海南岛干季化学风化产物输出及其控制因素

根据2014年1月实测的海南岛昌化江径流化学组成,运用物质平衡法和相关分析法估算化学径流组成的来源和控制因素,探讨流域化学风化产物HCO_3^-和溶解性硅(DSi)的输出及生态环境意义。结果表明昌化江流域水体呈中偏弱碱性,化学径流组成阴离子以HCO_3^-为主,阳离子以Ca^(2+)、Na^+为主。其中,77.30%的离子源于流域内硅酸盐岩的化学风化,1.38%的离子来源于碳酸盐岩风化,大气沉降对化学径流的贡献为5.45%,人类活动对干、支流化学径流的贡献分别为15.90%与21.04%,差异显著(P<0.01)。地貌条件、岩性及径流深度是影响流域化学径流组成的关键因素。昌化江流域干季输入南海的HCO_3^-和DSi量分别为2.12×10~8 mol、1.38×10~8 mol,是南海海洋生态系统初级生产力的主要物质来源之一,在南海生态系统物质循环预算中不可忽视。

海南岛西南部土壤生物硅分布的时空差异及其驱动机制

地球表层元素硅(Si)的生物地球化学循环影响全球初级生产力和全球碳循环进而影响地球环境变化。土壤生物硅(BSi)因其易溶解而成为岩石圈-土壤圈-生物圈-水圈等圈层之间Si迁移-转化的枢纽。采集海南岛西南部的热带季雨林、经济林(橡胶林、桉树林、芒果林)和农作物(香蕉、甘蔗)土壤样品。采用热碱消化连续提取法萃取BSi;运用相关分析和主成分分析法识别土壤BSi含量变化的主要驱动因素。结果表明:研究区不同植物群落土壤BSi含量从大到小依次为:香蕉地((2.38±0.72)mg/g)>热带季雨林((1.86±1.34)mg/g)>橡胶林((1.42±0.81)mg/g)>桉树林((1.22±0.28)mg/g)>芒果林((0.98±0.71)mg/g)>甘蔗地((0.62±0.74)mg/g);研究区土壤BSi含量存在随群落变化的季节变化:森林群落土壤BSi含量干季大于湿季,农业草本群落(香蕉和甘蔗)土壤BSi含量则出现湿季大于干季的特征。研究区土壤BSi含量变化主要受生物因素(总氮和碳/氮(C/N))和非生物因素(化学风化程度)耦合驱动。在全球尺度上,海南岛西南部土壤BSi含量(1.43 mg/g)低于热带雨林土壤BSi含量(2.5 mg/g),揭示水热同期的季风气候区山地土壤较活跃的微生物活动和较强的降雨、径流侵蚀作用,均有利于土壤BSi发生迁移-转换,最终以溶解态硅的形式随地表径流注入南海,在一定程度上保持南海生态系统的营养成分结构,确保南海生态系统良性循环。

桂江主要离子及溶解无机碳的生物地球化学过程

河流水体的化学组成记录了流域内各种自然过程与人类活动的信息.对西江一级支流桂江化学径流的分析结果表明,桂江水体的离子组成主要受碳酸盐岩化学风化过程的控制,CO2是这一过程的主要侵蚀介质;H2SO4对碳酸盐岩的风化影响桂江河水的化学组成.大气沉降、人类活动、碳酸盐岩和硅酸盐岩化学风化对桂江水体贡献的溶解物质分别占总溶解物质的2.7%、6.3%、72.8%和18.2%.河流溶解无机碳(DIC)的稳定同位素组成(δ13CDIC)揭示桂江河水中的DIC明显被浮游植物的光合作用所利用.浮游植物初级生产力对桂江颗粒有机碳(POC)的贡献达22.3%~30.9%,这表明岩石风化来源的DIC经浮游植物的光合作用转化为有机碳,并在迁移过程中部分沉积水体底部,进而形成埋藏有机碳.

河流溶解硅的生物地球化学循环研究综述

河流溶解硅(DSi)承载着陆地表生过程的环境信息,其输入、迁移、转化和输出受多种因素制约。在全球硅酸盐岩风化过程中,31.53%~64.87%的DSi被陆地植被吸收,仅12.91%迁移至河流,在向海洋输送过程中,河流DSi又受到水生生物吸收、逆风化作用及"人造湖效应"等因素的影响,输出量进一步减少,弱化了海洋系统的"生物泵"作用;不多的研究表明全球河流DSi浓度变化介于138~218μmol/L之间,空间差异显著,有必要量化各影响因素的贡献,建立多因素控制的河流DSi输出通量模型;与地壳主要硅酸盐岩的δ^(30)Si值(约为-0.5‰)相比,全球河流DSi的δ^(30)Si值变化范围较大(介于-0.2‰~3.4‰之间)且显著正偏,分馏系数达0.3%~3.9‰。这是由于流域内Si同位素的无机分馏和有机分馏2种动力分馏过程所导致。因此,探讨河流DSi来源、迁移及转化机制是未来深入研究河流DSi循环的关键问题。