青藏高原北部典型冰川流域化学风化研究

青藏高原生态环境对气候变化的响应是全球变化研究关注的重点问题。地表风化与气候变化之间具有紧密的联系,因此对冰川流域硅酸盐岩风化以及黄铁矿氧化进行定量研究可为理解高原气候变化提供关键性认识。本文以青藏高原北部祁连山典型冰川流域—老虎沟流域为研究对象,通过分析流域河水及降水的水化学和氢氧同位素,研究了冰川径流来源,河流溶质来源以及水文条件对溶质的影响,流域化学风化速率以及黄铁矿氧化对化学风化碳汇效应的影响。利用同位素径流分割得到地下水、冰川融水以及大气降水对冰川径流的贡献分别为18.2%、58.3%和23.5%,并进一步通过溶质产生模型讨论了冰川河流量对溶质的影响。通过反演模型计算得到碳酸盐岩、硅酸盐岩、蒸发岩和降水对河水阳离子的贡献分别为59.1%、20.1%、8.3%和12.5%,蒸发岩、降水和融雪、黄铁矿对SO₄^2-的贡献分别为14.4%、8.0%、77.6%。最终估算得到碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化通量分别为50.8 g/s和7.8 g/s,相应的CO₂吸收速率分别为24.4 t/(km²a)和5....     

中国喀斯特关键带岩石风化碳汇评估及其生态服务功能

喀斯特地区的岩石风化固碳被认为是全球遗漏碳汇之一,中国喀斯特地区的分布面积达344万km²,目前对其岩溶碳汇缺乏精确、系统的评估,对碳汇产生的机制仍存在争议。本文通过对喀斯特地区碳汇研究的回顾,详细介绍了适用于喀斯特地区固碳速率的估算方法,并对喀斯特地区的岩石风化碳汇进行再评估,然后将地球关键带科学概念引入喀斯特生态系统,阐述喀斯特关键带碳汇研究对生态系统服务和功能的意义。研究结果表明,中国喀斯特地区每年因岩溶作用产生的碳汇为4.74 Tg C yr^-1,未来中国需要加强岩石—土壤—水体—生物—大气复杂交互系统的基础数据收集,以明确各界面碳通量,对喀斯特关键带碳汇进行多尺度、多方法、全方位联合评估,在改善喀斯特生态系统功能、科学管理区域和国家碳收支及全球变化研究等方面为政府和学者提供参考。     

中美俄加陆域碳汇对人为增温的消减贡献

作为主要的气候强迫因子,CO₂与人类活动密切相关,但很多研究往往忽视了陆地生态系统碳汇对人为排放CO₂增温的消减作用。俄罗斯、加拿大、中国和美国是世界上地域面积最大、且社会经济处于不同发展阶段的4个国家,将短时期内CO₂排放所引起的辐射强迫进行量化分析,对于评估人为和自然因素对气候的影响非常重要。本文基于CO₂同化数据,利用“碳—气候”参数化方案,在分析人为碳排放及其气候效应的同时,考虑陆地生态系统碳汇的气候效应,进而得到4个国家的全球辐射强迫。结果显示：① 2000—2016年,4个国家人为排放的CO₂均呈明显增加趋势（0.125 Pg C a ^-1）,但陆地生态系统的碳汇作用也不断增强（0.003 Pg C a ^-1）;其中,中美两国总的人为碳排放占了4个国家的87.19%,而俄罗斯陆地生态系统的吸收碳能力最强,总量达14.69 Pg C。② 截至2016年,陆地生态系统的降温效应达-0.013 W m ^-2,可消减人为碳排放增温效应的45.06%。充分说明若不考虑陆地生态系统,将会明显高估人为碳排放的增温效应。③ 整体上,相对于2000年和工业革命前的CO₂浓度水平,4个国家总的人为碳排放分别贡献了0.32 W m ^-2和0.42 W m ^-2的全球辐射强迫。本文还进一步探讨了温度与辐射强迫的线性关系,相对于单一的人为或者自然因素而言,综合两者的辐射强迫,与相应时段的气温变化可解释度最高,达30.3%。     

