桂江流域岩溶碳汇特征

为研究岩溶区碳汇动态变化特征,使用德国Merck公司生产的碱度计每月定期对桂江流域14个岩溶大泉和16条地下河出口水中HCO3-含量进行了现场测定。结果表明桂江流域枯水期(11月至次年2月)地下水中HCO3-含量平均为223.62mg/L,平水期(3月、9月)为222.11mg/L,丰水期(4月至8月)为210.19mg/L,枯水期和平水期的HCO3-平均含量比丰水期高13.43mg/L和11.92mg/L。尽管丰水期的HCO3-平均含量不及枯水期和平水期,但其平均流量最大,是平水期的2倍,枯水期的2.8倍,因此其岩溶碳汇量也最大,是平水期的4.7倍,是枯水期的2.7倍。在碳汇构成上,丰水期的岩溶碳汇量占年总碳汇量的63.13%,而平水期和枯水期只分别占年总碳汇量的13.35%和23.51%。      

长江流域不同地质生态环境土壤碳酸酐酶活性、有机碳含量及其相关性

为了探讨流域岩溶生态系统土壤碳酸酐酶(CA)活性、有机碳含量及CA固碳之间的潜在关系,选取长江流域干流及支流沿岸不同地质生态环境下的10个样地,比较长江流域不同地质生态环境下表层土壤(0~20cm)中的碳酸酐酶(CA)活性与土壤有机碳(SOC)含量,并分析二者之间的关系。结果表明:(1)长江流域岩溶区的表层土壤CA活性要高于非岩溶区(P0.01),土壤CA活性的差异与样地的地质类型及植被类型不同有关;(2)位于岩溶区高场(GC)样地的年平均SOC含量最高(1.09%),而位于非岩溶区外洲(WZ)样地的年平均SOC含量最低(0.29%),而且总体比较而言,长江流域冬季表层土壤的平均SOC含量显著高于夏季(P0.01);(3)相关性分析结果显示,不同季节长江流域岩溶区表层土壤CA活性与SOC含量呈一定的正相关。研究结果为进一步研究流域岩溶生态系统土壤CA与土壤固碳能力之间的关系奠定了基础。     

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。      

桂江流域河流有机碳特征

通过对桂江流域内植物、土壤碳同位素、河流有机碳含量及同位素进行系统取样测试分析发现,桂江流域C3植物的δ13C范围为-37.89‰~-23.27‰,C4植物δ13 C范围为-14.49‰~-12.00‰。土壤碳库的δ13 C范围为-30.43‰~-11.56‰,平均值为-24.32‰。土壤碳库主要受C3途径植物控制,C4途径植物对土壤碳库的δ13 C影响有限,植物残体转化成土壤有机质的过程中产生有机碳同位素分馏效应,造成土壤有机碳同位素比植物碳库偏重4.42‰。桂江河流DOC分布范围0.68~2.16mg/L,平均值为1.39mg/L。ρ(POC)分布范围0.11~1.14mg/L,平均值为0.37mg/L,DOC/POC的范围1.31~9.04,ρ(DOC)ρ(POC),成为水体有机碳的主要形式。流域水体中δ13CDOC值的范围为-29.682‰~-15.377‰,平均值为-24.810‰;δ13CPOC值的范围为-27.886‰~-24.271‰,平均值为-25.868‰;两者均位于土壤有机碳库同位素范围内,说明河流有机碳主要来源于土壤的机械侵蚀和土壤有机质的降解,受人类生产生活有机废弃物和河流自生浮游植物的代谢分泌物影响小。     

