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.     

重庆地区岩溶地下河水溶解无机碳及其稳定同位素特征

稳定碳同位素是指示岩溶动力系统碳来源及转化的重要指标。为揭示重庆地区岩溶地下水中溶解无机碳基本特征和碳来源,本文对该地区63条岩溶地下河水样进行了水化学和碳同位素分析。研究结果表明,重庆地区地下河水溶解无机碳主要表现形式为HCO3-,雨季由于稀释作用其浓度低于旱季。重庆岩溶地下河水δ13C-DIC（V-PDB）旱季变化范围为-15.34 ‰～-5.89 ‰,雨季变化范围为-17.40 ‰～-4.23 ‰。根据δ13C同位素质量平衡方法,计算得到重庆地下河旱季碳酸盐岩溶蚀对DIC贡献为45.1 % ～79.7 %,雨季平均为34.6 %～82.1 % 。计算结果表明,在人类活动不断增强的情况下,岩溶水体DIC通量中碳酸盐岩溶解来源的DIC和其参与岩溶地下水δ13C值的形成并不一定是岩溶作用理论方程中所计算的50 %,而是有一定的变化范围。因此在计算岩溶作用碳汇时,建议通过δ13C值扣除碳酸盐岩溶蚀形成DIC的通量后再来推算岩溶作用形成的碳汇量。     

碳同位素和水化学在示踪贵阳地下水碳的生物地球化学循环及污染中的应用

地下水污染影响碳的生物地球化学循环,碳的演化也能够反映地下水的污染状况。对贵阳城区地下水的水化学、溶解无机碳含量及其碳同位素进行了分析。研究结果表明,地下水化学以SO4·HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Ca·Mg型为主,化学组分分析结果表明,水化学特征主要受岩性控制。地下水中溶解无机碳表现形式主要为HCO-3,丰水期由于稀释作用其含量减少。而丰水期δ13CDIC较枯水期偏负,生物成因无机碳占比重大。结合碳同位素和NO-3等人为活动输入物质的负相关性尝试对城区地下水污染分区,结论为贵阳市区中部、东北部以及西郊农业区地下水受污染较为严重。     

连续流同位素质谱测定水中溶解无机碳含量和碳同位素组成的方法研究

用连续流同位素质谱对水样中溶解无机碳含量和碳同位素组成的测量方法进行了研究,使用德国Finnigan公司DeltaPlusXP同位素质谱仪和GasBenchⅡ在线制样装置对实验室制备的四个实验室标准进行了反应流程、平衡时间、信号强度、数据精度、标准稳定性等检测,结果显示平衡时间大于4h检测信号达到稳定,同时发现44CO2信号强度和水样中溶解无机碳(DIC)浓度具有很好的相关性,因此可以利用信号强度来计算原样品中的DIC浓度。在四个实验室标准中,由NaHCO3配置的标准具有非常好的稳定性和精度,可以作为测试的工作标准。本方法测量水样中溶解无机碳的δ13C分析精度为0.1‰。本方法可以广泛应用于自然界各种水体中溶解无机碳(DIC)含量及其稳定碳同位素组成的分析。     

内陆水体溶解无机碳同位素研究进展及展望

碳是陆地生态系统中最重要的生命元素,能够在各个圈层之间相互转换和运移。碳循环作为地球各圈层相互连接的纽带,被认为是地表系统最重要的元素地球化学循环。碳在水体中主要以溶解性有机碳（dissolved organic carbon,简称DOC）和溶解性无机碳（dissolved inorganic carbon,简称DIC）形式存在。内陆水体（包括河水、地下水、湖水和水库等）尽管只占陆地表面1%,但它们在碳循环过程中发挥了重要作用。其DIC浓度(CDIC)和DIC同位素组成(δ13CDIC)可以为碳循环研究提供线索,因此成为近年来国际研究的热点之一。本文系统总结了全球内陆水体DIC同位素的研究进展。DIC同位素具有广泛的地质应用,不同碳源具有独特的同位素特征。因此,DIC同位素被用于定性和定量地示踪碳源,指示碳循环过程以及确定河水补给端元。     

