清水江流域岩石风化特征及其碳汇效应

岩石风化产生的碳汇是全球碳循环的重要组成部分,文中对清水江流域主要离子组成进行分析测定,通过主成分分析、化学物质平衡法和扣除法估算流域岩石风化速率及对大气CO_2的消耗量.结果表明,流域河水溶质主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩风化,并以碳酸盐岩风化为主.碳酸盐、硅酸盐、大气CO_2对河水溶质的贡献率分别为58.28%、17.38%、17.74%.流域岩石化学风化速率为109.97 t·(km~2·a)~(-1),与乌江接近,高于全球流域均值.流域岩石风化对大气CO_2的消耗通量为7.25×10~5mol·(km~2·a)~(-1),岩石风化对大气CO_2的消耗量为12.45×10~9mol·a~(-1),其中,碳酸盐岩风化消耗量占63.13%,为7.86×10~9mol·a~(-1),硅酸盐岩风化消耗量占36.87%,为4.59×10~9mol·a~(-1).SO_4~(2-)、F~-、NO_3~-的相关分析及空间分布特征表明,人为活动对清水江流域河水溶质的影响不容忽视,其贡献率为4.87%.     

北江流域水化学时空变化及化学风化特征

为了研究我国南方湿润地区河流水化学时空变化特征及控制因素,选择珠江流域第二大水系的北江为研究对象,通过分析2015年6月（汛期）和12月（非汛期）干流和支流河水基本水质参数及主量离子,利用化学计量法及质量守恒法定量评估了自然过程及人类活动共同影响下的流域化学风化特征及其通量.结果表明:①北江河水主量离子浓度非汛期高于汛期.岩石的区域分布和矿山活动构成了河水离子浓度和水化学类型的空间异质性,其中北江干流和支流连江为Ca-HCO₃型,而支流滃江则以Ca-SO₄型为主.②岩石对北江流域化学风化贡献率依次为碳酸岩（78.44%）>硅酸岩（14.43%）>降水源（5.42%）>蒸发岩（1.71%）.基于碳酸岩是北江径流水化学的主要控制因素,滃江流域的矿山开采活动加速了碳酸岩的风化,其对北江流域化学风化的贡献为7%.③汛期与非汛期的碳酸岩风化速率分别为7.49和5.29 t/（km2·月）,年化学风化速率为87.63 t/（km2·a）.研究显示,由于受水热条件、流域面积以及岩性的影响,北江流域年化学风化速率略大于西江流域,远高于东江以及全球流域化学风化平均值,北江对整个珠江流域的风化贡献较大.      

典型喀斯特溪流水化学特征及碳汇通量研究

对湖北宜昌境内典型喀斯特溪流下牢溪的干支流开展了持续1年的两周1次的采样监测,分析了水化学时空变化特征,并利用正演模型和水化学径流法估算了流域内岩石风化速率、碳汇通量和碳汇量.结果表明:水体中Mg²⁺、Ca²⁺和HCO₃^-主要来源于白云石等碳酸盐岩风化溶解作用,其浓度与流量的稀释效应密切相关,表现为丰水期浓度低于枯水期,并在主河道上沿程降低;Na⁺、K⁺、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-源于人为输入,浓度在人口密集的下游和人类活动强度大的季节显著增加.流域内岩石风化速率、碳汇通量和碳汇量分别为71.83t/(km²·a)、5.31×10⁵mol/(km²·a)、6.96×10⁷mol/a.下牢溪碳汇通量与中、大型喀斯特河流处于同一量级,高于非喀斯特河流和世界均值,这...     