桂林毛村不同植被类型土壤微生物数量与碳酸酐酶活性比较

以非岩溶区林地为对比,分析了桂林毛村岩溶区4种不同植被类型土壤微生物数量及碳酸酐酶(CA)活性的季度动态变化规律,发现以下主要结果:1随着植被的正向演替,岩溶区弃耕地、草地、灌丛及林地微生物数量及CA活性逐渐升高,微生物总数从64.07×10~4cfu/g上升到178.23×10~4cfu/g,CA活性从0.77 U/g上升到1.82 U/g,岩溶区林地大于非岩溶区林地。2在岩溶区不同植被类型,微生物组成均表现为细菌最多(平均值95.14%),放线菌次之(平均值2.79%),真菌数量最少(平均值1.75%)。而在非岩溶区表现为细菌最多(平均值90.95%),真菌次之(平均值5.32%),放线菌最少(平均值3.73%)。3微生物数量季节动态整体表现为春季至夏季逐渐上升,至秋季达到最高,冬季下降,微生物总数的增长依赖于细菌的倍数增长,真菌和放线菌影响较小。CA活性整体表现为夏季和冬季低于春季和秋季,秋季达到最大值。4 CA活性与细菌及微生物总数呈极显著的正相关,表明土壤CA主要来源于细菌的分泌。     

桂江流域地下水污染途径及防控措施研究

对桂江流域开展岩溶地下水污染调查发现:流域内地下水污染源分为“三氮”污染源、重金属污染源、有机污染源三类;“三氮”污染源主要包括工业、养殖和生活三类污水、生活垃圾渗滤液、农业施用氮肥等;重金属污染主要来自工矿企业;有机污染来自工业、养殖业。污染途径主要有孤峰平原的分散入渗式、孤峰平原的脚洞灌入式、峰丛洼地的消水洞灌入式、溶丘谷地的入渗式和峰丛峰林谷地的天窗灌入式等五类。并对88组地下水样品测试结果进行多指标地下水污染综合评价,结果表明36.5%的水点为“三氮”污染,多以分散入渗进入地下水,其污染形态呈面状分布;15.3%的水点为重金属污染,主要通过峰丛洼地消水洞灌入式补给和溶丘谷地入渗补给两种途径,呈点状分布于污染场地附近;3.49%的水点为有机污染,主要为分散入渗补给途径,污染呈短线状或点状分布。      

流域尺度岩溶碳循环过程——“岩溶作用与碳中和”专栏特邀主编寄语

2020年9月22日, 习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上承诺, 中国力争于2030年前达到CO2排放峰值, 努力争取2060年前实现碳中和。中国的碳达峰与碳中和战略, 不仅是全球气候治理、保护地球家园、构建人类命运共同体的重大需求, 也是中国高质量发展、生态文明建设和生态环境综合治理的内在需求。碳中和战略涉及深度社会经济发展转型, 以期实现低碳甚至零碳排放和基于技术变革的增汇目标, 是面向可持续发展的重大机遇。碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础, 不但记录着地球历史时期的环境变化, 而且还是地球最大的碳库, 对地球大气和生命演变起到重要的作用。据统计, 现代全球岩溶分布面积2200万km2, 占陆地面积的15%, 其中中国岩溶面积达344万km2, 约占全球岩溶总面积的15.6%。在水-二氧化碳-碳酸盐岩-生物的相互作用下, 岩溶碳循环活跃, 在全球形成0.824 Pg C/a的岩溶碳汇, 约占全球“遗漏汇”的29.4%。鉴于岩溶作用对全球碳循环具有重要的作用和影响, 2021年中国出台的《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》均明确提出要巩固提升岩溶碳汇能力。然而, 岩溶碳汇的流域尺度效应及其稳定性机理还不十分清晰, 以至于岩溶碳汇研究存在不确定性问题。为揭示流域尺度岩溶碳汇效应以及岩溶碳汇的稳定性问题, 明确岩溶作用与碳中和的耦合关系, 助力碳达峰、碳中和目标的实现, 《地球学报》组织了“岩溶作用与碳中和”专栏。     

岩溶山区生态环境区划 —— 以贵州普定县后寨河流域为例

以贵州普定县后寨河流域生态环境综合治理研究区为例,在深入研究并建立岩溶生态环境分区指标的基础上,采用模糊聚类分析方法,将研究区划分为四个生态治理模式区,并简要论述了各分区的生态环境特征及综合治理模式.该方法也可应用于其它岩溶流域.     