海洋沉积物孔隙水中溶解无机碳(DIC)的碳同位素分析方法

海水中往往含有一定量的溶解CO2（以HCO-3存在），其δ13C值组成十分恒定，一般在0‰值附近。赋存在海底沉积物中的孔隙水往往含有比海水更高的溶解CO2含量，且其碳同位素组成变化极大。对这些溶解CO2的碳同位素组成进行分析，能够为我们了解海底沉积物沉积-成岩过程和生物地球化学过程提供十分丰富的信息。为此，开展了沉积物孔隙水中溶解CO2 (DIC)的碳同位素分析方法的研究。 采用的仪器为德国Finnigan公司生产的连续流质谱仪（Delta Plus XP）及与之联机的多功能制样装置(Gas Bench)。 Delta Plus XP为稳定同位素比值质谱仪，可以进行C、H、O、S、N等稳定同位素比值的测定，内精度小于0.1‰，外精度为0.1‰,稳定性好于0.03×10-6nA/h。Gas Bench为多功能在线制样装置，可进行CO2-H2O平衡法氧同位素，溶解二氧化碳碳同位素，碳酸盐碳氧同位素，空气中氮同位素及氮总量的前期制样，由于使用自动制样系统，具有处理时间短，效率高的优点。 样品分析过程：首先在自动进样器中对样品管进行烘烤(45℃)，然后拧紧瓶盖向样品管中充入氦气（16 min/管），充气完毕之后开始加人样品，使用注射器向管中注射0.5 mL样品，下一步使用加酸装置向管中注人磷酸反应平衡，磷酸用量大约0.3 mL左右，反应式如下： H3PO4＋HCO-3 aq===CO2(g)+H2PO- 4…+H2O…… 平衡1h后利用氦气将反应生成的气体CO2送人Delta Plus XP质谱仪测试。 实验过程中，制备了3个水样标准。NJWCS-l为直接取自实验室的Mill-Q纯净水，NJWCS-2为Mill-Q纯净水经蒸沸再冷却后，装人一密封的瓶子中，并向瓶中通人实验室用超纯钢瓶CO2气约4h，使CO2气充分溶解在水中并达到平衡。该瓶气体的δ13C值为-21.85‰。NJWCS-3为南京大学的自来水。 在不同时间对上述标准水样进行碳同位素组成测试结果表1。 实验过程中，选取3个采自南海北部某区海底沉积物孔隙水样品，进行了多次重复测试。结果表明，测试结果十分稳定。其中S-1的δ13C值（-5.11±0.12)‰( n=4); S-2的梦δ13C值（-27.13±0. 02)‰( n=2);S-3的δ13C值（-29.34±0.37)‰（n＝2)。 综上所述，通过笔者建立的分析方法，可对沉积物中孔隙水溶解无机碳碳同位素组成进行准确测试。这一方法的建立，有利于对海洋沉积物孔隙水中可能存在的碳同位素组成异常及其与天然气水合物的关系进行深人探讨。同时，该方法也完全适合于测定自然界中其他水体（如湖水、河水、油田卤水、地下水等）的溶解无机碳的碳同位素组成，因而该方法有着广泛的应用前景。     

激光光谱技术在溶解无机碳碳同位素分析中的应用

天然水溶解无机碳（DIC）碳同位素组成（δ13CDIC）分析是研究碳元素循环及相关生物地球化学过程的重要手段之一。近年来,激光光谱技术的发展为碳同位素比值测定提供了一种新的方法。文中阐述了一种总有机碳仪—激光光谱同位素仪联用在线测定水中DIC含量及δ13CDIC值的技术方法。该方法具有较高的测试精度,DIC含量测试结果相对标准偏差能控制在1%以内,δ13CDIC值精度优于±0.1‰（1σ）。不同类型岩溶水δ13CDIC值的测试结果与质谱仪法结果接近,差值总体≤0.3‰,表明该测试技术具有较高的准确度。由于吸收光谱信号与目标气体浓度有关,较低的CO2浓度会影响激光光谱仪的稳定性,在测试时需要根据DIC浓度控制样品进样量,最好采用多标样法来校准仪器测量值。激光光谱技术因其具有低成本、测试快速可靠,且仪器小巧便携等特点,在岩溶水溶解无机碳碳同位素分析中具有较大应用前景。     

湘西峒河流域水化学特征及无机碳通量计算

为了掌握亚热带季风气候岩溶地区流域水化学变化特征及量化流域内岩石化学风化过程对吸收大气CO2的贡献,文章选取湘西峒河流域作为研究对象,于2016年7—8月对研究区干流和7个子流域进行了水样采集与分析。结果表明:河水pH平均值为8.31,总体呈偏碱性。EC与TDS的变化范围较大,这主要与流域内岩性的分布有关。水中离子以Ca2+、HCO-3为主,水化学类型为HCO3—Ca型,岩性控制水化学的组成。HCO-3、Ca2+和Mg2+主要来源于碳酸盐岩的风化,其余离子来源多受人为活动影响。峒河流域干流的主要离子中,HCO-3、Ca2+和Mg2+浓度从上游至下游总体下降,反映了河流从碳酸盐岩区流向碎屑岩为主地层的过程。NO-3、K+、Na+、F-、Cl-和SO2-4呈增长趋势,说明峒河受人为污染影响较大,反映出人为活动的密集程度。通过子流域的划分可知流域上游主要受灰岩以及白云岩控制,中游以灰岩控制为主,下游受砂岩、泥岩及碎屑岩控制为主。收集流域最终出口吉首观测站一个水文年的数据并运用水化学—径流法估算出峒河流域无机碳通量为60 477.33 tCO2/a,碳汇强度为71.15 tCO2/（km2·a）。     

