寒温带流域硅酸盐岩的风化特征——以嫩江为例

测定了嫩江水系河水主要离子组成(Ca2+、Mg2+、Na+、K+、HCO3-、SO42-、Cl-),分析了不同类型岩石风化、大气降水、人为输入对河水溶解质的相对贡献,并对整个流域以及各子流域的岩石风化速率和CO2消耗速率进行了估算.结果表明,嫩江水系河水呈弱碱性,pH平均值为7.5;阳离子以Ca2+为主,约占阳离子总量的50％;阴离子以HCO3-为主,约占阴离子总量的85％.河水中的阳离子主要来源于硅酸盐岩风化(约38％)和碳酸盐岩风化(约32％),其余来源于蒸发岩溶解(约25％)和人类活动(约5％)以及大气降水输入(＜1％).嫩江流域硅酸盐岩风化速率约为1.37 t· km-2·a-1(TDS硅酸盐岩),硅酸盐岩风化对大气CO2的消耗速率约为40.1×103 mol·km-2·a-1.     

西北太平洋柔鱼渔业生物经济模型及其管理策略

西北太平洋柔鱼是中国大陆、日本及中国台湾鱿钓船队共同开发的主要经济头足类之一,如何兼顾鱿钓船队的渔业利益,并综合考虑生态效益、经济效益和社会效益,科学制定渔业管理目标是确保柔鱼资源可持续利用的重要研究内容。根据中国大陆、日本及中国台湾鱿钓船队的渔获统计数据及相关经济参数,构建基于多船队的生物经济模型,模拟了50年内(1997—2047年)各捕捞船队开发柔鱼资源过程中的动态变化,并探讨了在10种不同的管理方案下各船队捕捞努力量、柔鱼资源量、渔获产量及其渔业利润随时间的动态变化。结果表明,在所有设计方案下,随着捕捞努力量的动态变化,资源量在前10a均呈急剧下降趋势,随后经长期波动后逐渐趋于稳定并维持在较低水平。从长期效益来看,方案9(提高中国台湾船队捕捞系数)的累计产量及累计利润中等,但能兼顾各国或地区船队间的经济利益和社会效益,可建议以方案9作为柔鱼渔业的参考管理目标;从柔鱼资源保护角度来看,方案4(提高中国大陆船队作业成本)的资源量保持最好,可以对方案4进行适当的优化作为参考管理目标,即提高中国大陆船队作业成本,同时适当降低日本船队的可捕系数,可确保柔鱼资源量保持在更高的水平上。     

天津海河氮动态变化对夏季强降雨的响应过程

气候变化是流域物质输送的重要影响因素。近年北方降雨明显增加,在建设海绵城市考虑排水的同时也应考虑物质传输的环境影响。为探究强降雨事件对天津海河氮污染动态变化的影响,本研究选取海河4个重要河流断面在雨季定期采集水样,并依托相关水文站收集降雨相关数据,同时采集城市道路径流样品。通过对样品主离子和硝酸盐氮氧双同位素的分析表明,强降雨事件后,4个研究断面的NO3--N浓度明显升高,经1周后大致恢复到降雨前水平,而硝酸盐氮氧同位素明显降低后升高。综合分析表明,混合作用、生物地球化学过程以及对降雨的不同响应程度共同影响着雨季天津海河氮污染的动态变化。由于降雨时期河流氮负荷明显升高,表明借雨排污情况十分严重,加剧城市河流氮污染。综上所述,降雨期间城市河流物质输送并不遵循稀释效应。同时,城市点源污染的控制是城市水环境质量管理优先考虑的方面。     

利用反硝化细菌法测试水体硝酸盐氮氧同位素

反硝化细菌方法作为测试硝酸盐氮氧同位素组成的最新方法,具有可测试低浓度水样、对样品无需特殊处理、不会交叉污染和需样量少等诸多优点而得到迅速发展。本研究率先在国内实验室利用反硝化细菌法成功测试了硝酸盐氮氧同位素组成,将经过5～10d培养的反硝化细菌Pseudomonas aureofaciens离心,然后将菌液浓缩5倍,再向顶空进样瓶注入3mL菌液,密封后利用高纯氮气吹扫3h以上,注入50nmolNO3-水样经过夜培养灭活后,使用TraceGasPre-concentrator-Isoprime测试N2O同位素组成,结果表明,重现性和测试精度与国际上类似研究接近。该方法的建立对于国内开展河流及湖泊(水库)、降水等氮的生物地球化学循环将起到促进作用。     