利用稳定同位素技术研究广西桂江流域水体中碳的来源

本文对岩溶区不同类型样品中的有机碳同位素样品前处理的分离提纯技术进行了研究,并对广西桂江流域水体进行了稳定有机碳同位素分析.结果表明,C3植物对桂江水体可溶性有机碳(DOC)有很大比例的贡献,而水生生物对水体有机碳影响较小.抚河流域比漓江流域有较高的(DOC)含量,可能与非岩溶区土壤微生物活动强,土壤活性有机碳含量高有...     

垂直地带性岩溶生态环境特征初探——以金佛山国家自然保护区为例

由于特殊的地理环境,金佛山自然保护区的垂直地带性岩溶生态特征明显.通过研究发现,金佛山在不同海拔地质背景基础上,土壤、物种多样性和山上山下两种不同特征的岩溶动力系统.土壤分带性主要表现为：从山下向山顶依次为黄壤、暗黄壤、黄棕壤和棕壤.物种多样性主要表现为：植被种类繁多,动物类型复杂多样,是同类地区所罕见的,大大丰富了我国野生生物基因库.岩溶动力系统主要表现为：土壤CO2和水化学特征的差异显著,从而形成了山上山下两个不同特征的岩溶动力系统,山下岩溶作用明显强于山顶.     

贵州普定6种喀斯特石生植物及其土壤的碳酸酐酶活性

以贵州普定喀斯特石漠化区域石生银叶真藓（Bryum argenteum Hedw.）、扭口藓（Barbula unguiculata Hedw.）、穗枝赤齿藓（Erythrodontium julaceum(Schwaegr.)Par.）、美灰藓（Eurohypnum leptothollum(C. Muell. )Ando.）、东亚砂藓（Racomitrium japonicum Dozy et Molk.）和雪茶（地衣）（Thamnolia vermicularia(Ach.)Asa-hina）为对象,研究了这些石生植物和其基质土壤碳酸酐酶（CA）的活性,可为石生植物的生物岩溶作用机理和石漠化生态环境的治理提供一定的参考。结果表明,6种植物CA的活性存在一定的差异,以美灰藓的CA活性272.99 U·g-1(FW)最高,东亚砂藓的CA活性33.45 U·g-1(FW)最低;银叶真藓基部土壤CA活性最高,为101.81 U·g-1(干土),美灰藓CA活性15.95 U·g-1(干土)最低。CA活性与土壤全磷、全钾、石砾含量和土壤含水量之间呈极显著的相关性。      

三川河流域水资源演变个例研究

以三川河流域为例,应用WEP-L分布式水文模型和集总式流域水资源调配模型偶合而成的二元水循环模型,模拟了不同情景下流域水循环过程.在此基础上,定量分析了降水、人工取用水以及下垫面条件这三个主要驱动因子对流域水资源演变的影响.在模型中保持其它条件不变,仅以改变降水、人工取用水及下垫面条件来模拟种不同情景的水循环:情景1,1956-1979年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景2,190-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景3,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景4,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水;情景5,1956-2000年降水系列、1956-2000年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景6,1956-2000年降水系列、2000下垫面、无人工取用水;情景7,1956-1979年降水系列、1956-1979年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景;190-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水.情景2和情境1比较,发现降水单项因子减少4.5%引起各种口径水资源量的减少,地表水资源量减少1.4%,地下与地表水资源不重复量15.%,狭义水资源量1.3%,有效蒸散发量2.1%,广义水资源量4.6%.情景4和情境3比较得出,在人工取用水单项因子作用下,地表水资源量减少4.6%,而地下与地表水资源不重复量增加113.5%,在狭义水资源量减少0.4%的同时,伴随有效蒸散发量增加0.9%,广义水资源量增加0.7%.情景6和情境5对比,发现在下垫面条件单项因子作用下,狭义水资源量及其构成地表水资源量和地下与地表水资源不重复量分别减少4.3%、4.3%和2.%,有效蒸散发量增加7.1%,广义水资源量增加5.3%.情景和情境7对比分析得出,三个因子对水资源量的综合影响是,地表水资源量减少30.6%,地下与地表水资源不重复量增加114.5%,狭义水资源量减少25.%,有效蒸散发量增加6.7%,广义水资源量增加1.1%.研究成果对于其它流域水资源演变规律研究具有参考价值.     

