广西会仙岩溶湿地水体主要离子和溶解无机碳来源及控制因素

【研究目的】为查明会仙岩溶湿地水体主要离子和溶解无机碳(DIC)的来源及控制因素。【研究方法】于会仙岩溶湿地采集地下水和地表水样品,分析了水化学和溶解无机碳同位素(δ^(13)CDIC)参数特征。【研究结果】会仙岩溶湿地大部分的地下水和地表水水化学类型为Ca−HCO_(3)。湿地水体Ca^(2+)、Mg^(2+)与HCO_(3)^(−)主要来源于碳酸盐岩溶蚀;NO_(3)^(−)主要来源为农业化肥和土壤有机氮的硝化;K^(+)、Na^(+)和Cl^(−)主要来源为化肥、粪肥和污水等;SO_(4)^(2−)主要来源为酸雨和硫铁矿的氧化。湿地地下水中DIC主要来源于土壤CO_(2)和碳酸盐岩矿物的溶解,据同位素质量平衡,计算结果显示约46%来自于土壤CO_(2),约54%来源于矿物本身的贡献。会仙岩溶湿地不完全是CO_(2)参与下碳酸盐岩风化的结果,含硫矿物、酸雨和人类活动来源的H_(2)SO_(4)作为侵蚀介质也参与碳酸盐岩的风化,此外,农业输入还原态氮肥的硝化作用不容忽视。湿地地表水中DIC主要来源于地下水,湿地地表水中δ^(13)CDIC值受水生植物的光合作用和CO_(2)脱气的影响,组成较地下水相对富集偏正。【结论】水化学和δ^(13)CDIC可以帮助理解岩溶湿地的风化和生物地球化学过程,同时还应结合湿地水文地质和人为活动等条件才能提供更准确的信息。

杞麓湖孟氏螺蛳(Anularya mansuyi)壳体碳同位素记录的水体溶解无机碳变化

湖泊中腹足类壳体碳酸盐的碳同位素与水体溶解无机碳密切相关,是研究区域湖泊水体碳循环的重要材料之一。滇中地区湖泊众多,然而该区域湖泊中水体溶解无机碳的变化特征仍不清楚。孟氏螺蛳壳体为滇中湖泊特有属,本文通过对杞麓湖现生孟氏螺蛳壳体采集,并对其壳体沿生长方向开展碳酸盐δ~(13)C测试,尝试利用孟氏螺蛳壳体δ~(13)C分析杞麓湖水体溶解无机碳变化的变化特征。研究结果表明:(1)孟氏螺蛳壳体δ~(13)C与壳体生长环境密切相关,QLH-A与QLH-B在母体环境中的δ~(13)C平均值分别为-3.78‰与-5.55‰,变化幅度分别为2.07‰与3.03‰;在湖泊水体环境中的δ~(13)C平均值分别为-2.90‰与-3.28‰,变化幅度分别为1.81‰与1.74‰。(2)孟氏螺蛳在湖泊水体环境中生长时,壳体δ~(13)C记录了湖泊水体DIC的δ~(13)C_(DIC)变化特征,揭示出杞麓湖水体DIC主要受大气交换和湖泊中生物系统共同影响,其δ~(13)C_(DIC)在季节尺度变化不显著。(3)杞麓湖湖泊中大量水生藻类的死亡引起的有机质分解将导致湖泊水体δ~(13)C_(DIC)发生显著偏负变化,据此推断壳体δ~(13)C记录的偏负变化与云南2013年大旱期事件吻合,揭示出孟氏螺蛳壳体δ~(13)C具有记录湖泊生态系统自身重大变化的潜力。孟氏螺蛳古螺壳在滇中湖泊广泛分布,本文研究结果将有利于基于地层中的壳体识别地质历史时段滇中湖泊水体DIC特征及其湖泊生态系统的变化。

