广西弄拉岩溶植被的表层水文地球化学效应

岩溶区植被是岩溶生态系统的重要组成部分,具有旱生性、喜钙性、岩生性和对环境变化敏感的特点。为了更好的恢复植被,加速岩溶生态系统的重建,在广西弄拉岩溶动力系统监测站,通过收集并分析大气降雨、土壤水和表层岩溶泉水的物理化学特征,对典型表层岩溶泉——兰电堂泉集水区内的水源林的表层水文地球化学效应进行了研究。结果表明:植被能降低大气降雨的pH值,增加大气降雨中化学物质(HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+和游离CO2)的总含量,尤其是游离CO2的增加能增强岩溶动力系统中的溶蚀动力,有利于岩溶作用;植被能改变土壤的理化性质,减少土壤水的含量,增加土壤的自然含水量,影响土壤水的化学性质;植被不仅通过淋溶等方式增强岩溶动力因子(H2O和CO2)来影响表层岩溶泉水的物理化学性质,还通过自身的生理作用(蒸腾和呼吸)来影响表层岩溶泉水的物理化学性质。因此岩溶区植被不但具有与非岩溶区植被同样的功能,还具有其特有的生态效应。今后岩溶植被的恢复和重建应该从提高当地居民生活质量、可持续发展和岩溶景观等角度来考虑。

表层岩溶带生态系统的水文地球化学效应——以弄拉兰电堂泉域为例

表层岩溶带及其植被、土壤构成特殊的岩溶生态系统。本文系统分析了兰电堂泉域的植物和土壤微生物群落特征、土壤理化性质及水样理化性质,结果表明:从大气降雨、穿透雨,树干径流,土壤水到岩溶泉水的水文过程中,电导率、暂时硬度、总碳量不断增加,不同阶段各阴、阳离子的吸附和淋溶存在差异,对大部分离子,植被层和浅层土壤有较强淋溶作用,深层土壤吸附作用较强。表层岩溶带水文过程是碳循环的重要途径之一,植被层是有机碳的重要来源,土壤层是无机碳、有机碳和HCO3-转化的重要化学场,植物-土壤系统主导了碳的转化和转移,影响表层岩溶动力系统。随植物群落正向演替的进行,表层岩溶生态系统趋于稳定,能有效调控水文地球化学性质变化。

湖南洛塔表层岩溶带水文地球化学特征初步分析

湖南洛塔为西南具有一定代表性的溶丘洼地型岩溶区,本文利用近两年来洛塔水环境监测资料,进行洛塔表层岩溶带的水化学和水温场特征的研究,认为该表层岩溶带的水化学和水温场的特征与气候、生态环境和岩溶含水介质等多种因素明显相关。不同影响因素对表层岩溶水水化学组分的作用有所不同,表层岩溶带岩溶水受气候影响较大,大气降水的降雨强度,直接影响到地下水化学组分含量的大小,总硬度和HCO-3含量与降雨量呈明显的负相关关系,植被、土壤的覆盖程度与水化学组分含量高低呈正相关性。

环境对湘西洛塔表层岩溶泉水文地球化学特征的影响

对湘西洛塔不同生态环境类型灌木丛裸露区、旱地与灌木丛半覆盖区、旱地与草丛全覆盖区下表层岩溶泉进行了取样分析,其水文地球化学特征表明:生态恢复对表层岩溶泉水资源具有调蓄作用,使表层岩溶泉在丰水期减峰,枯水期延后;干河猪场、黄家湾、小路湾坡面径流泥沙平均含量分别为94.10 mg/L、389.30 mg/L、1 639.92mg/L,大小顺序为小路湾>黄家湾>干河猪场;表层岩溶泉水化学组分均以HCO-3、Ca2+为主,HCO-3、Ca2+含量的大小顺序均为黄家湾泉>干河猪场泉>小路湾泉;表层岩溶泉pH均大于7.00,呈弱碱性;游离CO2在干河猪场泉、黄家湾泉、小路湾泉中的浓度分别为4.06 mg/L、9.38 mg/L、2.78 mg/L,暂时硬度在干河猪场泉、黄家湾泉、小路湾泉中的浓度分别为124.31 mg/L、173.95 mg/L、88.19 mg/L,总酸度在干河猪场泉、黄家湾泉、小路湾泉中的浓度分别为4.62 mg/L、10.67 mg/L、3.16 mg/L。pH的大小顺序为小路湾泉>干河猪场泉>黄家湾泉;暂时硬度、游离CO2、总酸度的大小顺序均为黄家湾泉>干河猪场泉>小路湾泉,说明良好的植被覆盖具有更好的水文地球化学效应。

