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地下河出口河流水化学昼夜动态变化——生物地球化学过程的控制 总被引：5，自引：0，他引：5
昼夜动态变化的研究有助于揭示水体中相对快速的生物地球化学过程,同时也有助于判别影响水化学变化的主导因子。本文选择由地下水补给且富含水生植物的典型河流,开展高分辨率水文地球化学监测和高频率水样取样工作,分析了水化学的昼夜动态变化特征并对比其沿流程的变化,探讨了水化学昼夜循环产生的生物地球化学控制机理。结果表明,河流水化学离子成分多呈现出昼夜动态变化的特点,Ca2+、DIC白天下降幅度达22.4%,昼夜循环主要受水生植物光合作用控制,但不同成分沿流程具有不同的变化规律,存在Ca2+、DIC和营养元素成分的流失。研究河段硝酸盐含量较高(农业活动产生的面源氮补给),沿流程有减小趋势,受生物同化作用控制,白天小幅升高夜间回落的昼夜动态变化,主要受硝化作用过程控制。DOC与TOC含量小时数据呈现快速波动特点,白天上升夜间下降,受生物代谢活动控制,DOC的日变化幅度可相差1倍。岩溶区地表河流水化学昼夜动态变化规律与生物地球化学过程研究,不仅能揭示水化学无机组分昼夜循环的控制因素,也有助于更好理解岩溶作用过程中无机碳与有机碳的快速转换特性,对提高岩溶碳汇的估算精度有重要意义。 相似文献
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广西桂林漓江典型河段水化学昼夜动态变化
及其对岩溶碳循环的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
岩溶区河流水化学昼夜动态变化的研究,对年际尺度河流监测计划制定、碳循环研究及其通量估算具有重要作用与意义。本文选择桂江上游漓江典型岩溶河流,开展不同河段水化学高分辨率监测和高频水样取样工作,分析了水化学的昼夜动态变化、沿流程变化及其影响因素,探讨了水化学昼夜循环的生物代谢过程与光合作用机理。结果表明,硅酸盐岩分布河段与碳酸盐岩分布河段水化学存在显著差异,且具有不同的昼夜变化规律。总体上,受补给流域地质背景控制,从北部硅酸盐岩山区到南部峰林平原区,即从上游到下游,水温、pH、SpC、Ca~(2+)和HCO_3~–离子含量逐渐升高,升高幅度分别为3.63℃、1.99、125.23μS/cm、22.42 mg/L、73.32 mg/L。DO、pH、Sp C、Ca~(2+)、HCO_3~–及δ13CDIC等指标昼夜变化主要受水生植物光合作用控制,最大昼夜变幅分别为19.4 mg/L、2.02、56.4μS/cm、12 mg/L、48.8 mg/L、–2.05‰。K+、Na+和NO_3~–离子含量昼夜变化主要受生物代谢过程(同化作用)控制。桂林河段水生植物光合作用消耗水体DIC及伴随的Ca沉降能显著影响水体饱和度和CO_2分压,白天CO_2分压下降,水体处于过饱和状态,对水气界面脱气过程发生具有抑制作用。阳朔河段水体均处于过饱和状态,CO_2分压处于与大气平衡的临界线附近,意味着随着流程的增加,水体产生脱气的可能性在减小,说明秋冬季由岩溶作用溶蚀产生的碳汇是相对稳定的。 相似文献
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岩溶区河流水化学昼夜变化与生物地球化学过程 总被引：6，自引：3，他引：3
河流水化学昼夜动态变化的研究有助于揭示水体中相对快速的生物地球化学过程(河流内过程),同时也有助于判别上游补给区流域过程。已有的研究表明生物过程（光合作用与呼吸作用）、地球化学过程（碳酸盐平衡、碳酸钙沉积）是控制河流pH、SpC、Ca2+和HCO3-含量昼夜变化的主要因素。不同级别、类型及河床微环境均会对水化学昼夜变化产生影响,与气温密切相关的光合作用是产生河水pH值和DO昼夜变化的主控因素。在偏碱性与富含钙离子的岩溶河流,有机体的钙化作用与酸分泌可能对光合作用具有重要作用,从而导致水体中Ca2+和HCO3-出现白天下降-夜间回升的昼夜动态变化,下降幅度达20%~30%。水生植物通过光合作用产生DIC(主要为HCO3-)的原位沉降,是真正意义上的净碳汇。昼夜生物地球化学循环及效应研究有助于全面认识岩溶区碳循环特征及岩溶含水层源汇关系,尤其是岩溶碳汇稳定性与净碳汇估算;同时对长时间尺度河流监测计划的制定具有重要意义。 相似文献
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碳酸盐风化能否形成稳定持久碳汇很大程度上取决于风化产生的溶解无机碳(DIC)能否被水生光合生物利用及其利用程度,后者可通过地表水水化学和?13CDIC的昼夜变化进行探讨。本研究对冬季茂兰拉桥表层岩溶泉及其中游和下游池水的温度、pH、电导率(EC)和溶解氧(DO)进行了为期30 h(1月27日10:00至1月28日16:00)高分辨率(15 min/次)的昼夜动态监测和?13CDIC定期取样(白天每隔2 h,夜间每隔4 h)测定,以了解水生光合生物对水化学和?13CDIC昼夜动态变化的影响。同时,结合水面静态箱CO2测定获得的岩溶水与空气CO2交换通量,对生物碳泵效应进行了估算。结果表明,在少有沉水植物生长的泉口及其下游水池,水化学和?13CDIC的昼夜变化明显偏小,而在沉水植物(轮藻为主)大量生长的中游水池,水的DO、pH、SIC(方解石饱和指数)和?13CDIC在白天呈逐渐增加趋势,而在夜间逐渐降低,与水生生物的新陈代谢进程(白天以光合作用为主,晚上以呼吸作用占优势)相一致;另一方面,水的EC、3HCO?、Ca2+和p(CO2)(二氧化碳分压)呈现相反的变化趋势,即白天下降,晚上上升。计算得到中游水池因类似海洋"生物碳泵"效应固定下来的有机碳通量达到336 t C/(a·km2),是海洋的51倍,表明陆地水生生态系统应该作为"遗失碳汇"的一个重要方面继续进行研究。 相似文献