河流溶解无机碳浓度及其稳定碳同位素特征的研究进展

河流是天然无机碳循环的重要通道。溶解无机碳(DIC)约占据河流碳通量的50%,近几十年来,分析DIC浓度及其稳定碳同位素特征已成为示踪碳来源、追踪碳循环、指示碳动态变化的有效方法和重要技术指标。介绍了DIC稳定碳同位素的测定方法,比较了不同的前处理方法,提出了稳定碳同位素的分析方法,总结了河流DIC浓度及其稳定碳同位素的组成特征,分析了影响河流DIC浓度及δ^(13)C_(DIC)的重要因素,包括岩石风化作用、季节效应、土地利用类型、水生光合作用与脱气作用和人类活动。在此基础上,提出了稳定碳同位素技术的应用前景,对稳定碳同位素技术存在的问题进行了分析和展望,可为我国DIC的碳循环过程以及河水补给端元的确定提供理论依据。

河流溶解无机碳稳定碳同位素示踪技术及其在中国河流碳循环研究中的应用

河流溶解无机碳(DIC)是全球碳循环中的重要组成部分,稳定碳同位素(δ^(13)C_(DIC))已被广泛用于辨识流域内碳的来源和迁移转化过程。通过综合现有文献,系统梳理河流δ^(13)C_(DIC)的影响因素和变化机理,论证了该指标能够真实、敏感反映流域环境特征及各种地表过程,可用于重建流域碳循环体系中的生物地球化学过程。由于河流碳来源及迁移转化过程的复杂性,关于河流δ^(13)C_(DIC)的影响机理仍有较多细节尚未探明。通过收集和分析中国主要河流的δ^(13)C_(DIC)数据发现,在全国尺度上我国河流δ^(13)C_(DIC)呈现出“西高东低”的变化格局,基本反映了我国地质、气候及生态环境的空间分布特征。青藏高原地区河流δ^(13)C_(DIC)整体上比其他地区明显偏高,关于这一现象的形成机制还有待进一步研究。未来可将δ^(13)C与放射性碳同位素(Δ^(14)C)联用并加强水体DIC稳定碳同位素分馏方面的基础理论研究,以期进一步完善和提升河流DIC同位素示踪理论及其在揭示碳循环过程和机理方面的应用。

泸江流域水体溶解无机碳来源定量解析

溶解无机碳(DIC)是研究流域水体碳循环的重要指标之一。泸江流域内岩溶断陷盆地发育,水文地质条件独特,是研究流域水体碳迁移转化的良好选区。为了研究泸江流域河流水体水化学类型及DIC的来源问题,分析了该流域雨季14个地表水点、8个暗河点、10个泉点的水化学和碳同位素采样数据。结果表明:(1)流域内水化学类型主要是HCO_(3)-Ca型,属于“碳酸盐岩风化型”;(2)通过分析离子关系图进一步确定了SO_(4)^(2-)与NO_(3)^(-)参与了流域岩石风化过程;(3)基于离子比值法计算得出,碳酸风化碳酸盐岩贡献比例平均为68.8%,硫酸/硝酸风化碳酸盐岩贡献比例平均为27.2%,硅酸盐岩风化对HCO_(3)^(-)贡献比例平均为3.9%,泸江流域水体岩石风化过程中,以碳酸风化碳酸盐岩为主;(4)根据碳同位素法验证,与实测值相比,暗河水和泉水理论平均值δ^(13)C_(DICTh)比较接近,而地表水则过于偏正,说明地表水中DIC来源不仅由岩石风化控制,还有河流水体内部的生物地球化学过程。相比较而言,地表河流处城镇化严重且存在明显农业活动,受人类活动影响显著。

黄、东海秋季水体溶解无机碳稳定同位素组成特征及其指示意义

0引言海洋是重要的碳汇,空气中的CO_(2)持续通过海-气界面被水体吸收,在降低大气CO_(2)含量的同时也导致海水酸化,由此也导致水体中溶解无机碳(DIC)的13C同位素组成逐渐偏负[1]。全球不同海域因为初级生产力、水团循环的差异,导致其δ^(13)C组成差异显著。δ^(13)C也成为评估人为活动释放CO_(2)对海洋水体DIC影响程度的关键指标之一。