渭河沉积物浸出的水文地球化学效应研究

基于渭河咸阳段(中游)和渭南段(下游)沉积物在水更新条件下的浸出实验及水文地球化学模拟,分析了浸出液中3个特征值和8个水化学组分的变化规律及5种矿物质饱和指数的变化特征.结果表明:浸出液中电导率、Eh值和p H值均随着换水量的增加呈现出波动式上升的变化趋势,电导率增加趋势中咸阳段高于渭南段,Eh值增加趋势中渭南段高于咸阳段,说明渭河下游沉积物的颗粒更细,物质还原性更强,浸出液由弱酸性逐步向弱碱性转变;浸出液的HCO^-_3、Cl^-、SO^(2-)_4含量均表现出随着换水量的增加呈现出先迅速增加,而后逐步减少直至趋于稳定的变化过程,且咸阳段的变化幅度明显高于渭南段,而CO^(2-)_3含量则呈现不断减少的趋势;Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^+、K^+含量均表现出随着换水量的增加呈现出先迅速增加,而后趋于稳定的变化过程,且咸阳段的起始含量和增加幅度均高于渭南段;浸出液中无水石膏、石膏的饱和指数随换水量的增加呈现相同的变化规律,且饱和指数都小于0,咸阳段饱和指数在换水量小于22.5%时溶解能力强,换水量大于22.5%后趋于饱和并开始沉淀的特征,渭南段换水量为12.5%时饱和指数最小,换水量大于或小于12.5%后饱和指数均呈缓慢增加的趋势;方解石、白云石的饱和指数随换水量的增加也呈现相同的变化规律,且饱和指数都大于0,咸阳段在换水量小于12.5%时溶解能力较强,换水量大于12.5%后处于饱和状态并开始沉淀,渭南段在换水量小于5%时溶解能力较强,换水量大于5%后处于饱和状态并开始沉淀;Na Cl饱和指数在换水量小于10%时溶解能力较强,换水量大于15%后开始沉淀.咸阳段沉积物中五种矿物质的饱和指数均要大于渭南段,说明渭河中游咸阳段沉积物在水不断更新条件下矿物质溶解能力低于下游渭南段,且沉淀能力较强、沉淀量较大.

含油气盆地水文地球化学规律

从自流水盆地整体出发,研究了盆地油气成藏的水文地球化学演变规律,得出以下新认识:1)盆地内地下水的水平运动,使水化学成分从供水区到排泄区呈现有序变化,为研究油气水之间的关系、揭示油气成藏的分布规律提供了水文地质依据;2)自流水盆地内存在2种截然不同的水文地质系统,其变化受控于盆地的次一级构造单元;3)自流水盆地内渗入成因水和沉积成因水的径流特征、驱动能量、水化学成分具有很大差异,对油气的生、运、聚、散会产生不同的影响,二者形成的锋面是不同性质油气聚集的地理分界线;4)与油气有关的浅层水文地球化学效应可分布在自流水盆地的不同水文地质单元内,尤其是控油断裂带与生油中心区上方。总体上看,含油气盆地地下水化学异常的变化特点与分布规律均与油气藏存在密切关系,因此可用于评价盆地含油气远景,预测油气赋存有利区。

高能量地面爆破与强震的水文地质和地球化学效应的对比

对KoⅢaбyЛakckHИ构造上的一组钻孔进行了长期的水文地质和地球化学指标的观测。确定了在高能量地面爆破时以及在1984年3月19日加兹利地震（M＝7．2）前后这些指标变化的基本特征。地下水化学成分和气体成分、流量及水温既是爆破又是地震干扰水－气系统的良好指示器。系统的反应主要表现在上述指标的变化特征方面。揭示了这种反应对爆破和地震的不同之处。

桂林地区岩溶水中Ba元素的水文地球化学特征

钡是岩石圈上部最丰富的微量元素之一,与镁、钙、锶同属碱土金属族元素,它们的化学性质比较接近,但在不同的岩石中它们的含量却有显著区别,所以不同类型岩溶水Ba2+含量有较大差别。对桂林地区不同类型岩溶水Ba2+含量分析,可以发现如下一些特点:桂林地区各种岩溶水中的Ba2+浓度普遍不高,其浓度介于4.08×10-6～28.12×10-6g/l之间。Ba2+浓度随着Sr2+和Ca2+浓度增大而减小,随着Mg2+浓度增大而增大。不同岩层地下水的Ba2+浓度有明显差别,灰岩表层岩溶带水中Ba2+浓度明显低于白云岩表层岩溶带水中的Ba2+浓度;三条地下河中,毛村地下河的Ba2+浓度最高,其次为浪石地下河,最后是丫吉地下河。可见,钡在河水中的含量与其补给径流区的岩石组分有关,是较好的天然示踪剂。