黄土区典型小流域矿物化学风化及碳汇效应

黄土中蕴含了巨大的碳库,黄土中碳的转移对区域乃至全球碳循环具有重要影响。本文选择山西省临县一典型黄土小流域青凉寺沟流域进行调查分析,研究黄土水的化学特征及离子来源,分析黄土矿物的溶蚀过程及碳汇效应,并利用正演模型和水化学方法估算不同矿物的离子贡献比例及流域碳汇通量。结果发现,研究区黄土化学成分的含量由高到低依次为SiO_2、Al_2O_3、CaO、Fe_2O_3、MgO、K_2O、Na_2O,表现出贫SiO_2、Fe_2O_3,富CaO、MgO的特点;黄土水的pH呈中性偏碱,阴离子主要以HCO_3~-为主,阳离子以Na~+为主,水化学类型为重碳酸-钠型(HCO_3~--Na~+),水化学组成与黄土的化学组成相对应;流域内不同端元离子来源贡献计算结果表明,大气沉降、人类输入、蒸发盐矿物、硅酸盐矿物和碳酸盐矿物化学风化贡献的溶解物质分别占总溶解物质的1. 66%、6. 32%、10. 38%、62. 23%、19. 31%;黄土区长时间的水-矿物作用是硅酸盐矿物溶解贡献占主导的主要原因,阳离子置换反应、土壤-盐分浸出与蒸发以及人类输入对硅酸盐矿物溶解也有一定的贡献;受黄土区相对低温少雨的影响,黄土矿物的平均化学风化速率较低,为9. 31 t/(km~2·a),低于全球岩石的化学风化速率平均值36 t/(km~2·a),但是其消耗大气CO_2的速率较高,约为6. 34 t CO_2/(km2·a),明显高于同纬度三川河岩溶流域的碳汇速率(5. 28 t CO_2/(km~2·a));利用水化学径流法计算的青凉寺沟黄土小流域的矿物化学风化的大气CO_2消耗量为0. 18×10~4t/a,为中国黄土区大气CO_2消耗量的估算提供基础数据。     

湿热流域化学风化与水化学组成季节变化——以西枝江流域为例

为研究湿热中小流域岩石化学风化与化学径流组成的关系,选取硅酸盐岩为主的东江一级支流西枝江流域,分别于2011年1月和7月采集干流和支流水样品并测量其化学组成,运用图解法和正演模型对西枝江流域水化学组成进行分析和定量计算。结果表明,Na⁺和HCO₃^-为西枝江流域水体的主要阳离子和阴离子,两者分别占总阳离子和总阴离子的55%以上。硅酸盐矿物的化学风化对水体阳离子的贡献最大（45.8%）,其次是人类活动和碳酸盐矿物风化的贡献（分别是24.7%和22.0%）,大气输入对阳离子的贡献相对较少（7.5%）。受碳酸盐矿物风化和人类活动影响较大的支流水化学组成季节变化较大,受硅酸盐矿物化学风化影响的河流水化学组成季节变化不明显。西枝江流域硅酸盐矿物和碳酸盐矿物化学风化速率分别是8.27和56.95 t/（km²·a）,二者化学风化对大气CO₂的消耗速率分别为0.80×10⁵和8.52×10⁵ mol/（km²·a）。     

岩石风化对三峡库区农业小流域水化学特征的影响

通过对三峡库区典型农业小流域-重庆涪陵王家沟小流域为期一年的水质系统监测,明确了流域主要离子组成,分析了小流域的水化学特征和主要离子来源.结果表明,该流域水化学类型为Cl-—Ca2+型;大多数离子的含量随采样点、季节、水体类型的不同而有显著性差异;Gibbs图、阴阳离子三角图分析结果表明,该流域水体离子组成受岩石风化的影响比较显著,且阴离子可能主要来自于岩盐溶解和碳酸盐的风化,而岩盐溶解也是控制流域阳离子的主要机制,硅酸盐矿物的风化侵蚀作用也存在一定影响;主成分分析得出对该流域水体离子组成影响最大的可能是碳酸盐(其中H2CO3风化碳酸盐岩过程比H2SO4风化作用更为显著),其次是岩盐、硅酸盐,农业活动和居民生活也有一定影响.     

柳江流域柳州断面水化学特征及无机碳汇通量分析

用河流水化学的离子组成特征来揭示流域化学风化过程及其碳汇效应成为了当前全球变化研究的一个重要方面.对2013年1月至12月柳州段河水每月2~3次采样分析,结果表明,水化学类型为舒卡列夫分类法中的HCO3-Ca型,离子组成以Ca2+和HCO-3为主,这主要体现了流域内碳酸盐岩溶解对河水水化学特征的控制作用.河水的主要离子质量浓度表现出明显的季节变化特征,总体上冬季最高,秋季和春季次之,夏季最低.其中Ca2+和HCO-3离子质量浓度受稀释效应和CO2效应的共同作用,表现为夏季最低,秋季最高;其它离子的质量浓度变化受稀释效应、农业活动或两者的共同作用的影响.对河水的化学计量分析表明碳酸和硫酸共同参与了流域碳酸盐的风化,并且δ34S的值为7.65‰~8.55‰,通过分析SO2-4可能主要来自矿床硫化物的氧化和大气酸沉降.为了准确估算岩溶碳通量,运用化学质量平衡法,估算出[HCO-3硫酸]/[HCO-3]=28.26%,在扣除硫酸作用产生的无机碳(HCO-3)的基础上,运用水化学-径流法估算出柳江柳州断面无机碳通量(以CO2计)为8.95×105t·a-1.并且通过分析碳通量与流量和HCO-3之间的关系,表明河流流量是影响岩溶碳通量的主控因素.     