夏季闽江口鳝鱼滩湿地潮汐过程中溶解态碳动态

潮汐过程中溶解态碳的动态变化是理解湿地碳侧向输出和完善湿地碳计量的关键。以闽江河口湿地受潮汐影响的潮沟为研究对象,测定并分析潮汐过程中溶解有机碳(DOC)、溶解无机碳(DIC)、碱度(TA)、紫外可见吸收光谱参数(α355,SUVA 254,S 275-295)的动态变化。结果表明:DOC和DIC在潮汐过程中呈现明显变化,低潮位时DOC、DIC分别为1353、3726μmol·L^(-1),高潮位时降低至233、940μmol·L^(-1),DIC、DOC及TA均与潮高呈显著负相关。潮汐过程中DIC与DOC输出比例约为1.6。光谱参数(α355,SUVA 254)在潮汐过程中有明显变化特征,可作为示踪潮汐过程溶解有色有机物变化的手段。DIC和TA增加量的比值(~0.96)指示反硝化或硫酸盐还原是维持DIC产生的主要生物地球化学过程。

海洋沉积物孔隙水中溶解无机碳（DIC）的碳同位素分析方法

海水中往往含有一定量的溶解CO2（以HCO3^-存在），其δ^13C值组成十分恒定，一般在0‰值附近。赋存在海底沉积物中的孔隙水往往含有比海水更高的溶解CO2含量，且其碳同位素组成变化极大。对这些溶解CO2的碳同位素组成进行分析，能够为我们了解海底沉积物沉积一成岩过程和生物地球化学过程提供十分丰富的信息。为此，开展了沉积物孔隙水中溶解CD2（DIC）的碳同位素分析方法的研究。

海水中溶解无机碳DIC的分析方法

海洋CO2是全球碳循环至关重要的纽带.分析测定海水中CO2体系各存在形式的含量及分布,对于探究CO2在海洋中的转移和归宿,海洋吸收转移大气中的CO2的能力以及CO2在海洋中的循环机制等都具有十分重要的意义。本文对海水中溶解无机碳的各种测定方法作了概括和总结,分别对各种方法的特点、原理、发展及前景进行了综述。

有机质分解对青海湖湖水溶解无机碳同位素(δ^(13)C_(DIC))的影响及其指示意义——来自沉积物捕获器的研究

青海湖沉积物稳定碳同位素常常被用来指示古环境的变化,然而准确地解译其信号需要充分认识溶解无机碳同位素比值(δ^(13)C_(DIC))变化及其控制因素。本文利用沉积物捕获器连续一年收集的青海湖湖水及颗粒物,通过其中湖水的δ^(13)C_(CDIC)和细颗粒沉积物中碳酸盐稳定碳同位素(δ^(13)C_(carb))的同步分析,结合湖水δ^(13)C_(DIC)的垂直分布和表层沉积物δ^(13)C_(carb)及有机碳同位素(δ^(13)C_(org)),探讨了有机质分解在δ^(13)C_(DIC)和δ^(13)C_(carb)中的调节作用。结果表明,从沉积物捕获器中获得的湖水δ^(13)C_(DIC)的变化主要受控于与外界隔绝后(微)生物对有机质的分解作用,但这种(微)生物分解作用并不会影响到δ^(13)C_(carb)比值。这些现象反映了(1)还原环境下(微)生物对有机质的分解作用对水体δ^(13)C_(DIC)有重要影响和(2)青海湖自生碳酸盐主要从上层湖水沉淀,且形成后不再与周围水体发生交换作用。

夏、秋季长江口外海域沉积物-水界面溶解无机碳的交换通量

沉积物-海水界面是海洋中溶解无机碳(DIC)转移和储存的重要场所,长江口外海域拥有特定的沉积物-水界面交换的空间格局,研究其沉积物-水界面DIC的交换过程对于碳的循环和转化具有重要意义.本研究于2021年8月和2021年10月在长江口外海域采集沉积物样品及原位底层海水,通过实验室模拟培养法计算了该海域沉积物-水界面DIC的交换通量,并研究了沉积物间隙水-上覆水的DIC浓度差、温度、盐度和pH对DIC交换通量的影响.结果表明,夏季和秋季研究海域沉积物-水界面DIC交换通量平均值分别为(432.45±190.78)μmol·m^(−2)·h^(−1)和(223.05±110.39)μmol·m^(−2)·h^(−1).夏季交换通量高于秋季,DIC扩散方向均由沉积物向上覆水释放,表明沉积物表现为DIC的“源”.此外,交换通量会随着DIC浓度差或温度升高而升高,随着盐度或pH升高而降低.