神府东胜矿区煤炭开采对水资源的影响机制——以窟野河流域为例

研究神府东胜矿区煤炭开采对水资源的影响机制,对于保护当地水资源及脆弱的生态环境具有重要意义。以窟野河为例,分析了煤炭开采对该流域水资源量与水质的影响机制,并计算出吨煤开采的基流损失量约为2.038 m³(1997—2005年)。研究结果表明,煤炭开采时形成的裂隙将萨拉乌苏组含水层中的水导入矿坑中,导致潜水由水平径流、排泄为主转化为以垂向渗漏为主,引发地下水位大幅下降,河流基流量减少以及泉流量衰减甚至干枯;煤炭开采使含水层中的水进入到矿坑,在物理作用和化学作用下形成硬度更大、矿化度更高的矿坑水,矿坑水排入河流后对河流造成污染。     

岩溶峰丛洼地区降水入渗系数——以寨底岩溶地下河流域为例

大气降水入渗系数α、地下水径流模数M是最基础的水文地质参数,文章以封闭型寨底岩溶地下河流域结合2013年3月至2014年2月一个完整水文年的水位、流量、雨量高频率监测数据,采用水量均衡法得到了岩溶区枯平丰水期大气降水入渗系数,分别为0.352、0.528、0.726,平均入渗系数为0.635。地下水径流模数分别为8.32、19.80、61.15 L·s-1·km-2,年平均径流模数为33.36 L·s·-1·km-2。其计算方法和计算结果对同类型岩溶区水资源评价等有一定的借鉴意义。      

西北内陆河流域水循环和生态演变与功能保障机制研究

在气候变化、生态保护以及水资源调控影响下,西北内陆河流域水循环和生态环境状态发生了显著改变,迫切需要解答气候变化对植被恢复和产水量的影响,调水和压采等措施下地下水水位动态、管控指标及其对生态环境的维持机制。为此,文章阐述了内陆河流域气候-植被-土壤-水文相互作用机理以及上中下游演变状况。针对上游产水区,提出了山区气候变化下植被和水文动态演变模拟和预测方法,得出石羊河上游山区气候暖湿趋势和植被水分利用效率的提高,可降低植被恢复对增加蒸腾量、减少产水量的影响程度;但如未来继续升温,水分利用效率提高的正效应将被植被恢复增加的水分消耗抵消,从而减小径流量。针对中下游绿洲-荒漠过渡区,通过分析荒漠植被-土壤（水盐）-地下水作用机理,提出了西北干旱区生态地下水水位埋深和生态需水量确定方法及阈值,得出荒漠植被适宜和极限生态地下水水位埋深的平均值分别为2.9 m和5.5 m,对应埋深下的单位面积荒漠植被生长季平均蒸腾耗水量为0.08～0.10 m3/m2。针对尾闾湖区,建立生态输水量与尾闾湖地下水水位、生态指标之间关系,提出了石羊河流域尾闾湖生态输水优化方案,得出青土湖生态输水量应提高至0.45×108 m3/a。在流域层面,采用水资源-社会经济-生态环境协调的系统分析手段,提出了石羊河流域满足地下水均衡、供需平衡和生态功能的多水源调控方案,即“保田增林”或“以田换林”方案。     