西藏扎囊县水化学组成及演化特征

为研究西藏扎囊县流域水化学特征以及演化,文章先后采集河水25组、井水15组,综合运用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型等方法,分析了该区水文地球化学特征,并探讨了流域内的水化学演化规律。结果表明流域内以HCO₃-Ca型水和HCO₃-Ca·Na型水为主;区内地下水与地表水pH值一般在7.5～8之间,为中性水;TDS均<300 mg/L,地下水与地表水的TDS变化不大,均为低矿化度淡水;水化学样品均分布在Gibbs模型左中部,说明该流域水化学离子组成受岩石风化作用控制。     

祁连山东端地表及地下水水化学时空变化特征

于2016~2017年5~9月采集祁连山东端（乌鞘岭、古浪、天祝）的地表水和地下水样品进行水化学分析,综合运用统计分析、Piper三线图、Gibbs图以及离子比值等方法探究了祁连山东端地表水和地下水主要离子组成特征、来源以及时空变化.结果表明,祁连山东端地表水和地下水化学组成中优势阳离子为Ca²⁺和Na⁺,Ca²⁺的平均浓度为76.897mg/L,占比73.89%;Na⁺的浓度为16.592mg/L,占比15.94%.优势阴离子为HCO₃^-和SO₄^2-,HCO₃^-浓度190.117mg/L,占比68.71%;其次是SO₄^2-,平均值为67.565mg/L,占比为24.42%.乌鞘岭河水、地下水,天祝河水、地下水的水化学类型为HCO₃^--Ca²⁺型,古浪河水、地下水水化学类型为HCO₃^--Ca²⁺-Mg²⁺型,处于水化学易变区.不同水体离子来源于岩石风化,主要受碳酸盐与硅酸盐风化溶解共同作用控制,人类活动在一定程度上贡献了水体的离子来源.不同水体主要离子浓度的时间变化特征各不相同,整体上大部分水体的离子浓度随时间变化不明显,总体趋势较平缓.     

粤北岩溶区星子河流域水化学离子特征及其时空变化分析

星子河流域位于粤西北典型岩溶区,岩溶地貌类型发育齐全。该流域是北江最大支流连江的上游源头,其水资源状况在粤西北和珠江三角洲核心区社会和经济发展中扮演着重要的角色。因此弄清楚其水质状况及其变化规律,非常必要而且具有重要的经济和社会意义。鉴于此,分冬夏季系统采集星子河流域水样进行分析和处理。结果表明:该流域Ca2+和HCO3-含量在水化学中占绝对优势,Ca2+占阳离子平均质量浓度70%以上,HCO3-占阴离子平均质量浓度的80%以上;其次是Mg2+和SO42-,分别约占阳离子和阴离子总量的12%和8%,属于软水和弱矿化度水;星子河流域水化学类型以碳酸盐岩石风化物质和蒸发岩溶解物质来源为主的HCO3--Ca2+、HCO3--Ca2+·Mg2+型,只有很少水样表现为HCO3-·SO42--Ca2+型;从Gibbs图的分析可知:星子河流域水化学组分主要来源于岩石风化,是岩石风化控制型,大气降水输入和蒸发-浓缩作用对该流域水化学离子的贡献有限;该流域水化学时间变化上表现出明显的降水稀释效应,大部分离子组分冬季含量高于夏季;相关分析表明星子河流域水化学空间变化特征明显,岩溶地质背景深刻的影响着其水文地球化学特征。     