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岩溶地下水的水化学特征及其水岩作用过程研究对岩溶地下水合理开发利用和污染防治具有重要意义.综合利用水化学分析、主要离子比值、锶含量和87Sr/86Sr比值分析和反向水文地球化学模拟,深入分析了贵阳市地下水和地表水不同季节的水化学特征变化和水文地球化学演化过程.水化学特征分析表明,贵阳市地下水以HCO3·SO4-Ca型和HCO3-Ca·Mg型为主,水化学组成在季节和空间分布上存在一定的规律性变化,地表水与地下水的直接混合对地下水化学组成有一定的影响.锶同位素比值和水文地球化学反向模拟表明,地下水水化学组分主要受岩石风化作用的控制,以方解石和白云石为主的碳酸盐的溶解－沉淀作用以及硫酸盐和岩盐的溶解是控制研究区地下水水化学特征的重要过程,并受上覆孔隙含水层硅酸盐矿物水解的影响. 相似文献
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为研究河流非岩溶区断面和岩溶区断面生物地球化学昼夜变化过程、特征及影响因素,探讨水生生物对岩溶区河水碳汇作用的影响,于2016年10月30日-2016年11月1日,在广西桂林漓江干流非岩溶区的峡背和岩溶区的省里设置两个监测点同时开展了为期48小时的高分辨率在线监测和高频率取样工作,研究其水文参数(电导率(EC)、水温(T)、pH以及Ca2+、HCO-3、NO-3等离子和溶解无机碳同位素(δ13CDIC)等水化学参数的昼夜变化规律,并分析其影响因素。发现:（1）峡背和省里两断面水化学类型为HCO3－Ca型,但水文地球化学昼夜变化过程不同:省里断面的物理化学参数昼夜变化显著,T、pH、DO、SIC白天上升夜间下降,Ca2+、HCO-3的质量浓度和EC、p (CO2)白天降低、夜晚上升;而峡背断面理化指标昼夜变幅小,这与峡背断面处于岩溶区与非岩溶区交界处,非岩溶河流汇入、生物量较小等环境特征有关。（2）省里断面营养元素(NO-3、SO42-、Cl-、Na+)昼夜变化过程主要受水生植物同化作用控制,呈现白天降低、夜间升高的变化规律。（3）峡背断面和省里断面TOC 与DOC白天上升、夜间下降,最高日变化幅度可达79%和61%,利用端元混合模型计算得出省里断面和峡背断面内源有机碳占总有机碳的比例分别为91.99%和88.39%,省里断面和峡背断面水生植物光合作用利用HCO-3作为无机碳源的比例为67.42%～99.75%和57.76%～69.78%,平均值分别为79.54%和63.13%。（4）省里断面溶解无机碳(DIC)变化范围为67.1～115.9 mg·L-1,平均值为96.5 mg·L-1,呈现白天下降夜间上升的变化。δ13CDIC变化范围-7.8‰～-9.9‰,平均值为-8.9‰,表现为白天偏重、晚上偏轻的动态变化,两者呈显著的负相关关系(相关系数为-0.79)。研究表明省里断面水生植物光合作用和呼吸作用以及钙沉降是控制DIC昼夜变化的主导因素。通过估算监测期间省里断面光合作用DIC转化速率平均值为1.2×10-5 mmol·L-1·S-1,Ca2+离子的沉积速率平均值为0.18×10-5mmol·L-1·S-1。因此,岩溶区河段水生生物光合作用及其固碳能力较非岩溶区河段明显增强。 相似文献
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桂林会仙岩溶湿地水化学昼夜动态变化
及其影响因素 总被引：5，自引：0，他引：5
岩溶区地表河流与岩溶湖水化学的动态变化及水生植物固碳作用的研究,有助于加深对岩溶作用的生物地球化学过程特性,即短时间尺度属性的认识。本文利用自动化高精度在线监测和高密度取样,探讨岩溶湖(地下河水补给)水化学的昼夜动态变化及不同水生植物的影响。受气温和水生植物光合作用的影响,白天水温、pH、溶解氧、无机碳同位素值呈同步上升,而Ca2+、HCO-3含量、电导率下降。沉水植物群落分布区水化学等指标昼夜变幅大于挺水植物群落分布区,水温、pH、Ca2+、HCO-3、溶解氧、无机碳同位素值在挺水植物区的昼夜变化幅度分别为442 °C、065、18 mg/L、08 mmol/L、1402 mg/L、-2.27‰(δ13CV-PDB),在沉水植物区则分别上升到632 °C、143、24 mg/L、15 mmol/L、2386 mg/L、-5.03‰(δ13CV-PDB),说明沉水植物区的钙沉降与固碳效率更高。结果可为深入认识岩溶湿地水生生态系统,估算岩溶区水生植物固碳潜力奠定科学基础。 相似文献
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笔者等在对比分析一亩泉漏斗区地下水开采前—开采中—压采全过程地下水水化学特征基础上,综合利用数理统计分析、离子比例分析、水文地球化学模拟技术,揭示了漏斗区地下水水化学特征演化规律,解析了水化学特征演变驱动机制。结果表明,研究区地下水水化学特征演化表现出阶段性,在开采初期至压采初期,水化学类型、TDS、总硬度保持稳定,水化学类型以HCO-3—Ca2+·Mg2+型为主;在漏斗恢复期地下水水化学类型种类增多,TDS和总硬度显著增大,表现出向盐化和硬化方向演化趋势;1960～2010年研究区地下水水化学成分主要受脱白云石化作用、阳离子交换作用控制,呈自然演化规律;2010年以后,在漏斗恢复背景下,包气带中水岩相互作用过程加剧,地下水水化学演变受溶滤作用和离子交换作用控制,人类活动对地下水水化学特征的影响逐渐显现。研究结果可为漏斗区地下水保护与修复提供科学依据。 相似文献
