青藏高原流域岩石风化机制及其CO_(2)消耗通量:以拉萨河为例

为研究青藏高原流域岩石风化机制及其对CO_(2)消耗通量和气候变化的影响,于2019年11月至2020年10月对拉萨河流域控制断面进行一个完整水文年每月2次的监测和采样,结合水化学及δ^(13)C_(DIC)和δ^(34)S_(SO_4),探讨了流域水化学特征及其主要影响因素,基于化学计量平衡与正演模型方法定量计算了河流水体主要物质来源,并对流域岩石风化速率与大气CO_(2)消耗通量进行了估算。结果表明:拉萨河流域水体中Ca^(2+)和HCO_(3)~-为主要的阳离子和阴离子,水化学类型为HCO_(3)-Ca型,大气输入、人为输入、硅酸盐岩和碳酸盐岩风化端员对河水阳离子的年平均贡献率分别为6%、4%、21%和70%;河水化学计量学、δ^(13)C_(DIC)(-8.78‰~-1.35‰)和δ^(34)S_(SO_4)(-2.26‰~-1.10‰)变化均证明由煤系地层硫化物及矿床硫化物的氧化形成的硫酸(各占约50%)广泛参与了流域的化学侵蚀,硫酸对碳酸盐岩的风化作用旱季显著强于雨季。流域硅酸盐岩风化速率与大气CO_(2)消耗通量的年平均值分别为5.20 t·km^(-2)·a^(-1)和118×10^(3) mol·km^(-2)·a^(-1);仅考虑碳酸风化作用时,流域碳酸盐岩风化速率与大气CO_(2)消耗通量分别为22.5 t·km^(-2)·a^(-1)和202×10^(3) mol·km^(-2)·a^(-1);硫酸参与作用下,流域碳酸盐岩风化速率估算结果提高了31%(升至29.4 t·km^(-2)·a^(-1)),岩石(碳酸盐岩和硅酸盐岩)风化消耗大气CO_(2)通量则降低了35%(降至207×10^(3) mol·km^(-2)·a^(-1))。硫酸参与流域碳酸盐岩的风化改变了区域碳循环,这是全球碳循环模型应该考虑的一个重要环节。

硫化物矿床开采对碳酸盐岩风化和相关碳汇计算的影响研究取得新认识

近日,中国地质调查局岩溶地质研究所岩溶碳汇研究团队对雅鲁藏布江一级支流拉萨河流域控制断面进行一个完整水文年每月2次的采样,分析了水文化学、δ^(13)CDIC和δ^(34)SSO_(4)特征。研究发现,煤系地层硫化物及矿床硫化物的氧化形成的硫酸(各占约50%)广泛参与了流域的化学侵蚀,硫酸对碳酸盐岩的风化作用旱季显著强于雨季。

人类活动对碳酸盐岩风化和碳收支的影响取得新认识

碳酸盐岩风化是全球碳循环的重要组成部分,在气候变化中起着重要的作用。近年来,人类活动对环境的影响越来越受到关注,除碳酸外,酸雨也广泛参与了碳酸盐岩的地球化学循环,对碳酸盐岩的风化过程产生重要影响,但酸雨对不同岩性碳酸盐岩风化和相关碳汇收支的影响还不清楚。

湘南宝山铅锌矿床硫、铅、碳、氧同位素特征及成矿物质来源

宝山铅锌矿床是湘南地区代表性矿床之一。宝山铅锌矿床的成矿作用与156~158 Ma的宝山花岗闪长斑岩密切相关。花岗闪长斑岩主要由古老地壳部分熔融而成。为确定成矿物质来源,文章系统研究了宝山铅锌矿床的硫、铅、碳、氧同位素组成特征。矿床中硫化物黄铁矿、闪锌矿、方铅矿的δ34S值呈狭窄的塔式分布,变化在-2.17‰~6.46‰之间,平均值为3.13‰。δ34S值总体表现为δ34S黄铁矿〉δ34S闪锌矿〉δ34S方铅矿,表明硫同位素分馏基本达到了平衡。矿石、花岗闪长斑岩和赋矿地层硫同位素对比研究表明,矿石中的硫主要由岩浆分异演化而来,岩浆中的硫主要来自古老地壳。矿石206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分别为18.188~18.844、15.661~15.843和38.562~39.912,赋矿地层206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分别为18.268~19.166、15.620~5.721和38.364~39.952。矿石铅同位素组成比地层中的更富放射性成因铅,矿石中部分铅来自宝山花岗闪长质岩浆,在成矿流体运移过程中有部分地层铅参与了成矿,岩浆中的铅主要来自古老地壳。热液方解石的碳、氧同位素组成介于岩浆和赋矿碳酸盐岩的碳、氧同位素之间,主要是由于岩浆流体和碳酸盐岩不同比例的水岩反应所致,测水组有机碳的加入造成了部分热液方解石δ13CPDB值偏低。