贵州典型岩溶流域水循环驱动的岩溶碳汇通量及其主控因素分析

利用高分辨率水文水化学自动记录仪,对地处湿润亚热带季风气候条件下的贵州省黔南峰丛洼地区的板寨和黄后,以及位于黔中高原面上丘原区的后寨3个岩溶流域进行了为期6年半(2007年5月至2013年10月)的连续监测。结合流域出口水中主要化学组分的野外滴定与室内分析实验,建立了水中碳酸氢根、钙和镁等主要离子与电导率之间的线性相关关系,进而获得了高时间分辨率的水中CO_2分压、方解石饱和指数和岩溶碳汇通量等指标。数据统计分析发现:(1)板寨、黄后和后寨岩溶流域的多年平均岩溶碳汇通量分别为29、33和39 t-CO_2km~(-2)·a~(-1);(2)岩溶流域出口水中碳酸氢根离子具有化学稳定性行为,流量是流域岩溶碳汇通量的主控因子。     

珠江流域河流碳输出通量及变化特征

研究河流碳运移对于研究全球碳循环以及探讨河流对全球气候变化的响应机制具有重要意义.2012年4月和7月选取珠江主流及支流11个代表性断面,分析悬浮颗粒物和碳组分的空间分布和季节变化,同时选取博罗、石角和高要这3个主控断面,对珠江流域的碳通量和侵蚀模数进行了估算.结果表明,珠江流域悬浮颗粒物(TSS)、颗粒有机碳(POC)以及溶解有机碳(DOC)随雨季的到来而质量浓度升高,西江上游TSS和POC的质量浓度增加显著;珠江流域河流碳的4种组分中,溶解无机碳(DIC)的所占质量分数最高,且西江、北江的DIC质量浓度明显高于东江;西江、北江和东江河流中外源POC分别占78%、72%和26%,三大支流的POC均受上游C3植物的影响;珠江流域的TSS、总碳(TC)、POC、颗粒无机碳(PIC)、DOC、DIC、以及颗粒碳(TPC)、总有机碳(TOC)的入海通量分别为134×1012、12.69×1012、2.50×1012、1.01×1012、1.13×1012、8.05×1012、3.51×1012和3.65×1012g·a-1,对应的侵蚀模数分别为:309×106、28.98×106、5.75×106、2.27×106、2.56×106、18.4×106、8.02×106和8.31×106g·(km2.a)-1.与全球主要河流碳侵蚀模数相比,珠江流域河流DOC、POC和TOC的侵蚀模数均高于全球平均值.     

东江流域化学风化对大气CO2的吸收

对东江化学径流进行分析,使用质量平衡法和扣除法估算了流域化学风化对大气CO2的吸收通量.结果表明,东江水体的总溶解性固体(TDS)含量均值(59.88 mg·L-1)远低于世界河流均值(100 mg·L-1);离子组成以Ca2、Na+和HCO3-为主,可溶性Si次之,径流对总溶解固体的稀释效应由于受人类活动影响表现得并不明显.东江化学径流组成主要源自硅酸盐矿物的化学风化过程的贡献(72.46％～81.54％),其次为海盐贡献(17.65％～26.05％),碳酸盐矿物的贡献很少(0.81％ ～3.87％);大气CO2是流域内岩石化学风化的主要侵蚀介质,但H2SO4和HNO3的作用也不可忽视;东江流域岩石化学风化过程对大气CO2的消耗通量(3.02～3.08) x105 mol·km-2·a-1高于全球平均值,是全球岩石风化碳汇的一个重要组成部分.     

基于LMDI模型的黄河流域碳排放时空差异及影响因素研究

全面核算能源消费产生的碳排放量并明确其时空演变的影响因素是制定、实施及评估黄河流域碳减排策略的依据和保障。选取黄河流域9省(区)作为研究区,采用LMDI模型,计算了2003—2019年黄河流域能源消费产生的碳排放量,并对其时空差异及其影响因素进行了分析。结果表明：(1)从时间序列演化特征来看,在2003—2019年,黄河流域的碳排放量整体呈增长趋势,但增长幅度逐年收缩;(2)从空间分异特征来看,黄河流域上、中、下游的碳排放量呈西低东高的区域格局;(3)能源消费强度效应与经济增长效应分别是减缓和促进区域碳排放量增长的关键性因素,人口规模效应对于碳排放量表现为正向驱动作用,但影响程度较小,能源碳排放强度的抑制作用十分有限。最后,针对各影响因素提出了碳减排措施的对策建议。     