不同土地利用对洱海入湖河流溶解无机碳(DIC)浓度及其碳同位素组成(δ^(13)C_(DIC))的影响

不同土地利用对河流中的溶解无机碳(DIC)浓度及其碳同位素组成(δ^(13)C_(DIC))的影响有很大差别,但其机制仍有待进一步揭示。本文以洱海入湖河流为研究对象,分别于2020年10月(雨季)和2021年1月(旱季)采集了洱海主要入湖河流的水样,测定了入湖河流的基本物理参数、主要阴阳离子及δ^(13)C_(DIC)组成,对其中岩性相似的流域进行了土地利用方式对河流DIC浓度及其δ^(13)C_(DIC)组成的影响分析。结果表明,洱海入湖河流的pH呈弱碱性,主要阳离子为Ca^(2+)和Mg^(2+),主要阴离子为HCO^(-)_(3)。入湖河流的DIC浓度在0.35~4.6 mmol/L之间,由于稀释作用雨季的DIC浓度小于旱季。河流δ^(13)C_(DIC)在-12.59‰~-2.99‰之间,北部流域、南部流域的河流以及洱海中部的白鹤溪、黑龙溪、中和溪和莫残溪的δ^(13)C_(DIC)值要比其它河流偏负。在流域内岩性相似情况下,洱海入湖河流中的DIC浓度随着流域内的建设用地面积占比的升高而增加,随着植被(林地+草地)覆盖面积占比的升高反而减小。流域内林地和草地面积占比越大δ^(13)C_(DIC)越偏正,耕地和建设用地面积占比越大入湖河流中的δ^(13)C_(DIC)越偏负。其中的原因是受到耕地施肥和污染物排放等人为活动的影响,耕地中的土壤CO_(2)升高及河流中生物活动增强,导致洱海入湖河流的DIC浓度升高及其δ^(13)C_(DIC)偏负,从而掩盖了林地和草地对河流中的DIC浓度及其δ^(13)C_(DIC)的影响规律。在土地利用的影响方面,洱海入湖河流中的DIC浓度受到河流建设用地的影响最大,耕地的影响相对于建设用地来说要弱;δ^(13)C_(DIC)也受到建设用地和耕地的控制,林地和草地对河流中的DIC浓度及其δ^(13)C_(DIC)的影响较小。

西江下游溶解无机碳含量的时空变异特征及其输出通量

选取西江下游干支流6个样点进行一个完整水文年度的观测分析,利用基本水文水化学参数来揭示河水溶解无机碳(DIC)含量的时空变异特征,并估算流域DIC输出通量。结果表明,西江下游干支流DIC含量受控于流域地质环境和水热条件,变化于0.74～2.40mmol/L之间,存在明显的时空变异。干支流DIC含量季节变化模式基本一致,呈现汛期(不包括受洪水影响极强的时段)较高、非汛期较低而洪水期最低的变化特征,流域水热条件的季节变化是其根本原因;河水DIC含量的空间变异基本与流域碳酸盐岩空间分布格局一致,干流DIC含量明显高于支流,且向下游呈减小趋势。西江流域DIC输出通量约4.57×1012g/a,汛期和6月洪水贡献分别达84%和40%。全流域DIC侵蚀通量约12.95g/(m2·a),在世界各流域中居中上水平。