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对地热水水化学特征及其形成机理进行研究可以为地热资源开发与保护提供水文地球化学依据.目前缺乏对济北地热田水化学形成机理的研究,限制了该地热田的开发.通过对南部岩溶冷水、地热田地热水采样,并综合运用Pipper三线图、相关性分析、离子比值法、矿物饱和指数法及反向地球化学模拟等手段,对该地热田地热水水化学形成机理展开研究.结果表明,由南向北,地下水中TDS含量及主要离子含量均有一定的上升趋势,地下水水化学类型由HCO_3-Ca型向HCO_3-Ca·Mg、SO_4-Ca、SO_4-Ca·Na型转化,表现出明显的分带特征;碳酸盐矿物、硫酸盐矿物、岩盐矿物的溶解—沉淀是控制本区地下水水化学特征的重要过程,同时伴随着钠长石、钾长石等硅酸盐矿物的溶解,南部冷水受到了人类活动的影响. 相似文献
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桂林漓江水体溶解无机碳迁移与水生光合碳固定研究 总被引：1，自引：0，他引：1
河流溶解无机碳含量昼夜变化主要受碳酸盐反向沉积、水生光合利用和脱气作用控制,被水生光合利用的溶解无机碳是岩溶碳汇的组成部分,脱气作用比例的大小是影响碳汇稳定性的决定因素。本文以漓江中游省里—冠岩之间15 km长河段为研究对象,开展昼夜高分辨率水化学自动化监测与高频取样,分析水生植物光合作用利用HCO3-1及相关钙沉降过程。结果表明,监测河段水生光合利用的无机碳转化通量为859 kgC?d-1,单位流程光合作用溶解无机碳转化量和钙沉降量分别为2.06 t?（d?km）-1和0.78 t?（d?km）-1。光合作用与钙沉降消耗DIC约占总转化量的70 %,以光合有机碳和CaCO3形式储存于河床,成为岩溶碳汇组成部分。无机碳转化量约占输入DIC总量的6.0 %（其中1.7%以CO2形式返回大气）,说明夏季低水位期间强烈的水生植物光合利用溶解无机碳,可有效遏制白天水气界面CO2脱气过程发生,低脱气比例证实漓江水体的溶解无机碳还是比较稳定的。 相似文献
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水生植物对岩溶水化学日变化的影响——以桂林岩溶水文地质试验场为例 总被引：8，自引：3，他引：5
以桂林岩溶水文地质试验场为研究点,以研究水生植物对岩溶水化学日变化的影响为目的,着重研究水葫芦和水藻对岩溶水的pH、电导率、溶解氧含量、方解石饱和指数以及CO2 分压日变化的影响。试验结果表明: 在不同水生植物生长的岩溶水中,水化学的日动态变化规律是不同的。在水藻生长的水池出水口处,水的pH、电导、溶解氧含量、饱和指数以及CO2 分压所受的影响主要以水生植物的光合作用为主;而在有水葫芦生长的岩溶水中,水生植物的光合作用影响降低,而温度和根呼吸作用的影响增强。在以桂林岩溶水文地质试验场S31号泉水池出水口堰板处和堰板下游约3m 处为监测点试验时,试验结果表明其水生植物的影响占70%以上,强于温度作用的影响。 相似文献
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利用水化学方法识别岩溶水文系统中的径流 总被引：2，自引：0，他引：2
通过暴雨中的野外观测,确认了桂林丫吉试验场S31泉岩溶水文系统中多种径流形式：表层岩溶带管道流、回归流、坡面流和壤中流。现场测量发现不同形式径流的水化学特征(pH、电导率、Ca2+、HCO-3)存在差异,Ca2+的质量浓度相差最大可以达到3倍。从CaCO3-H2O-CO2平衡体系来看,CO2分压（pCO2）对径流的水化学特征具有控制作用。在大气pCO2影响下的岩溶水矿化度较低,而土壤空气pCO2达到2.7%,是大气的近百倍,其影响的径流矿化度较高。鉴于大气中和土壤中pCO2的显著差异,从水化学特征上将径流分为2类,并且认为它们构成了系统出口洪水的2个主要来源。在此基础上利用水化学方法计算出S31岩溶泉洪水时的径流构成。结果表明,在暴雨的情形,由大气pCO2环境产生形成的岩溶水的比例占到泉水总量的70%,进一步证明了快速流在岩溶水中的重要作用。 相似文献
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岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2~3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。 相似文献
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云南白水台钙华池出入口水化学和δ13CDIC昼夜变化的影响因素及水生光合作用影响比例的计算 总被引：4，自引：4，他引：0