基于生物标志物法的珠江流域有机碳溯源及DIC施肥效应研究

内源有机碳由地表水体水生光合固定DIC产生,是岩石风化碳汇的重要组成部分。为准确区分河陆地流水体中的内源有机碳及计算其所占比例,本文选取珠江流域作为研究区,通过不同季节的野外采样调查,利用类脂生物标志物法,结合传统水化学特征,揭示河流中有机碳的来源差异;最终根据有机碳的时空分布规律与水-岩-土-气-生相互作用分析,明确流域岩性及气候变化对碳汇的影响。结果表明:(1)珠江流域水体中冬季和夏季内源有机碳占总有机碳比例的平均值分别为65%和54%,表明水生植物光合作用导致的初级生产力的重要性;(2)内源有机碳比例和水生藻类生物量与DIC浓度和呈现出显著的正相关关系,表明DIC对水生植物光合作用具有施肥效应;(3)雨季因降雨稀释DIC浓度和冲刷外源有机质,对水生植物的施肥效应减弱,生成的内源有机质减少,且携带的外源有机质增加,导致内源比例减少;(4)高悬浮质(TSS)可以遮挡水体表层太阳光,减弱水生光合作用强度,降低内源有机碳的形成;但在TSS浓度比较低的情况下,其对水生植物生长繁殖的影响则体现在为其提供空间和营养物,从而增加水生藻类生物量及内源有机碳比例。     

珠江流域下游地区降水空间分布规律研究

剧烈人类活动和全球气候持续变化双重影响下流域水文气象要素特征研究是目前水文水资源领域热点问题之一。论文以珠江流域下游地区为研究区域,根据该地区125个雨量观测站1956—2005年50 a逐月降水资料,利用信息论中有向信息传输指数定量分析各观测站点之间降水的信息传递,并结合聚类分析方法判断各观测站的所属关系,研究珠江流域下游地区降雨的空间分布规律。研究表明:受地形条件和沿海季风气候的共同作用,珠江流域下游地区降水具有自相似性特点,在空间分布上存在7个相似区域。     

长三角地区碳源碳汇时空演化特征及碳平衡分区

掌握碳源碳汇时空演化规律,对促进区域低碳协调发展、提高减碳增汇政策的科学性及实现“双碳”目标具有重要意义. 以长三角地区41个市为研究对象,分析2000~2020年长三角地区碳源碳汇时空演化特征,在此基础上,进行碳平衡分区. 结果表明：①2000~2011年长三角地区碳排放增长较快,2011年以后碳排放波动上升. 2000~2020年长三角地区碳汇增加缓慢. 碳排放与碳汇的区域差异均较大,空间格局均较稳定. ②长三角地区碳补偿率呈下降趋势,碳生产力、能源利用效率和碳生态承载能力不断增强. 区域间差异是长三角地区碳补偿率的主要来源. 碳补偿率与碳生态承载系数均呈西高东低、南高北低的空间特征. 碳排放经济贡献系数较高值区主要分布在长三角中南部地区,较低值区主要分布在安徽省. ③依据碳排放经济贡献系数和碳生态承载系数,将长三角地区各市分为低碳保持区、经济发展区、碳汇发展区和综合优化区4类,并针对每类市提出相应的建议,以期促进区域低碳协调发展和实现“双碳”目标.     

红河流域1960-2007年极端降水事件的时空变化特征

利用中国境内红河流域23个气象站点1960-2007年的逐日降水数据,基于极端降水指数分析流域极端降水事件的时空变化特征。结果表明:极端降水频次和强度表现出从东南向西北递减的特征,高值区分布在江城-绿春-金平-河口一线以南,低值区分布在巍山-南涧-弥渡一线以北及元江中游河谷;极端降水频次峰值出现在7月,汛期极端降水出现频次占全年的91.48%。1960-2007年期间,极端降水指数均表现出上升趋势,其中,极端降水贡献率和平均日降水强度上升趋势较为显著,线性趋势值分别为0.68%·(10 a)^-1和0.17 mm·d^-1·(10 a)^-1。除了平均日降水强度整体上表现出上升的趋势外,其余5个极端降水指数趋势变化具有空间差异性,增加的站点大多分布在李仙江上游、 元江中上游和藤条江流域,减小的站点大多分布在李仙江下游、 元江下游和盘龙河流域。