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河流是连接陆地和海洋两大碳库的“重要管道”和“生物反应器”,深入理解河流碳循环过程并建立河流碳循环模型是估算区域尺度河流碳通量的重要手段。当前,对河流碳循环模型构建与应用的探讨还较为缺乏。通过文献调研对河流碳循环机理和已有模型研究进行回顾和总结,首先归纳了河流中颗粒有机碳、溶解有机碳和溶解无机碳的主要来源及相关迁移转化过程,然后对经验统计和机理过程两大类河流碳循环模型的模拟方法、应用现状和优缺点进行了综述。经验统计模型采用统计或机器学习方法建立河流碳通量与环境因子的关系,建模较为简单,但普适性和外推性较差;机理过程模型在陆面模式或水文模型中耦合河流碳循环相关过程,物理性和可靠性较强,但较为复杂。不同模型的侧重点和对河流碳循环过程的表达各不相同,适用场景也不相同。河流碳循环模拟研究目前尚处于起步阶段,现有模型对陆地和水体碳循环过程以及人类活动影响的表达普遍不足,无法准确模拟和预测河流碳循环过程的长期变化。今后应加强对河流碳循环过程的观测,提高对陆地和水体碳循环机理的认识,进而完善其在模型中的表达,提高河流碳循环模拟的精度,为中国实现“双碳”目标提供科学支撑。 相似文献
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湖泊的水情变化会影响其与地下水之间的物理水文过程和生态行为,鄱阳湖独特的“河湖相”转换特征使得该地区地表-地下水交换过程更加复杂。采用Visual MODFLOW构建三维非稳定流地下水流数值模型,利用LAK3子程序模块,通过输入五河入湖以及鄱阳湖流入长江的水量,实现湖水面积的动态模拟。结果表明,2019年湖水位模拟值与实测值的均方根误差为0.225 m,地下水水位模拟值与实测值的均方根误差为0.571 m;模型模拟鄱阳湖水面积环比变幅-41%～83%,与遥感影像结论吻合。该模型减少了湖泊作为边界条件的约束,可以有效刻画鄱阳湖频繁变化的湖水位和水体面积,准确模拟地下水流场和地表-地下水相互作用关系对湖泊水体高度动态变化的响应。枯水期主要由地下水补给湖水,交换量为2.03×107～10.58×107 m3/mon;丰水期湖水补给地下水,交换量为2.04×107～16.53×107 m3/mon,湖区及周边地下水水位相比枯水期平均抬升2～3 m,地下水由湖区流向周边地区。本研究为地表水体剧烈变化地区提供了有效的数值模拟方法,研究结果可为鄱阳湖平原区未来水资源管理和环境评价提供基础。 相似文献
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河流碳通量与陆地侵蚀研究 总被引：29，自引：2，他引：29
河流碳通量系陆地侵蚀产物，它构成全球碳循环的一个重要环节。河流碳通量在数量上远小于全球碳循环的其他环节，但由于与陆地生态系统联系密切，故对它的研究尤为重要。全球每年河流碳通量约为1GtC（109t碳），其中约60％为无机碳、40％为有机碳。溶解态有机碳和颗粒状有机碳主要来源于土壤侵蚀，另有一部分有机碳来源于河湖中的浮游植物；溶解态无机碳主要源于大气中CO2和碳酸盐；颗粒无机碳主要指未溶解的碳酸盐。亚洲季风区河流对全球河流碳通量具有较大贡献，而对其研究程度较低。河流碳通量研究既可为流域治理提供基础资料，也是进一步了解人为CO2“未知汇”的途径之一。 相似文献
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太湖东部湖湾水生植物生长区底泥氮磷污染特征 总被引：6，自引：0，他引：6
为了解太湖东部湖湾(贡湖湾、光福湾、渔洋湾)表层底泥中氮、磷的污染特征及其与水生植物生长的关系,采集了各湖湾滨岸带水生植物生长区的表层底泥,探讨了水生植物的生长与分布对表层底泥中总氮(TN)、总磷(TP)及总有机碳(TOC)等含量的影响,并对表层底泥进行营养评价.结果表明,水生植物生长密集区底泥中TN、TP、TOC的含量均显著低于水生植物零星生长区,说明水生植物的生长对太湖东部湖湾表层底泥中营养盐与有机碳含量具有较为明显的影响;相关性分析显示,表层底泥中TOC与TN含量呈显著相关性(R2=0.832 8),而与TP的相关性则较弱(R2=0.166 5),反映了TOC在湖泊底泥中的沉积可能成为湖泊氮的重要来源,而对磷的影响较小.利用有机指数与有机氮指数两种方法分别对东部各湖湾底泥进行污染评价,贡湖湾、光福湾、渔洋湾底泥有机指数平均值分别为0.142 7、0.228 6与0.208 6,均属较清洁与尚清洁水平,而各湖湾有机氮指数平均值均为Ⅲ与Ⅳ级,说明底泥已遭受了一定程度的氮污染.因此,对水生植物零星生长区表层底泥中氮含量的控制与削减有利于湖泊富营养化的预防与治理. 相似文献
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内陆水体是全球碳循环的重要参与者,在调节气候变化方面发挥着关键作用。内陆水体初级生产力指内陆水体(包括湖泊、水库、河流和湿地)中初级生产者(包括浮游藻类植物和挺水、浮水、潜水大型植物)单位时间、单位面积上由光合作用产生的有机物质总量,其大小反映了系统有机碳库和无机碳库之间的定量联系。评估内陆水体初级生产力不仅能帮助解析初级生产者光合作用碳固存机理,也有助于量化内陆水体碳吸收量,进而探知不同区域生态环境差异,揭示内陆水体在全球生态系统碳循环中的重要性。内陆水体初级生产力估算方法较多,包括黑白瓶法、垂向归纳模型法和13C法等,各方法都有其适用范围和局限性,对这些方法的不合理使用制约着对内陆水体初级生产力的变异性及其驱动机制的揭示。通过归纳整理近年来国内外内陆水体初级生产力估算方法,对各个方法的机理、优缺点和适用性进行对比和总结,并着重介绍2种新兴的基于溶解氧浓度或氧同位素的方法(即diel O2技术和18/16O技术),进而为深入开展内陆水体新陈代谢、生产力及养分循环方面研究提供重要技术支撑。 相似文献