内蒙古浑善达克沙地南缘 137Cs、 210Pbex复合示踪研究

土壤风蚀是导致土地退化、荒漠化以及大气扬尘、风沙天气的重要原因。内蒙古浑善达克沙地南缘是国家主体功能区规划确定的“两屏三带”的重要部分,科学估算本地区土壤风蚀强度及其变化,是地区生态安全和生态建设成效评估的重要内容。选择浑善达克沙地南缘的正蓝旗为研究区,运用 ¹³⁷Cs、 ²¹⁰Pb_ex复合示踪技术,对研究区土壤侵蚀速率及其变化进行了分析。结果表明：① 研究区内 ¹³⁷Cs本底值为2123.5±163.94 Bq·m ^-2, ²¹⁰Pb_ex本底值为8112±1787.62 Bq·m ^-2。② 基于 ¹³⁷Cs同位素示踪分析,研究区侵蚀模数为-483.99~740.31 t·km ^-2·a ^-1;基于 ²¹⁰Pb_ex同位素示踪分析,研究区侵蚀模数为-441.53~797.98 t·km ^-2·a ^-1。③ 与20世纪20-70年代相比,20世纪70年代以来土壤侵蚀与堆积速率明显降低,研究区风沙活动明显减弱,区域生态环境质量得到改善。综合 ¹³⁷Cs和 ²¹⁰Pb_ex的多同位素复合示踪技术在干旱、半干旱地区土壤侵蚀研究中具有较大的潜力。     

大兴安岭多年冻土区森林土壤温室气体通量

多年冻土温室气体排放对全球气候变化有重要影响。采用静态暗箱—气相色谱法,于2016—2017年生长季（5—9月）,对大兴安岭多年冻土区兴安落叶松林、樟子松林和白桦林土壤二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）通量进行野外原位观测,对比分析温室气体通量的动态变化特征及其关键影响因子。结果表明：3种林型土壤CO₂通量范围为65.88~883.59 mg·m^-2·h^-1;CH₄通量范围为-93.29~-2.82 μg·m^-2·h^-1;N₂O通量范围为-5.31~45.22 μg·m^-2·h^-1。整个生长季兴安落叶松林、樟子松林和白桦林土壤均表现为CO₂、N₂O的排放源、CH₄的吸收汇,土壤CO₂和CH₄通量在不同林型和年际间差异显著。3种林型土壤CO₂通量与5 cm、10 cm和15 cm土壤温度呈极显著正相关（P < 0.01）;CH₄通量受土壤含水量和10 cm、15 cm土壤温度的影响较大（P < 0.05）;兴安落叶松林和樟子松林土壤N₂O通量与气温呈显著正相关（P < 0.05）,而白桦林土壤N₂O则与15 cm土壤温度呈显著负相关（P < 0.05）。基于100 a时间尺度计算温室气体全球综合增温潜势,3种林型土壤温室气体的排放对气候变暖具有正反馈作用。     

西北冰洋二氧化碳分压变异与海冰变化的关系

北极海冰消退造成了开阔水域面积的增加,进而促进表层海水吸收更多的二氧化碳(CO₂),导致表层CO₂分压(pCO₂)呈上升趋势。然而,目前还缺少对于海冰消退过程中pCO₂的显著变化及其与海冰联系的相关研究。本研究基于2008年中国第三次北极科学考察数据,发现西北冰洋夏季海表pCO₂的分布呈现出陆架区低海盆区高的特征,整个海区总体上为大气CO₂的汇,其中陆架区碳汇通量为13.8 mmol·m^–2·d^–1,而广阔的加拿大海盆区仅为3.7 mmol·m^–2·d^–1。本研究重点分析了海盆区高pCO₂和低碳汇的驱动机制,根据质量平衡模型模拟了加拿大海盆区在整个海冰融化过程以及随开阔海域时间延长的情景下,海表pCO₂的响应变化趋势。结果表明:(1)在融冰过程中,海-气CO₂交换驱动pCO₂呈缓慢增...     

盐土和碱土土壤无机CO2通量的分离

干旱区盐碱土无机CO₂通量是一个崭新、独特的科学现象,打破了土壤CO₂通量完全来自于有机源的假设;然而,盐碱土无机CO₂通量在土壤CO₂通量和全球碳循环中的重要性还缺乏分离和量化的依据,因而存在很大的不确定性。通过采用高压灭菌的方法,将盐土和碱土的土壤无机CO₂通量从土壤CO₂通量中分离。结果表明：高压灭菌方法并不改变土壤的理化性质,并通过土壤有机CO₂通量与温度的关系验证了分离方法的有效性,从而为盐碱土无机CO₂通量的分离、量化和评估提供了一个可靠有效的方法。盐碱土的土壤无机CO₂通量是土壤CO₂通量的重要组分,土壤无机CO₂通量的分离对精确解析干旱区盐碱土生态系统的碳循环是必要的;对盐碱土土壤无机CO₂通量的研究,将促进对干旱区盐碱土土壤CO₂通量和全球碳循环的理解。     