干表层的概念界定及其水文生态效应研究

干表层(DSL,Dry Surface Layer)是干旱半干旱地区土-气界面的重要组成部分,影响着陆地水分循环。文章以土壤物理学、土壤水动力学、土壤热力学和水文地质学的基本理论为指导,在综合分析前人资料的基础上,结合室内物理试验的部分观测成果,界定了干表层的概念,探讨了此概念的内涵与外延;辨析了干表层和(下伏)土壤干层两个概念的关系;阐明了干表层与地下水位埋深的关系,干表层对降雨入渗、蒸发和植被的影响。

表层岩溶带岩溶泉的水化学动态变化及其环境效应——以马山弄拉兰电堂为例

利用多参数自动记录仪对马山弄拉兰电堂泉的降水量、水位、水温、pH值、电导率和Ca2+含量进行了自动监测.结果发现:泉水在夏季降雨期间pH值呈降低趋势,同时电导率和Ca2+含量也降低,该现象的发生主要是由雨水的稀释作用造成的;在冬季这种干旱环境中的水化学变化规律主要是泉水在白天温度升高时出现电导率升高,pH降低.同时通过对K+,Ca2+等离子的监测可以了解石山地区植被的生长并不是由于土壤中必需元素背景值低而受到限制,而是由于表层岩溶带具有较高的裂隙和渗透率造成大量有益元素的流失影响作物的生长.因此,通过此次研究不但可以进一步了解表层岩溶泉的水化学动态变化规律及其产生的环境效应,而且还能为石山地区在生态治理以及水土保持上提供一定的理论依据.

广州帽峰山森林生态系统的暴雨及 PAHs、TOC 的地球化学特征

针对城市遭遇暴雨易发内涝性灾害的影响,为了系统地揭示城市森林消减暴雨径流、储滤暴雨中PAHs、TOC的生态效益,采用了森林小集水区水文要素的定位观测与对比试验方法,连续4年(2018—2021年)开展了广州市帽峰山常绿阔叶林、针阔叶混交林生态系统的暴雨水文循环及对PAHs、TOC的地球化学影响研究。结果表明,常绿阔叶林、针阔叶林生态系统可分别储滤暴雨中Σ16PAHs总的质量浓度25.6%—29.6%、TOC质量浓度的15.8%;林冠层淋溶平均增加其在林内雨质量浓度的8.1%、40.3%,两类森林土壤的0—30 cm层较其以下层对暴雨林内雨中Σ16PAHs总质量浓度的储率分别小13.3%和15.3%、而TOC质量浓度的储率上则分别大7.6%和15.2%。常绿阔叶林、针阔叶林生态系统的总径流中FLT、BbF、BkF、BaP、IcdP、BghiP质量浓度较暴雨相应减小分别在10.5%—38.7%和2.5%—51.4%间,其中BbF、BaP质量浓度的减小率大于30%,而FLT、BkF减小率大于20%;林冠层淋溶相对增加了林内雨6组分质量浓度在6.9%(BbF)—39.8%(BaP)间,两类森林土壤的0—30 cm层分别储滤暴雨林内雨中相应质量浓度的范围在15.5%(BbF)—36.7%(BghiP)和1.4%(IcdP)—38.8%(BghiP)间、而土壤30 cm以下层则对BaP、BkF的质量浓度储率较高;森林生态系统的暴雨总径流与暴雨中10种PAHs的质量浓度对比,两类森林的系统储率(除DahA均9.5%)分别在16.2%—55.5%和17.6%—48.1%之间,其中CHR、ANY、ANT、FLU、ANA、NAP的储率均大于30%;林冠层对暴雨中NAP、ANA、ANT、ANY的质量浓度消减在25.0%—15.9%间;两类森林土壤深30 cm的渗透水中NAP、ANA、ANT、ANY、FLU及CHR(阔叶林)、PHE(针阔林)的质量浓度相对林内雨呈增加,但这些组分在土壤30 cm以下层渗漏至总径流中被显著储存(相对储存率在73.7%—34.6%间)。依据林区多暴雨、少暴雨年的森林水文循环通量计,常绿阔叶林、针阔叶混交林生态系统分别年均暂储暴雨量的81.8%和77.2%、贮存年暴雨Σ16PAHs通量的85.4%和82.5%、年暴雨TOC通量的73.0%和81.7%;而两类森林的土壤至不透水岩层在年暴雨及Σ16PAHs、TOC通量的贮存率中分别占80.8%及68.5%、79.8%。森林生态系统的年暴雨中PAHs各组分通量的地球化学平衡显示,常绿阔叶林、针阔叶混交林生态系统年储滤暴雨2—3环ΣPAHs、4环ΣPAHs及6组PAHs代表物通量的平均值分别是86.4%、83.4%及79.6%—87.9%,而相应的土壤至不透水岩层储滤占比分别为68.9%、90.7%(冠淋溶增)及59.4%—80.1%。城市森林生态系统的土壤至不透水岩层在消减暴雨径流、贮存暴雨PAHs、TOC的质量浓度及通量上发挥极其显著的生物地球化学效应。

