33%, 变异系数为1.36%, 含量稳定; 酸性离子(SO2– 4+NO– 3)所占比例范围为2.47%~18.94%, 平均值为7.69%±5.09%, 变异系数为66.28%, 随着深度增加, 土壤水中酸性离子浓度逐渐降低; 土壤pH值呈碱性, 可以认为, 酸雨成分并没有穿透土壤层进入岩溶含水层, 没有产生减碳汇效应。前期的研究由于没有考虑石灰土壤层对酸雨的缓冲作用, 高估了酸雨的减汇效应。     

北京市丰台区东高地岩溶裂隙水与第四系地下水的水力联系

专家一般认为东高地地区寒武系岩溶裂隙水的补给来源以上游的佣向径流为主,与第四系地下水没有明显的水力联系;通过近来地下水位动态监测和岩溶裂隙水的同住素成分研究,我们认为寒武系岩溶裂隙水与第四系地下水之间有着明显的水力联系。     

广西弄拉表层岩溶动力系统水循环碳汇效应研究

基于对广西弄拉表层岩溶泉水文动态自动化监测研究,发现在良好的森林植被覆盖条件下,泉域内水资源的排泄方式在不同季节差异较大。丰水期主要以泉口径流排泄为主,而枯水期则以泉域内生态需水消耗为主。4至8月降水量占全年总量的66.24%,泉口水资源输出量却高达全年总量的90.89%。与之相对应,碳输出量占全年总量的90.46%。上述数据说明岩溶碳汇过程主要发生在径流系数较高的丰水季节。在碳汇方式上,碳汇过程明显受到雨水稀释效应、CO2效应及水岩相互作用的控制。在降水初期,受到雨水的混合稀释,HCO3-浓度明显下降。期间受到CO2效应及水岩相互作用的影响,使HCO3-浓度波动较大。但随着流量的衰减,水岩相互作用重新又占主导地位,HCO3-浓度动态变化趋于平稳。根据近十年来的监测结果表明,在次生森林植被覆盖条件恢复下,岩溶动力系统中的Ca2+、Mg2+和HCO3-离子浓度均明显增高。以HCO3-浓度增长最为明显,2003—2005年平均值为356.55 mg/L,而2012年上升为432.97 mg/L,其差值76.42 mg/L,十年间增幅达21.4%。     

岩溶与岩溶地区钻探特征

简述了岩溶及其分布,岩溶地区的矿产资源、水资源、环境与地质灾害;同时论述了岩溶地区进行钻探施工技术特征及未来展望。     

重庆岩溶区气候变化对水文水资源的影响

本文以重庆岩溶区为研究对象,从水文水资源方面分析了气候变化对岩溶生态系统的影响。结合水文数据与气象数据,运用数学分析的方法主要研究了气温和降水对水文水资源要素的影响。从研究中可知道,岩溶区降水变化对径流量影响显著,呈显著正相关,并且年均降水量与年均径流量存在指数增长关系。同时由于降水的变化,导致重庆岩溶区干旱、洪涝和正常年交替出现,且旱涝持续时间长。气温是影响蒸发的重要因子,可能蒸散量随着气温的变化呈现出明显的季节变化和年际变化,气温升高,则蒸发量增加,反之则减少。从空间上,可能蒸散量大体上西部大于东部,北部大于南部。