天山南坡科其喀尔冰川作用区CO2通量观测研究

冰川融水径流的发育和形成过程中,存在大量水化学侵蚀,尤其是K/Na长石及碳酸盐的水解作用,可能消耗水体中H⁺,促使大气CO₂溶于水形成重碳酸盐,影响区域碳循环。2015年7月21日-2017年7月18日选取相对平坦开阔的西天山科其喀尔冰川表碛物覆盖区,利用涡度相关法进行CO₂通量监测。结果表明：大气CO₂通量介于-17.99~3.59 g·m^-2·d^-1之间,平均值为-2.58 g·m^-2·d^-1,说明研究区是一个显著的碳汇。净冰川区系统CO₂交换量主要受大气CO₂通量支配,但日内变化显著,白天因冰雪消融导致大气CO₂沉降于融水中促进区域水化学侵蚀,而夜间因太阳辐射减少,冰雪消融减弱甚至停止,抑制了区域CO₂沉降,甚至再生冰的形成引起溶解于液态水中的CO₂释放。净冰川区系统CO₂交换量与气温呈显著的负相关关系,即气温升高,大气CO₂沉降量增加;当降水量小于8.8 mm时,交换量随降水量变化不显著,而降水量大于8.8 mm时,CO₂沉降量随降水量增加而减少。净冰川区系统CO₂交换量随日径流量的变率遵循：积雪消融期 > 积雪积累期 > 冰川消融前期 > 冰川消融后期 > 冰川消融峰期,意味着积雪消融存在时,系统CO₂交换量随日径流量变率较大,可能是因积雪本身的阻尼作用或积雪期水文通道不发育,积雪融水较冰川冰融水汇集相对较慢,为可溶性物质化学反应提供充分时间,增强了CO₂沉降。     

三岔河流域水文特征与化学风化碳汇效应

在喀斯特地区的流域产汇流过程中,由于富含碳酸的水体对可溶岩的溶蚀作用,导致河流断面输出大量溶解无机碳(DIC),反映了流域化学风化消耗大气CO2的强度,与流域水文过程密切相关。为了正确估算流域水文过程中化学径流及其碳汇效应,解析水文特征对流域地表过程中碳的生物地球化学行为的影响规律,以喀斯特地貌广布的三岔河流域三个水文站断面为例,研究了河源区河流水文特征与碳汇效应。结果表明:处于亚热带湿热环境下的喀斯特流域在观测水文年内,碳汇强度远大于非喀斯特的花岗岩流域且具有显著的季节变化,绝大部分的碳汇发生在高温多雨的6-11月。相关分析表明,流域碳汇强度与流域气温、降水和径流量呈显著的正相关关系;流域碳汇强度与河流总溶解固体物(TDS)浓度、DIC浓度呈显著的负相关关系。丰水期径流对河流TDS和DIC有明显的稀释效应。流域碳汇强度主要决定于河流TDS和DIC输出载荷而非河流TDS和DIC的浓度,与流域水文特征密切相关。     

赣江上游河流水化学的影响因素及DIC 来源

对赣江上游38 处水体采样点的水化学特征和溶解无机碳稳定同位素的分析, 发现其总溶解质浓度较低, 其中, 阳离子以Na⁺、Ca²⁺ 为主, 阴离子以Cl^- 和HCO₃ ^- 为主, Si 的浓度较高, 表征了典型硅酸盐地区河流的水化学组成特征。通过海盐校正分析得出, 研究区大气降水对河水溶解质的贡献率为11.5%, 扣除降水的贡献部分, 利用主成分分析的方法, 计算得出赣南流域受硅酸盐岩风化作用强烈, 同时由于受附近盐矿的影响, 蒸发盐岩的风化作用显著。另外, 根据δ¹³C 溶解无机碳DIC 的测量值约为-8.35‰~-13.74‰, 平均为-11.65‰, 利用质量平衡计算得出, 研究区DIC 的主要来源, 约68.5%来自于土壤CO₂, 31.5%来自于碳酸盐矿物的溶解, 进而得出流域岩石化学风化过程消耗的土壤CO₂ 为2.11×105 mol/yr·km², 来自碳酸盐本身的HCO₃ ^-含量为9.6×104 mol/yr·km²。由于地理位置和流域环境以及人为因素的差异, 各支流DIC 来源的比例亦有所差异。     