湘南宝山铅锌多金属矿区花岗闪长斑岩及其暗色包体成因：锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Sr-Nd-Hf同位素制约

本文对湘南宝山铅锌多金属矿区花岗闪长斑岩及其暗色包体进行了系统的锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和SrNd-Hf同位素研究,探讨其岩石成因和构造意义。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明,宝山花岗闪长斑岩成岩年龄为156~158Ma,暗色包体的形成年龄为155.2±1.4Ma,与寄主岩的成岩年龄一致。宝山花岗闪长斑岩为准铝质花岗岩,富集K、Rb、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ti、P等元素,Nb/Ta平均比值为11.3,(87Sr/86Sr)i值为0.7095~0.7115,εNd(t)值为-7.3^-5.0,t2DM(Nd)值为1.35~1.54Ga,锆石εHf(t)值为-14.0^-9.0。暗色包体呈细粒结构,具浑圆的外形,与寄主花岗闪长斑岩接触界线清晰,具暗色的冷凝边,常见针状磷灰石。暗色包体具较低的SiO2含量(55.46%~57.30%),较高的K2O含量(5.86%~6.90%),富集Rb、Ba、Th、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Ti等元素,Nb/Ta平均比值为15.3,(87Sr/86Sr)i值为0.7062~0.7063,εNd(t)值为-2.1^-1.9,锆石εHf(t)值为-12.1^-4.7。与寄主花岗闪长斑岩相比,暗色包体含有较高的Fe、Mg、V、Cr等相容元素。主微量元素和同位素特征表明,宝山花岗闪长斑岩是由来自经俯冲沉积物熔体交代过的富集岩石圈地幔且富水富钾的底侵基性岩浆与由其引起的下地壳部分熔融形成的长英质岩浆发生混合形成,暗色包体则是来自该底侵基性岩浆与少量长英质岩浆发生混合形成。Sr-Nd同位素模拟表明,宝山花岗闪长质岩浆由大约20%~30%的富集地幔物质和70%~80%的地壳物质组成。892±20Ma继承锆石核的εHf(t)值为+6.0,t DM(Hf)年龄为1.21Ga,与江南造山带东段新元古代岛弧岩浆的Hf同位素特征一致,推断在花岗闪长斑岩的源岩部分熔融过程中有新元古代岛弧岩浆岩物质的加入,新元古代岛弧岩浆带及扬子与华夏陆块弧陆碰撞带从萍乡向南延伸部分可能与郴州-临武断裂相接。在燕山早期(190~150Ma),受古太平洋板块俯冲作用影响,南岭地区处于岩石圈伸展-减薄的构造环境,由于地幔玄武质岩浆底侵至古老地壳源区,诱发地壳发生部分熔融作用,伴随着壳幔岩浆混合作用,形成了该区众多花岗质岩石。

湖南宝山矿床花岗岩类硫-铅同位素和流体包裹体研究及其成因意义

宝山铜铅锌多金属矿床是湖南重要的铅锌生产基地。矿床内矽卡岩型铜(钼)矿化受侏罗纪花岗闪长斑岩的控制,而主要的铅锌矿体则产于远离岩体的碳酸盐地层中,且缺乏可靠的矿化年龄限制。为了查明宝山铅锌矿体与花岗闪长斑岩之间的成因关系,文章对宝山花岗岩类中浸染状黄铁矿的硫同位素和钾长石的铅同位素,以及铅锌矿石萤石脉石的流体包裹体进行了测试和研究,并与前人报道的铅锌硫化物矿石的硫、铅同位素进行了对比,尝试为宝山铅锌矿化的物质来源及成因提供依据。研究表明,花岗闪长斑岩中浸染状黄铁矿的δ34S值为+1.5‰^+3.5‰,与铅锌矿石硫化物(方铅矿、闪锌矿及黄铁矿)相一致;同时,花岗岩类中钾长石的铅同位素组成206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb分别为18.4789~18.7668、15.6835~15.7220和38.7903~39.1035,具有壳源的特征,且与铅锌矿石硫化物的铅同位素分布范围相吻合。宝山矿床的硫、铅同位素特征表明,花岗闪长斑岩应是铅锌矿化的主要硫源及金属来源。宝山矿床铅锌矿石萤石中的流体包裹体具有低温(130~150℃)、低盐度(<8%)的特征,可能是岩浆热液演化到晚期的产物。结合已有的有关资料加以对比和分析,研究认为,宝山铅锌矿床的成矿物质应来源于花岗闪长岩的岩浆期后热液,在热液演化晚期迁移到远端地层中沉淀,形成了宝山的主要铅锌矿体。