恩施地区土壤与农作物硒镉地球化学特征

恩施州已开展的1∶25万土地地球化学调查结果显示,恩施地区表层土壤中硒含量丰富,但镉含量同样较高。笔者以该地区3950件表层土壤及362件作物硒、镉等含量指标为基础,讨论了硒、镉元素地球化学特征,共生成因以及不同种类作物对两种元素的吸收富集能力。结果表明,土壤中硒、镉呈伴生关系,含量分布主要受控于该地区二叠系发育的黑色岩系成土母质,赋存状态与土壤中的有机质和硫化物密切相关。不同作物生物富集系数对比结果显示,银杏、玉米和茶叶对硒的吸收能力高于镉,可作为恩施地区富硒农产品开发的优选作物,同时还应考虑土壤的pH值,中碱性土壤农产品镉富集风险较低。此外,硒对于镉有解毒作用,高硒环境将会显著降低镉对人体的健康风险。

不同岩溶环境系统的水文和生态效应研究

本文选择 3个不同类型的岩溶生态系统作为研究对象。从植被发育状况、群落特征、水化学特征对系统的响应、表层岩溶带功能、系统生态效应及水文效应进行了对比研究。结果显示 ,植被群落特征较好地反映了生态环境系统遭受破坏的程度及所处的演化阶段 ;因表层带本身结构的差异 ,使其具有不同的功能 ,特别是表现在对系统小气候和表层岩溶带水资源的调节方面 ;水化学对系统的响应过程 ,反映了不同系统中物质运移特征的差异。

基于海绵城市的生物滞留池水文效应分析

由城市化带来的水问题说明城市雨洪调控和建设海绵城市的重要性。运用暴雨洪水管理模型(SWMM)构建模型,模拟分析研究区天然状态、城市化后无调控措施和添加生物滞留池调控三种情景下水文指标的变化情况和相应的水文效应,并通过改变生物滞留池的表层厚度模拟径流参数的变化。结果表明,生物滞留池能有效减小径流、削减洪峰、延迟出口流量过程出现的时间,且对小降雨事件的调控性能显著;改变生物滞留池的表层厚度对下渗几乎无影响,随着表层厚度的增大表面出流和径流系数都减小,而对出口流量过程影响不大,因此可以提高生物滞留池的面积比例或其他措施共同调控城市的径流。

赣江河水主离子化学特征和径流效应以及控制机制

赣江发源于我国中南部的江西省,是长江的一大支流,为了客观分析该河流的水化学特征,开展水质评价,对赣江1958~2016年水化学数据进行了收集和分析。结果表明:①Ca^2+,Na^++K^+,HCO3^-和SO4^2-是河流中的主要离子,pH值范围为6.0~8.8,TDS范围为15.7~141.0 mg/L,所有离子月变化量与河流流量呈正相关。1980年以前河流流量与SO4^2-,NO3^-和Cl^-的浓度月变化正相关程度高于1980年以后,这表明河水化学特征1980年之前主要是非点源成因,但1980年以后为多种来源的混合。②海盐源Cl^-占河水Cl^-的比例小于19%,硫酸参与硅酸盐岩和碳酸盐岩的风化,反映了1980年以后人为活动有所加强。Cl^-/(Na^++Cl^-)和SO4^2-/(Na^++Cl^-)的增加与江西省国内生产总量、人口、煤炭消耗、肥料用量的关系受废水排放影响。③根据世界卫生组织饮用水标准,赣江的水质符合饮用水标准,但应该警惕Cl^-和NO3^-浓度在1980年后在持续增加。