岩溶水库热结构变化对水体溶解无机碳及其同位素的影响过程

以中国南方亚热带地区典型的地下水补给型水库——大龙洞水库为对象,于2018年1月、4月、7月、10月、12月分别在上、中、下游三个监测点进行采样,探究水库热结构变化对于水体无机碳及其同位素的影响过程及机理。结果表明：（1）大龙洞水库水体在一个水文年中呈现周期性的混合期—分层期—混合期的热结构变化,4月热分层开始显现,7月逐渐显著呈现完整的热分层,10月以后热分层逐渐消失,水体逐渐实现混合;（2）水体热分层是溶解无机碳（DIC）浓度与碳稳定同位素（δ¹³C_DIC）值变化的主要驱动力。表水层中DIC主要受水—气界面二氧化碳脱气、水生生物光合作用控制,其DIC浓度与δ¹³C_DIC值分别为3.22 mmol·L⁻¹和−9.15‰;温跃层中DIC主要受有机质降解过程影响,其DIC浓度与δ¹³C_DIC值分别为3.43 mmol·L⁻¹和−9.70‰;底水层中DIC主要受碳酸盐沉淀过程影响,其DIC浓度与δ¹³C_DIC值分别为4.32 mmol·L⁻¹和−11.89‰;（3）三种过程伴随水库热结构的变化而变化,驱动DIC浓度及其同位素的变化梯度 G (DIC)与 G (δ¹³C_DIC)的变化,表现为底水层＜表水层＜温跃层。热分层结束进入混合期后,DIC浓度与δ¹³C_DIC值的时空差异均逐渐消失,最终表现出DIC浓度与δ¹³C_DIC值的均一化。     

北江河水溶解无机碳同位素的季节变化

在有碳酸盐岩分布的河流流域, 河水地球化学主要反映的是风化速率较高的碳酸盐矿物风化的信息, 而硅酸盐矿物风化的信息往往被掩盖掉.北江流域碳酸盐岩和硅酸岩分布广泛, 为追踪其中的硅酸盐矿物风化的信息, 分析了北江河水中溶解无机碳同位素的时空变化.河水样品按4个季节自北江的上游到下游采集6个样点, 分析结果显示, 除上游武江的采样点同位素值季节变化不大外, 中下游采样点的同位素值有明显季节变化, 主要表现在6月份的δ13C_DIC显著变轻(-16‰~-19‰).在详细剖析矿物风化过程对碳同位素的影响后, 指出除了显著的碳酸盐矿物风化过程外, 北江流域在夏季还存在明显的硅酸盐矿物风化过程, 大大提高了流域的碳汇作用.      

Stable isotope geochemical characteristics of dissolved inorganic carbon in the Jiulong River Estuary,Fujian Province,China

The isotopic composition of dissolved inorganic carbon （DIC） in estuarine environments has been studied for its significant role in determining the isotopic composition of inorganic/organic matter and its applications to the study of various natural processes. In this paper, based on the stable isotope geochemical characteristics of dis- solved inorganic carbon in the Jiulong River Estuary, the following conclusions are drawn： （1） δ13CDIC values are mainly controlled by the mixing ratio of fresh water and sea water; （2）δ13Cphytoplankton values are linearly related to the δ13CDIC values; （3） δ13CpoM values for the Jiulong River Estuary are affected by anthropogenic pollution signifi- cantly; and （4） the comprehensive analysis of δ13Cphytoplankton, δ13CpoM and δ13CDIc shows that along with increasing salinity, the proportion of POM derived from the degradation of phytoplanktons gradually increases.     

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。

     

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     

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。     

武汉市大气干湿沉降中溶解态黑碳的季节分布特征

本研究采集了武汉市城区2018年3月至2019年2月的大气总沉降及湿沉降样品,使用苯多羧酸法测定溶解态黑碳含量,并结合气象条件分析溶解态黑碳沉降通量季节变化特征及其影响因素。结果表明,总沉降中溶解态黑碳月浓度范围为0.12～0.83 mg/L,均值为0.40 mg/L,湿沉降溶解态黑碳浓度范围为0.04～0.18 mg/L,均值为0.10 mg/L;溶解态黑碳总沉降和湿沉降年通量分别为269 mg·m^-2·a^-1和65 mg·m^-2·a^-1。溶解态黑碳总沉降通量季节变化为春季>冬季>夏季>秋季,湿沉降通量季节变化为冬季>春季>夏季>秋季。溶解态黑碳湿沉降通量主要受降雨量影响,而总沉降通量除受降雨量影响外还受风速、风向和空气质量等因素的共同影响。     

长江干流颗粒有机碳及其同位素组成的季节性输送特征

2007年夏季和冬季对长江干流悬浮物进行了季节性采样,系统分析了悬浮物颗粒有机碳含量及稳定碳同位素的组成,研究了其空间分布以及季节变化特征。结果显示,长江干流夏季颗粒有机碳含量在0．4％～1．3％,冬季含量在0．7%-2．2％。冬季和夏季颗粒有机碳平均δ^13C值分别为-24．74‰和～24．83‰,季节性差异不大,在...