桂林毛村岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质组成初步研究

探索土壤有机碳物理保护与化学保护的关系,有助于揭示土壤固碳和培肥机理,明确不同粒级团聚体和不同腐殖物质组分对土壤固碳和肥力的贡献。本研究对岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质含量进行了研究,结果表明：（1）灌丛和林地土壤团聚体中有机碳含量总体上均表现为随着土层深度的增加逐渐下降,而在不同土层深度随着团聚体粒径范围的变化则有机碳含量的变化规律则不同,无明显一致的规律;（2）两种土地利用方式各粒径团聚体中胡敏酸和富里酸均比全土小。这可能是由于在湿筛分离团聚体的过程中溶于水的那部分胡敏酸和富里酸成分被损失掉;（3）各腐殖质组分随着团聚体粒径范围的减小在两种自然植被上均无明显一致的规律,但胡敏酸和富里酸总量则基本表现为随着团聚体粒径范围的减小而逐渐升高,即在〈0.25mm和0.5-0.25mm粒径范围团聚体中最大;（4）两种自然植被土壤各土层中和各团聚体中胡敏酸/富里酸（HA/FA）基本上表现为小于1,这主要是因为研究区温度相对较高,湿度较大,植被覆盖度大,微生物降解作用强所致。

利用多元统计方法评价两种不同土壤有机碳组分和团聚体稳定性特征（英文）

【目的】筛选出对土壤有机碳变化敏感且能反映有机碳稳定性的指标,为土壤有机碳稳定性动态监测与评价提供参考。【方法】以桂林毛村岩溶区石灰土和碎屑岩区红壤两种不同土壤为例,通过选取11种指标对表征土壤有机碳活性和团聚体稳定性的指标进行主成分分析和聚类分析。【结果】选取的11种指标可分为两大类,一类与土壤养分及其有机碳组分密切相关,包括有机碳、总氮、总磷、颗粒有机碳、易氧化有机碳和难降解有机碳;另一类与团聚体稳定性密切相关且潜在影响土壤有机碳,包括平均重量直径、几何平均直径、分形维数、偏倚系数和〉0.25 mm粒径土壤团聚体比例。此外,岩溶区与碎屑岩区的旱地土壤有机碳含量均较低,次表层（20-50 cm土层）土壤有机碳含量也较低,林地和灌丛自然土壤的土壤团聚体稳定性均较好,而水田的团聚体稳定性最差。聚类分析结果表明,14个不同类型土壤样本可聚为5类,其中k D1、k D2、k F2、c F2、c S1可归为一类,k P2、c P2、c D2、c D1归为一类,c P1、c F1和k F1归为一类,三者土壤有机碳含量分别处于中等、最低、较高水平;k P1和k S1各自聚为一类,其土壤团聚体稳定性最差或有机碳及其组分含量及团聚体稳定性最高。【结论】应用多元统计方法不仅可筛选出对土壤有机碳稳定性响应较敏感的主成分,还可以建立主成分中各指标之间的关系;在喀斯特地区,两种不同地质背景土壤中的有机碳活性和土壤团聚体稳定很大程度上受土地利用方式的影响。

岩溶区原始林土壤微量元素含量与有效特征

以贵州茂兰、海南俄贤岭、云南西双版纳勐远仙境国家公园和绿石林自然保护区内具有典型岩溶地貌特征的原始林为研究对象,调查岩溶原始林地土壤4种微量元素(Cu、Fe、Mn、Zn)全量和有效态含量。结果表明,岩溶区原始林地土壤全铜、全铁、全锰和全锌含量分别为0.03~0.08g·kg^(-1)、35.6~57.4g·kg^(-1)、0.74~5.83g·kg^(-1)和0.13~1.03g·kg^(-1),均超过国家背景值的平均值。研究区土壤Cu、Fe、Mn和Zn有效态含量分别为1.09~3.51mg·kg^(-1)、11.6~62.9mg·kg^(-1)、48.3~173mg·kg^(-1)和4.17~37.6mg·kg^(-1),根据土壤微量元素有效态评价标准,4种微量元素有效态含量均处于较高水平。原始林地土壤Cu、Fe、Mn和Zn的活化率均值分别为5.48%、0.10%、6.44%、4.19%,表明岩溶区森林土壤Cu、Mn和Zn供素水平高,Fe供素水平低。4个原始林地土壤微量元素有效性综合指数(E_t)为茂兰(21.0)>绿石林(12.8)≈勐远(12.7)>俄贤岭(5.15),且Et与全氮和有机碳含量呈显著的正相关。