流域非点源磷污染的遗留效应研究进展

流域非点源磷污染的遗留效应是许多流域经过多年污染控制努力后水质仍未见成效的重要原因。本文综述了流域非点源磷污染遗留效应的形成过程机理、模型方法及对水质的影响。由于化肥施用等人为磷过量输入以及水文和生物地球化学滞后性,磷在土壤、沉积物、地下水等介质中大量累积,在人为扰动、气候变化等作用下,累积的遗留磷会重新释放/流失,因而成为受纳水体长期的污染源。数学模型是解析流域非点源磷污染遗留效应的主要方法,现行的模型仍以统计模型为主,其中ELEMeNT-P模型是唯一针对遗留效应问题研发的过程性模型。模型估算结果表明,很多流域的遗留磷是受纳水体磷污染的重要甚至主要原因,且其污染影响可长达数十年到数百年。总体而言,目前对流域非点源磷污染遗留效应的过程机制尚未完全明确,相关模型尚难以模拟遗留效应的时空分布特征。未来研究应深入探究流域遗留磷累积-释放-输移的动态过程机制,改进模型的水文和生物地球化学过程模块,强化模型的多时空尺度模拟功能及多重验证,以精确刻画流域遗留磷的污染贡献及其时空分布特征,为突破非点源磷污染治理困境提供关键科学依据。

基于高分辨率数据的地下河水化学变化研究——以重庆市雪玉洞地下河为例

为了研究雪玉洞地下河系统水文水化学在暴雨前后的动态变化特征,利用Davis Vantage Pro2小型自动气象站获取当地的降雨量,用多参数水质自动记录仪(CDTP300)监测地下河的水位、水温、pH值和电导率,分析结果表明:地下河水位随降雨暴涨暴落,其水温、电导率、pH值对降雨响应迅速,能敏锐地感应和反馈外界环境的变化.酸雨可能引起地下河pH值的降低,因此应重视酸雨对岩溶地下河水文地球化学的影响.雨水的稀释作用是降雨过程中地下河水化学变化的主要控制过程.进一步利用WATSPAC软件计算泉水方解石饱和指数(SIC)、白云石饱和指数(SID)、石膏饱和指数(SIG)和p(CO2),发现SIC,SID,SIG在降雨期间均呈明显降低趋势,推断可能受雨水稀释的影响,而p(CO2)值升高,可能受CO2效应的控制.

地球与环境2011年第39卷总目次

天津地表水中有机碳来源的同位素示踪研究……………………………王中良，李军，刘丛强，等（1）（1）中国部分城市铂族元素环境地球化学特征研究…………………………赵正，漆亮，黄小文，等（1）（9）喀斯特山体表层岩溶带水文地质特征分析——以陈旗小流域为例………………………………………………张志才，陈喜，程勤波，等（1）（19）岩溶地下河流域水循环方式的降水效应…………………………………康志强，熊志斌，李清艳，等（1）（26）

酸性矿山废水研究的现状及展望

酸性矿山废水是全球采矿业面临的最严重的环境问题之一。本文对近年来的酸性矿山废水相关研究成果进行了总结和回顾 ,着重介绍了硫化物氧化机理及影响因素、重金属的迁移转化规律、酸性矿山废水污染的生态效应、水文地球化学模拟在该领域的应用等五个方面所取得的进展 ,在此基础上 ,探讨了当前研究中存在的问题 ,并对该领域未来的研究趋势进行了展望。

伯特兰德定律和温伯格原理及推广

将温伯格原理和伯特兰德定律推广到水文地质单元内不同水文地球化学区 :在元素被溶 (淋 )滤、强烈迁移的水文地球化学区段造成某些元素缺乏 ,生物生理负效应与元素质量浓度成负相关关系 ;在元素聚 (富 )集、溶滤、蒸发浓缩水文地球化学环境区 ,以及某些元素污染环境造成过量 ,生物生理负效应与元素质量浓度成正相关关系 ;在此两者之间为元素质量浓度适宜区 .根据山西离柳水文地质单元内研究获得 :在元素淋滤、流失水文地球化学区水 (土 )中缺Se ,I,F引起的KBD ,IDD ,龋齿病证实 ,其患病率与相应元素质量浓度成负相关关系 ;在聚(富 )集、溶淋区因水 (土 )中F过量而患的地氟病 ,患病率与F质量浓度成正相关关系 .关键词 :最适营养定律 ;水文地球化学区 ;生物生理负效应 ;双阈元素 .将温伯格原理和伯特兰德定律推广到水文地质单元内不同水文地球化学区 :在元素被溶 (淋 )滤、强烈迁移的水文地球化学区段造成某些元素缺乏 ,生物生理负效应与元素质量浓度成负相关关系 ;在元素聚 (富 )集、溶滤、蒸发浓缩水文地球化学环境区 ,以及某些元素污染环境造成过量 ,生物生理负效应与元素质量浓度成正相关关系 ;在此两者之间为元素质量浓度适宜区 .根据山西离柳水文地质单元内研究获得 :在元素淋滤、流失水文地球化学?