岩溶区不同植被下土壤水溶解无机碳含量及其稳定碳同位素组成特征

自2010年7月至2011年7月对重庆青木关岩溶区典型植被下的土壤水进行了月动态取样,分析了土壤水溶解无机碳含量(DIC浓度)及其稳定碳同位素组成(δ13CDIC值)的时空变化特征,以揭示岩溶土壤系统碳酸盐岩溶蚀作用及其碳汇效应。研究结果表明:草地和针叶林地土壤水的DIC浓度和δ13CDIC值相对较低,分别为59.12 mg/L和-17.22‰,31.47 mg/L和-16.37‰;而旱地、灌丛地、退耕还林地土壤水具有较高的DIC浓度和δ13CDIC值,分别达153.88 mg/L和-12.2‰,221.82 mg/L和-11.9‰,97.30 mg/L和-11.23‰,其中灌丛和退耕还林地的δ13CDIC值与DIC浓度呈正比,且雨季较旱季偏高约4‰—5‰。根据δ13CDIC值,结合各植被类型下土壤水DIC浓度与其相应的土壤碳酸盐含量呈正相关,判断旱地、灌丛地、退耕还林地等岩溶土壤水中的DIC主要来自土壤中碳酸盐岩矿物的碳酸溶蚀,即岩溶土壤中存在着碳酸盐岩碳酸溶蚀作用,从而在一定程度上减少了土壤系统向大气排放的CO2量。

长江口及邻近海域夏季溶解无机碳体系及其响应机制初探

根据2009年8月＂908＂项目长江口补充调查总碱度（TAlk）、溶解无机碳（DIC）、pH值、溶解氧（DO）和叶绿素a（Chla）等数据的分析结果显示,长江口及邻近东海海域夏季溶解无机碳（DIC）含量分布范围在1 647.1~2 236.9μmol/dm3之间,平均值为2 031.2μmol/dm3;空间分布为由近岸冲淡水方向向外海逐渐增加;DIC在垂直分布上总体呈现底层水〉次表层水〉表层水,在29.0°N,122.6°E的底层存在1个高值中心,这可能与低温高盐的台湾暖流深层水作用有关。对TAlk、DIC与盐度的相关性探讨发现,当盐度为10~25,TAlk、DIC与盐度呈现很好的保守性关系;而在盐度接近0、大于30及盐度为25~28时则出现偏离保守型稀释曲线现象,而这3个区域分别属于河口淡水端、海水端和长江口羽状锋区域,这一现象的发生与河水端不同的输入源、海水端的水文物理过程以及长江羽状锋区域生物活动强弱密切相关。此外,根据DIC体系中DIC、pH值、温度和盐度等的实测数据进行推算可知,长江口及其邻近海域表层pCO2的范围为15.4~166.9 Pa（154.0~1 669.0μatm）,其中以29.5°N、123°E为中心的区域出现表层pCO2值的低值中心[〈39.0 Pa（390μatm）],理论上可认为是大气CO2的1个典型汇区。

一种海水中溶解无机碳的准确简易测定方法

海水中的溶解无机碳(DIC)可占海水中总碳的95%以上,其准确测量是研究海洋碳循环的基础。目前测量DIC所使用的仪器较为昂贵、复杂,不适于外海调查。实验设计了一套密封的气提吸收装置,并通过大量的实验建立了一种简便、快速的DIC现场测定方法,即取大约100～150mL海水,加10%H3PO4将其中的CO2释放出来,用0.1mol/LNaOH进行二级吸收,以酚酞和溴甲酚绿甲基红混合指示剂指示终点,用HCl标准溶液滴定所吸收的CO2,计算DIC含量。经检验该方法具有较高的精密度和准确度,相对标准偏差为076%。用该方法测定了2003年6月取自胶州湾的水样,结果表明胶州湾内表层水DIC平均为2066μmol/L,底层水为2075μmol/L;湾外表层水平均为1949μmol/L。

南黄海秋季溶解无机碳的分布特征

根据2004年10月对南黄海4个断面29个站位表层、20 m层和50 m层水体中盐度、水温、pH值等参数的测定数据,分析了该季节溶解无机碳的组成和分布特征,探讨了影响其分布的主要因素。结果显示,调查期间南黄海水体中溶解无机碳及其各组成部分的水平分布差异显著;在垂直方向上,表层和20 m层各参数之间浓度总体上差异不大,但均与50 m层存在较大的差异。盐度、温度、生物活动和环流对各参数的分布具有重要影响,但对不同参数的影响程度不同。