重度石漠化区不同土地利用方式下土壤养分特征

本文以云南省蒙自市西北勒乡碧色寨村石漠化土地为研究对象,基于主成分分析法(PCA)研究岩溶石漠化区不同土地利用方式下的土壤养分特征。结果表明:(1)研究区土壤各养分指标变异系数介于0.14～1.76,不同土地利用方式下,土壤养分状况有较大差异;(2)研究区土壤12项养分指标可归结为3个主成分,所提供的信息占全部信息的90.69%,其中PC1主要包含了全磷、有效磷、速效钾和有效锰,PC2主要综合了有机碳、全氮、全钙和有效锌,有效铁对PC3具有较大的贡献。(3)对不同用地类型土壤养分的主成分得分进行排序,由大到小依次为火龙果地>林地>封育草地>玉米地,表明植树造林及火龙果种植等方式能有效改善石漠化区的土壤养分状况。建议对样区的石漠化治理应以封山育土为前提,以生态恢复为目的,通过种植火龙果与修复林地改善样区土壤状况,逐步形成生态环境与社会经济协调发展的石漠化综合治理体系。

中国土壤碱解氮含量与影响因子的空间关系研究

不同地区之间的地域差异,使以往针对土壤碱解氮与影响因子关系的研究存在着相互矛盾的结论。为比较不同环境条件下土壤碱解氮含量空间分异潜在主导因子的一致性与差异性,基于现有的GIS数据,采用地理探测器的研究方法,分别以全国及自然区划尺度为研究单位分析中国土壤碱解氮含量空间分异的潜在主导因子。结果表明,(1)从全国尺度上看,土地利用方式与气温及降水的共同作用主导了中国土壤碱解氮含量的空间分异过程。不同土地利用方式下土壤碱解氮含量的差异大致表现为林地(147 mg·kg^-1)>草地(113 mg·kg^-1)>耕地(103 mg·kg^-1)>水域(95 mg·kg^-1)>建设用地(92 mg·kg^-1)>未利用地(55 mg·kg^-1)。在此基础上,气温与降水的变化进一步改变了地表的环境条件与植被状况,使得土壤碱解氮含量在大区尺度上发生更复杂的变化。(2)从自然区划尺度上看,影响土壤碱解氮含量空间分异的潜在主导因子存在一致性,但同时也存在差异。中国东部湿润季风区土壤碱解氮主要受气温影响。而在西部干旱区,降水以及坡度对碱解氮的作用相对较大。此外,在地形条件复杂的亚热带常绿阔叶林带、温带森林草原带及青藏高原区,海拔高度的变化对土壤碱解氮含量的影响最显著。因此,该研究认为影响土壤碱解氮含量空间分异的潜在主导因子会因其所处环境条件的不同而存在明显差异,但这些主导因子在一定程度上均能够有效反映各自然区划带的基本环境特征。

水文地球化学分析方法在地下水主要离子来源解析的研究进展

识别地下水主要离子来源对揭示地下水化学演化规律及水文地球化学行为至关重要。为了系统地总结水化学分析方法在地下水主要离子来源解析研究中的应用发展,调研了当前地下水化学成因机制研究常用的水化学分析方法,在简述地下水主要离子来源基础上,从定性分析和定量解析2个重要角度,系统总结了地下水主要离子来源解析的主流研究方法,并归纳了这些研究方法在实际应用中存在的局限性,以期为地下水化学成因机制研究提供新思路。

硫酸对典型岩溶流域碳酸盐岩溶蚀及碳循环意义：以广西平果岩溶流域为例

为探讨硫酸参与碳酸盐岩的溶蚀过程和对碳循环的影响，选择广西西南部平果县西南部右江中游以西典型岩溶流域，利用流域地表水和地下水水化学及碳同位素（δ13CDIC）探讨了流域水化学特征及其主要影响因素，并利用水化学计量法对硫酸溶蚀碳酸盐岩的比例和对HCO3-离子的贡献比例进行了定量计算。结果表明：1）研究区水化学类型为HCO3-Ca型，Ca2＋和HCO3-是地下水和地表水最主要的阳离子和阴离子，水化学特征主要受碳酸盐岩化学风化作用的控制；2）地下水和地表水δ13CDIC值介于-5.90‰^-16.62‰之间，大多数水样[Ca2＋＋Mg2＋]与[HCO3-＋SO2-4]当量平衡，[Ca2＋＋Mg2＋]/[HCO3-]当量比值介于0.86~1.31之间，平均值为1.13，大部分大于1，表明除碳酸外，硫酸也参与了溶蚀碳酸盐岩；3）硫酸溶解碳酸盐岩对地下水（Ca2＋＋Mg2＋）和HCO3-的贡献比例分别为0~46.88%和0~30.62%，平均贡献比例分别为20.08%和11.81%；对地表水（Ca2＋＋Mg2＋）和HCO3-的贡献比例分别为14.67%~67.65%和7.92%~51.11%，平均贡献比例分别为38.88%和26.35%，显示了硫酸显著地参与了流域碳酸盐岩的溶蚀。硫酸参与流域碳酸盐岩的溶蚀改变了区域碳循环，这是全球碳循环模型应考虑的一个重要环节，不能被忽视。