钙华是岩溶区常见的次生化学沉积物,也是陆地气候环境信息的高分辨率载体之一。它的形成常常与水生植物有关,后者的新陈代谢过程可能会改变水中溶解无机碳(DIC)的同位素组成,进而影响钙华的碳同位素值。然而在古环境重建中,水生植物引起微环境变化所造成的影响常常被研究者忽视。本研究选取了白水台两个具有丰富沉水植物的钙华水池,对水池入口、出口的水化学和DIC的碳同位素组成(δ13CDIC)进行了高分辨率的昼夜观测和取样分析。结果显示,在低浓度DIC水体（S1-3）补给水池时,水池出口与入口之间的δ13CDIC的变化很小,主要反映的是出口δ13CDIC继承入口δ13CDIC,反映了滞后效应对水体δ13CDIC的控制;而在高浓度DIC水体（S1-1）补给水池时,水池出口与入口之间的δ13CDIC的变化主要受脱气作用控制。通过对水生光合作用影响比例的计算发现,由于库效应的存在,水生植物的光合作用对δ13CDIC的影响很小。 相似文献
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He Haibo Liu Zaihua Chen Chongying Wei Yu Bao Qian Sun Hailong Hu Yundi Yan Hao 《中国地球化学学报》2019,38(5):613-626
Biological carbon pumping (BCP) is a key process in which dissolved inorganic carbon in terrestrial aquatic ecosystems is utilized by aquatic autotrophs for photosynthesis and transformed into autochthonous organic matter (AOC). However, the mechanisms underlying BCP and the amount of generated AOC deposited effectively, are still poorly understood. Therefore, we conducted a systematic study combining modern hydrochemical monitoring and a sediment trap experiment in Fuxian Lake (Yunnan, SW China), the second-deepest plateau, oligotrophic freshwater lake in China. Temperature, pH, EC (electrical conductivity), DO (dissolved O2), [HCO3−], [Ca2+], SIc, partial CO2 (pCO2) pressure, and carbon isotopic compositions of HCO3− (δ13CDIC) in water from Fuxian Lake all displayed distinct seasonal and vertical variations. This was especially apparent in an inverse correlation between pCO2 and DO, indicating that variations of hydrochemistry in the lake water were mainly controlled by the metabolism of the aquatic phototrophs. Furthermore, the lowest C/N ratios and highest δ13Corg were recorded in the trap sediments. Analyses of the C/N ratio demonstrated that the proportions of AOC ranged from 30% to 100% of all OC, indicating that AOC was an important contributor to sedimentary organic matter (OC). It was calculated that the AOC flux in Fuxian Lake was 20.43 t C km−2 in 2017. Therefore, AOC produced by carbonate weathering and aquatic photosynthesis could potentially be a significant carbon sink and may have an important contribution to solving the lack of carbon sinks in the global carbon cycle.
相似文献17.