桂西大型岩溶地下河系统离子来源及碳稳定同位素信息——以坡心地下河流域为例

为探讨坡心地下河系统内地表和地下水体的水化学离子特征、来源及其控制因素,无机碳来源及其稳定性。运用水化学计量法和同位素法对采自坡心地下河流域的38个采样点的水化学和碳稳定同位素样品数据进行分析。结果表明,地下河干流沿程受到局部岩性和支流稀释作用的影响明显,各水化学离子均有所变化。化学离子比例分析发现:大气降水对部分泉水的Cl~-和Na~+影响较大;碳酸盐岩溶解类型主要以灰岩溶解为主,地表水和地下河天窗的Mg~(2+)/Ca~(2+)摩尔比值与HCO_3~-呈负相关,说明在宏观上灰岩溶解程度越强烈,HCO_3~-值就越高,并且H_2SO_4和HNO_3积极参与流域内碳酸盐岩风化。硅酸盐岩的风化对地表和地下水体的Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、K~+有一定的贡献。此外,人为采矿活动和农业活动对SO_4~(2-)和NO_3~-的产生有较大的影响。质量平衡正推模型结果显示:受到区域岩性和水文条件的影响,地表和地下河天窗水体主要受碳酸盐岩溶解影响,硅酸盐岩溶解和大气输入也有一定的贡献,三大来源的相对比例在空间上变化较大。水体内的可溶性无机碳(DIC)主要来源于碳酸盐岩的溶解和土壤内CO_2的贡献。地表水和地下水的DIC浓度和δ~(13)C_(DIC)值差别较大,DIC值与δ~(13)C_(DIC)呈反相关关系,这说明来自土壤CO_2贡献的DIC越多,其对碳酸盐岩矿物的溶解能力越强。根据本研究区的数据与前人在西江干流的上、中、下游进行对比,结果表明碳酸盐岩风化产生的DIC可以被西江干流的水生植物利用,从而形成稳定的碳汇。     

岩溶地区地下水污染风险评价方法探究——以地苏地下河系流域为例

岩溶地下水污染风险评价对岩溶地下水的保护、管理和合理利用具有重要意义。文章总结了近年来国内外地下水污染风险评价方面的研究进展,针对目前评价体系存在的不足,构建了适合岩溶区地下水污染风险评价体系。该方法基于欧洲模式,实现地下水防污性能评价;污染负荷评价则考虑污染物在覆盖层中的衰减过程,利用折减系数实现污染负荷量化;最后,基于GIS空间叠加分析耦合防污性能与污染负荷评价,实现区域地下水污染风险评价。文章以地苏地下河系流域为例,开展岩溶区域地下水污染风险评价,结果表明：区域整体地下水污染风险偏低,地下水中等及以上污染风险区域面积424.41 km2,占研究区总面积的39.03%,主要分布在研究区中东部地苏乡、东庙乡、六也乡局部等人类活动频繁与地苏地下河干流中下游段。地下水污染风险空间分布特征不仅显示了岩性、坡度、岩溶网络发育等自然条件对评价结果的影响,同时也反映了人类活动的影响。地势平缓,岩溶发育程度强烈,加之人类活动频繁是导致区域地下水污染风险较高的原因所在。     

筑坝对山区河流碳动力学的影响

流域的地貌和气候特征及干流筑坝等是影响河流碳动力学的主要因素。本文对干流下游筑坝的华南山地丘陵区河流增江的碳循环过程做了系统研究。结果表明,山地丘陵为主的流域地貌特征提高了增江河流碳的输出通量;而亚热带湿润气候和较高的森林覆盖率以及缺乏碳酸盐岩的流域地质背景使得溶解有机碳（DOC）构成增江河流碳的主要成分;光化学分解可以解释在秋季较强紫外线辐射下河水较低的DOC含量。受大坝影响河段水流速度的变缓为水生生物量的增加提供了条件,使得颗粒有机碳（POC）中来源于水生生物量的贡献率上升、有机物的C/N比降低。流速变缓的河道中藻类的生长导致水体CO₂分压低于大气中的CO₂分压。增江流域DOC和POC的输出通量分别为25.08×10⁵g/km²·a和11.58×10⁵g/km²·a。本文为研究自然因素和人类活动对河流碳循环过程及通量的影响提供了一个典型案例。