桂西北典型峰丛洼地降雨过程中地表水溶解性碳和δ^(13)C_(DIC)变化特征

文中研究了中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测站内的地表水(地表径流和溪流)中溶解性有机碳(DOC)和溶解性无机碳(DIC)及其同位素组成在两次降雨事件中的连续变化特征。在两次降雨中DOC和DIC输移量分别为107.1和812.5kg,分别约为无降雨条件下相同时间内DOC和DIC输移量的64和8倍。降雨时洼地溪流下游出口处水体中的DOC主要来源于雨水垂直入渗过程,其比例占到了60%～81%,源于地表径流冲刷的比例相对较低。利用溶解无机碳同位素(δ13 CDIC)估算了不同水体中土壤有机质分解对水中DIC的贡献(PSOC),其中地表径流、溪流上游和溪流下游出口水体的PSOC变化范围分别为56%～61%、56%～63%和50%～58%。两次降雨过程中约有459.6kg土壤CO2进入溪流下游出口水体,而未降雨条件下在相同时间内只有48.3kg。降雨对喀斯特集水区溶解性碳的循环产生显著影响,对喀斯特集水区不同时间尺度碳循环的研究可以获得更为准确的区域碳及其他养分循环的信息。

西江河口段溶解无机碳稳定同位素组成的时空变化

从2006年9月至2007年6月间对西江河口段溶解无机碳稳定同位素组成(!13CDIC)及其相关的水体理化参数进行了一个水文年的季节性采样调查。夏、秋两季"13CDIC平均值(-13.91‰、-13.09‰)小于春、冬季节(-11.71‰、-12.26‰),呈现出明显的季节性。#13CDIC与温度呈负相关(p=0.000;r=-0.646),而与氧化还原电位正相关(p=0.000;r=0.569),表明河段表层水体$13CDIC受到季节性变化的水体理化性质等河道有机质氧化分解条件的控制;夏季洪水期%13CDIC与航测距离呈正相关,而春季枯水期的&13CDIC与航测距离负相关。’13CDIC的这种时空变异证明了研究河段河-海作用过程影响了水体的理化性状进而控制了河道表层水体DIC的性质。研究河段(13CDIC的上述时空分布规律与流域所处的地理环境关系密切,汛期的夏季受陆源有机质的强烈分解作用的影响,DIC的同位素组成向海洋方向变轻;枯期的春季因海洋作用加强以及咸潮的入侵,河道DIC的同位素组成向海洋方向变重。

溶解无机碳及其同位素组成特征对初期水库过程的响应——以新建水库(洪家渡)为例

水坝拦截引起的生物地球化学影响越来越引起人们的重视。本文以我国西南喀斯特地区新建的洪家渡水库为例,详细分析了该水库入库水体、出库水体和水库坝前水体的溶解无机碳含量(D IC)及其同位素组成(1δ3CD IC)特征。结果表明:河流经水库作用后水体无机碳体系发生显著变化。洪家渡水库入库水体D IC和1δ3CD IC值的年均分别为2.14 mmol/L和-6.6‰,库区表层水体为2.12 mmol/L和-6.5‰,出库水体为2.22mmol/L及-8.6‰。总体上,入库水体D IC含量低于出库水体,而溶解无机碳同位素组成却比出库水体偏正。就全年平均而言,出库水体的D IC浓度比入库水体和库区表层水体中分别高出3.7%和4.7%;同时,其D IC的同位素组成相对更偏负,出库水体中δ13CD IC值比入库水体和库区表层水体分别偏负30.3%和32.3%。在垂直剖面上,水体中D IC含量随着深度的增加而增高,1δ3CD IC值随水深的增加而偏负。由于水库为底层泄水,使得出库水体中D IC含量增高,而δ13CD IC值偏负。河流受水坝拦截后,水化学特征发生显著改变,逐渐向湖沼型方向演化。