The role of CO2 in karst has been of interest for decades, and emphasized by IGCP 379, International Geoscience Programme, UNESCO started in 1995. There are still open questions about the dynamics of carbon in karst systems, particularly the flux of carbon between the surface and subsurface and between different components in the karst subsurface. This research report focuses on the variations of hydrochemistry and PCO2 (partial pressures of carbon dioxide) in subtropical karst groundwater, using high-resolution auto-monitoring hydrochemical data (15-min intervals). The aim of this study was to understand how hydrochemistry and PCO2 in karst systems respond to recharge over different time scales and what the controlling factors are. An auto-monitoring hydrochemistry station was installed about 300 m upstream from the exit in the active stream channel of Xueyu Cave, a typical subtropical karst cave. Four years of high-resolution continuous pH, specific conductivity (Spc), temperature and water-level data were collected. A thermodynamic model was used to link the continuous data to monthly water quality data, allowing the calculation of CO2 partial pressures and calcite saturation (SIc) levels on a continuous basis. Seasonal, diurnal and storm-scale variations were captured in the hydrochemistry and calculated PCO2 records, indicating that the cave stream is a dynamic and variable system. Seasonal features (higher specific conductivity and lower pH in summer; lower specific conductivity and higher pH in winter) tend to covary with temperature which influences the production of CO2 in soils, thus being the driving force for the variations (the soil CO2 effect). Due to the buffer effect of a thick vadose zone and large void cave space, diurnal variations are not obvious compared with epikarst springs in SW China. Storm-scale fluctuations due to storm events occur during the summer rainy season. Piston flow effects, dilution and soil CO2 effects determine the variations in different storm events. At the beginning of the rains, the piston effect drives the variations, characterized by increase in Spc, SIc and pH in the cave stream and decrease in PCO2. With heavy rainfall, decrease in Spc shows control by the dilution effect, while decrease in SIc and pH and increase in PCO2 indicates the greater influence of soil CO2. These results imply that the soil and cave voids are important factors influencing the hydrochemical evolution of karst groundwater. Future works need to use such high-resolution technology widely for tracing the PCO2 and hydrochemical variations in different karst aquifers. 相似文献