干旱区盐湖沿岸土壤呼吸特征及其影响因素

明确不同生态系统土壤碳排放规律及其影响因素对准确评估全球碳循环具有重要意义。为揭示干旱区典型盐湖沿岸土壤呼吸（R_s）、土壤呼吸温度敏感系数（Q₁₀）变化特征及其影响因素，以新疆干旱区达坂城盐湖和巴里坤湖沿岸土壤为研究对象，在2015—2016年5~10月利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统对盐湖沿岸土壤呼吸速率进行测定，分析了土壤呼吸季节性变化特征及其影响因子。结果表明，干旱区盐湖土壤呼吸变幅较大（0.07~11.59 μmol·m^-2·s^-1），平均值为2.45 μmol·m^-2·s^-1，7月土壤呼吸速率最高为4.69 μmol·m^-2·s^-1，10月最低（1.01 μmol·m^-2·s^-1）；土壤CO₂累积排放量为9.30 g·m^-2·d^-1，7月累积排放量最大为17.82 g·m^-2·d^-1。Q₁₀呈“降低—增加—降低”趋势，6月最低（2.25）9月最高（3.52），平均值为2.79。干旱区盐湖沿岸土壤呼吸受土壤有机碳（SOC）、5 cm土壤温度（ST5）、土壤含水量（SM）和土壤盐分（Salt）的共同影响，单因素模型模拟可解释土壤呼吸速率变化的41.7%~75.7%（R²=0.417~0.757，P＜0.05），多因子综合模型拟合结果最佳R_s=0.001×SOC+0.039×SM-0.534×Salt-0.116×ST5+5.06（R²=0.804，P=0.05），且均表明盐分是影响干旱区盐湖沿岸土壤呼吸速率的主要因子。因此，在考虑陆地生态系统碳收支和碳循环时不能忽略干旱区盐湖沿岸土壤碳过程，以及盐分对盐湖生态系统碳排放的影响。     

白令海CO_2源汇与控制因素研究进展

白令海是北冰洋太平洋扇区的边缘海,是亚北极生态系统向北极生态系统过渡的典型区域,白令海CO_2源汇的研究可为高纬度边缘海相关的研究提供重要的参考。在全球持续变暖的背景下,白令海正在发生着一些气候和环境的变化,这些变化对CO_2源汇以及控制CO_2源汇的生物地球化学过程产生重要影响。对目前白令海CO_2源汇特征及其控制因素相关研究进行了归纳总结,预测了白令海CO_2源汇的未来变化趋势并提出了展望。以往的研究都认为白令海是一个大气CO_2的汇区,但是碳汇研究结果差异较大,最近的研究结果表明白令陆架区的碳汇约–6.81 Tg C·a~(–1)(1 Tg=10~(12)g),整个白令海的碳汇约–34 Tg C·a~(–1)。在未来白令海气候和环境变化继续加剧的条件下,使得白令海碳汇增强或减弱的因素将同时存在,因此,未来白令海的碳汇是增强还是减弱尚无定论。     

天山哈密榆树沟流域地下水化学特征及其来源

根据天山哈密榆树沟流域地下水的pH 值、总可溶性固体（TDS）、电导率（EC）和主要化学离子的测定,运用综合特征描述法、三角图示法、相关性分析和主要离子比值法,探讨了流域地下水的水化学特征及其形成原因。分析结果表明：地下水的pH 值为中性略偏碱性;阳离子中Ca²⁺ 质量浓度含量最高,阴离子中HCO₃^-浓度最高,阳离子质量浓度序列为Ca²⁺ >Na⁺ >Mg²⁺ >K⁺,阴离子质量浓度序列为HCO₃^->SO₄^2- >Cl^- >NO₃^-;该流域地下水主要离子类型为HCO₃^--Ca²⁺ ;TDS 含量分别为104.33 mg·L^-1和99 mg·L^-1,属于弱矿化度水;地下水中离子组成主要受碳酸盐风化作用的影响。     