深水湖泊沉积物不同形态氮的生物地球化学特征——以百花湖为例

深水湖泊经历氧化及还原环境的交替变化,影响着湖泊水体氮的生物地球化学过程;其底层沉积物中一般具有特有的还原环境,其间氮的生物地球化学转化过程复杂。本文以云贵高原典型深水湖泊百花湖为例,在湖泊水体夏季分层期采集底层沉积物柱体,将沉积物柱体分层处理后,对不同深度沉积物中孔隙水、水溶态和吸附态不同形态氮含量,以及沉积物中颗粒态有机氮(PON)含量和同位素进行分析。结果表明,沉积物柱体孔隙水中的总氮(TN)主要由NH4+-N和有机氮两种形式存在,TN含量为6.9~42.8 mg·L-1,NH4+-N含量为6.6~25.6 mg·L-1。硝态氮及亚硝态氮含量均低于检测限,说明沉积物中硝酸盐经历了充分的反硝化过程以及可能存在的异化还原过程。吸附态NH4+-N含量明显高于水溶态。沉积物中的颗粒有机氮含量为0.22%~0.60%。同时,颗粒有机氮含量在剖面上的变化趋势符合指数衰减模式,表明颗粒态有机氮含量的变化可能经历成岩作用和微生物矿化过程;δ15N-PON值在31 cm以上随着深度的加深逐渐减小,变化范围为3.4‰~10.0‰,平均值为6.4‰,其中以10 cm以上同位素值降低趋势明显,其可能原因与微生物降解活动以及湖泊水体的交换有关。31 cm以下δ15N-PON值的变化趋势与表层相反,则可能是早期成岩作用影响的结果。孔隙水中δ15N-TN同位素值最高,吸附态和水溶态差异较小,且该同位素组成较PON富集15N,可推测孔隙水剖面NH4+-N浓度的升高可能与硝酸盐的异化还原有关。     

赤水河流域水化学特征与岩石风化机制

赤水河是长江上游唯一一条干流没有修筑大坝的一级支流,对于探讨河流物质输送与流域岩石风化具有重要的意义。通过对赤水河全流域干流与主要支流进行系统采样,分析了河水的水化学特征及其控制因素,基于化学计量平衡与正演模型方法,计算了大气来源、人为活动输入、硅酸盐岩与碳酸盐岩风化端元对河水溶质的相对贡献,并对流域的岩石风化速率与大气CO_2消耗速率进行了估算。结果表明:赤水河流域河水阳离子组成以Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化对河水阳离子的平均贡献率达到77%,大气来源、人为活动输入、硅酸盐岩风化对河水阳离子的平均贡献率分别约为12%、3%和9%;河水阴离子组成以HCO3-、SO_4~(2-)为主,与长江和乌江等河流相比,河水中SO_4~(2-)含量较高而HCO3-含量较低。流域硅酸盐岩风化速率与大气CO_2消耗速率分别为7 t·km~(-2)·a~(-1)、1.7×105mol·km~(-2)·a~(-1),与其他位于西南喀斯特地区的河流接近;仅考虑碳酸风化碳酸盐岩时,流域碳酸盐岩风化速率约为57.6 t·km~(-2)·a~(-1),大气CO_2消耗速率约为4.52×105mol·km~(-2)·a~(-1),而在硫酸参与作用下,流域碳酸盐岩风化速率增至为74.6 t·km~(-2)·a~(-1),大气CO_2消耗速率减至为1.74×105mol·km~(-2)·a~(-1)。硫酸的存在使得赤水河流域碳酸盐岩风化速率估算结果提高了约30%,而相对于其他西南喀斯特地区的河流,由于河水中SO_4~(2-)含量较高而HCO3-含量较低,使得其风化过程具有较低的大气CO_2消耗速率。     