南极苔原沼泽温室气体通量变化特征及其对气候变化的响应

以南极阿德雷岛苔原沼泽为研究区域,2016年12月至2017年1月南极夏季期间观测研究了温室气体CH_4、CO_2和N_2O通量的变化规律及其对环境因子的响应关系。结果表明:光照条件下干旱苔原沼泽表现为CH_4吸收,通量为(–5.4±4.3)μg CH_4·m~(–2)·h~(–1),半干旱苔原与淹水苔原沼泽表现为净排放;三个类型苔原沼泽观测点均表现为N_2O净吸收,最高吸收通量出现在淹水苔原,为(–2.6±2.4)μg N_2O·m~(–2)·h~(–1);黑暗条件下苔原沼泽一致表现为CH_4和N_2O净排放。光照与土壤水分减少增加了苔原CH_4有氧氧化吸收,同时促进了反硝化作用对N_2O的还原转化。观测期间所有观测点均表现为CO_2的汇,最高CO_2净交换量与光合作用强度都出现在淹水苔原区,分别为(–40.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)和(91.2±26.5) mg CO_2·m~(–2)·h~(–1);而最高苔原沼泽呼吸速率出现在干旱苔原观测点,为(73.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)。夏季适宜的温度、降水条件促进了苔原植被的光合作用,增加了苔原沼泽CO_2吸收量。CO_2、N_2O、CH_4通量随时间变化的相互关系规律不显著(P0.05),但在降水与温度波动下,N_2O与CH_4通量都随CO_2通量呈现相似的波动。三种温室气体与各种环境因子之间的响应关系值得进一步研究;不同光照条件对CH_4、N_2O排放量的估算有重要影响。     

渭河宝鸡市区段河床沉积物磁性特征分析

利用环境磁学的方法可以有效地示踪河流沉积物的物源,对渭河宝鸡市区段干流及其支流河床沉积物全面系统的磁学特征分析表明：渭河干流和支流沉积物的磁性矿物含量总体相对较高,磁性矿物类型主要以亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主,同时存在不完全反铁磁性矿物赤铁矿,磁晶粒以PSD（假单畴）和MD（多畴）颗粒为主。渭河干流沉积物的磁性特征在空间上表现出了一定的差异,根据χ_ARM/χ（非磁滞剩磁磁化率/磁化率）值的变化规律将渭河宝鸡市区段沉积物的来源分成了两段,第一段从宝鸡峡到神龙大桥,沉积物χ_ARM/χ 值逐渐减小,磁性颗粒逐渐变粗;第二段从神龙大桥到千河入渭口,沉积物χ_ARM/χ 值逐渐增大,沉积物的颗粒呈现出由粗变细的特征,指示了渭河宝鸡市区段河流沉积物存在一定的物源差异,渭河宝鸡市区段干流沉积物的物质来源主要以上游携带为主导,从神龙大桥向下游,支流对河床沉积物具有一定的贡献,北岸比南岸流域贡献的物质相对较多。     

闽东南沿海老红砂的地球化学特征

闽东南沿海老红砂的地球化学分析表明,B、Ga、Sr、Ba、K、Cr、Ni和V等微量元素含量及B/Ga和Sr/Ba比值指示老红砂应为陆相沉积,其磷酸钙组分和古盐度亦指示为陆相。老红砂的化学全量组合特征与花岗岩风化壳相似,但SiO₂含量较花岗岩风化壳大,而Al₂O₃的含量明显少于花岗岩风化壳。从老红砂垂直剖面变化看,其硅铝铁率一般从上往下增加,分解系数(Fe₂O₃/MgO)一般从上往下减少。     

Catch Crop Known to Decrease N-leaching also Counteracts Soil CO2 Emissions

CO₂ emissions to the atmosphere were studied in a fertilized sandy agricultural soil with and without a catch crop sown into the main crop. The catch crop was grown primarily with the purpose to decrease N-leaching but this study also wanted to find out if the catch crop could have an effect in a climate change perspective. Plots with catch crop showed decreased CO₂ emissions from the soil. Since previous results have shown that catch crops effectively decrease N-leaching we recommend growing catch crops as an effective measure for helping both the climate and the eutrophication issue. Seasonal variations in CO₂ emissions were pronounced with maximum emissions from the fertilized agricultural soil in June and from an adjacent unmanaged grassland in August. From the plot with catch crop emissions decreased in July and August but somewhat increased later in the autumn. Fertilized agricultural soil showed a within-soil CO₂ sink after harvest, i.e. within-soil CO₂ uptake. Availability of NH₄⁺ or NO₃^- in the soil seems to influence the within-soil CO₂ sink, with NH₄⁺ enforcing the sink while the same amount of NO₃^- instead increased CO₂ emissions.