碳与锶同位素在六盘水地下水研究中的应用

分季节采集贵州省六盘水市地下水,并分析其水化学组分、溶解无机碳及其碳同位素和锶同位素组成,研究其地下水的水质情况和污染特征。结果表明:研究区水化学组成主要是以HCO3-Ca为主,属于典型的喀斯特区域地下水组成特征;地下水方解石饱和指数SIcalcite接近稳态,具有弱侵蚀性,与pCO2之间呈负相关关系,说明有机污染物降解CO2对于水岩反应起到了相当程度的影响;枯水季节溶解无机碳含量高于丰水季节,而δ13C季节变化并不明显,同位素与水化学的分析表明,区内城镇居民区和农田区地下水受人为活动污染明显;研究区87Sr/86Sr变化不大,而污水的87Sr/86Sr在0.7080。通过水化学和同位素分析表明,人为输入对于地下水的影响与地质背景、污染源特征及水文条件等有关。     

地表流域有机碳地球化学研究进展

地球关键带的各个界面是有机碳发生剧烈分解转化的场所,探讨关键带有机碳的动态变化、归趋及其控制过程,是揭示地表流域中物质运输和能量传递规律的重要基础,对维持生态系统平衡具有重要意义。本文介绍了国内外关于流域不同关键带有机碳的研究方法、来源、储量及其动态、周转过程等地球化学特征的研究进展,以及现有研究存在的问题。建议将典型关键带作为一个整体来研究,综合使用多种技术方法,将短期高频次观测和长期定位观测研究相结合,在典型小流域开展多界面、多过程、多时间尺度的长期同步观测和系统研究,揭示控制关键带有机碳地球化学循环的关键因子及其作用机制。同时重视长时间尺度下有机碳循环对全球变化和人类活动的响应及反馈机制;分析不同人为活动下,大气-植物-凋落物-土壤-河流之间的碳交换特征及流域有机碳动态变化规律;定量区分环境变化和人类活动对关键带有机碳地球化学行为的影响,为碳循环模型优化及气候变化预测提供科学依据。     

河流拦截背景下水库氧化亚氮(N_2O)排放的研究进展

大规模筑坝拦截是当前世界河流普遍面临的共同趋势,河流筑坝导致水体温室气体排放的环境效应近年来在全球范围内引起广泛关注,其中河流拦截背景下的水库中氧化亚氮(N_2O)的产生与释放是理解河流-水库体系氮的生物地球化学循环的重要内容,也是评价水库温室气体排放水平的重要依据。然而,当前对水库N_2O产生与排放的研究存在着不足,对其产生机理、释放水平及控制因素的认识依然缺乏系统性。本文归纳总结了国内外有关水库氮循环过程和N_2O排放的研究成果,分析了水库N_2O排放研究趋势及尚未解决的关键问题,以期为准确评估河流筑坝背景下水库N_2O排放提供借鉴。     

西江上游河水中硫酸盐来源及其对化学风化的影响

硫酸参与的岩石风化过程是流域岩石风化研究的重要组成部分,对全球碳循环具有重要的影响。高频率的采样与分析能够准确评估河水中物质的来源及其迁移转化过程,而前通过高频率的采样分析探讨流域硫酸盐生物地球化学循环过程的研究还较为缺乏。本研究在一个完整水文年内(2013年10月—2014年9月),对我国西江上游南、北盘江和红水河的河水样品进行月份采集与分析。结果表明,流域河水中硫酸盐来源季节性变化受季风气候的影响。与丰水期相比,流域河水硫酸盐在枯水期富集重的同位素。基于硫酸盐的硫氧同位素证据发现,尽管蒸发岩溶解在枯水期是河水硫酸盐的重要端元,但硫化物氧化却是硫酸盐的主要来源。在丰水期,矿山废水可能是河水中硫酸盐最重要的来源,其原因与浅层地表径流快速流动对季风气候下高频率降雨的响应有关。与同一时期的枯水期相比,丰水期硫酸参与碳酸盐岩风化产生的较高的HCO3-含量,来自于硫化物氧化的硫酸参与红水河碳酸盐岩风化产生的HCO3-量,约占河水总HCO3-量的1/4。因此,在一个完整水文年内通过高频率的采样,分析硫酸盐双同位素的"指纹"特征,对准确理解流域河水中硫酸盐的季节性变化与流域风化过程具有重要的作用。