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分布式采集了玄武湖底长期暴露的底泥,分析了底泥营养物的分层分布及其理化特性对湖泊水质的影响强度。通过动态换水试验,研究了复水过程中暴露底泥营养盐的释放过程和上覆水总磷、总氮浓度变化对水土界面物质交换的作用关系以及对水体富营养化程度的影响机制。实验及模拟表明:由于湖泥表层长期暴露,有机及结合态营养盐降解为无机态营养盐,即使复水过程中使用清水,但由于干涸湖床沉积物总磷T-P、总氮T-N的垂直分布,也将严重导致内源营养盐释放总量持续增加,在相对长时间内,上覆水总磷浓度仍维持在较高(01mg/L)水平。研究成果为实施生态修复,治理复水后湖体富营养化提供了理论和实验依据。 相似文献
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利用室内外实验和数学模型对波浪和湖流共同作用下太湖水体悬浮物输运过程进行了研究.结果表明:当太湖日平均风速在2~8m/s时,水体悬浮物再悬浮通量与平均风速符合正相关关系;太湖悬浮物沉降属于絮凝沉降.悬浮物浓度较低时,其沉降速率与浓度无明显的相关关系;而浓度较高时,沉降速率随浓度升高而增大.悬浮物浓度和沉降速率符合Logistic函数;将太湖湖流模型和波浪模型耦合,有效地反映了太湖的水动力过程;在太湖悬浮物模型中,引入底泥起悬条件,将底泥的起悬量与沉降量分开处理,有效地模拟了太湖悬浮物的输运过程.模拟结果表明太湖悬浮物沿岸区域受湖流的影响较大,湖心区域受波浪影响较大. 相似文献
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大岗山水电站地下厂房区初始地应力场Nelder-Mead优化反演研究 总被引：12，自引：1，他引：11
初始地应力是大型地下洞室群设计与施工所要考虑的重要因素之一。结合大岗山水电站工程地质条件以及实测地应力资料,分析了地下厂房区初始地应力的影响因素,建立了基于侧压力系数的三维地应力反演模型,提出Nelder-Mead法与有限元联合反演法,将有限元程序作为一个单独模块嵌入到Nelder-Mead算法程序中,对建立的地质概化模型进行计算,以实测点地应力值与计算应力值建立精确罚函数误差模型,进行优化逼近分析。通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较,从而获得地下厂房区初始地应力场较为合理的分布规律,为水电站开挖模拟及长期稳定性分析提供了合理的初始条件。 相似文献
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武汉主要湖泊重金属污染的特点研究 总被引：1，自引：0，他引：1
对武汉主要类型湖泊环境的金属污染现状,进行了地球化学调查。探讨了重金属污染元素在湖泊环境体系各要素(水体、底泥、生物)间的地球化学行为——重金属污染元素在湖泊水体、底泥中的分布特点,指出重金属污染元素在湖泊底泥中,主要以铁锰氧化物相和有机相形式存在。水生植物藕带对重金属元素的吸收富集具有选择性。 相似文献
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在夏季分层期间对红枫湖南、北湖湖心的水样进行分层采集,同时测定了分层水样的温度、pH、HCO3-浓度、溶解氧(DO)、叶绿素a(Chl-a)及铵根离子(NH4+)、硝酸根离子(NO3-)、磷酸根离子(PO43-)的浓度,水体中CO2的分压(pCO2)由化学平衡及亨利定律求得。研究结果表明:光合作用、有机质降解及水体热分层是影响红枫湖夏季pCO2分布的主要因素。其中,温水层CO2欠饱和是光合作用吸收CO2引起的,温跃层中pCO2的急剧增加是光合产物降解产生CO2引起的。静水层沉积物附近pCO2最高并且还有持续增加的趋势,说明沉积物中有机质降解是静水层中CO2增加的主要原因,夏季湖底水温较高加快了沉积物中有机质的降解。分层现象使pCO2在水体中的分布差别明显,并且使静水层中CO2得到积累。此外,夏季红枫湖水体中pCO2的变化与NH4+、PO43-的变化密不可分,表现为温水层中光合作用消耗NH4+、PO43-,有机质降解过程伴随NH4+、PO43-的释放。 相似文献
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目前约25%化石燃料来源的CO2被海洋吸收,缓解了人类活动对气候变化的影响。海洋通过多个概念的碳泵将大气中的CO2输送到深海。深海高压和低温的特点有利于CO2溶解,目前已经储存了相当于大气含量50倍的无机碳,另外,深海沉积物中还储存有大量甲烷水合物。认识深海中的碳循环过程,对于保护海洋固碳能力、开发固碳潜力有重要意义。总结了国内外在海洋碳库、碳输送研究方面的进展,重点讨论了深海C元素转化循环的过程以及高压对生命活动的影响。微生物驱动了深海碳循环,大部分浮游植物所包含的有机碳在沉降过程中被微生物矿化成CO2以及转化为难降解的有机碳,使深海成为巨大的、长周转时间的有机碳库; 高压能提高古菌甲烷厌氧氧化的活性,提升屏蔽海底甲烷释放的能力,同时,高压下氧化甲烷的过程中不仅产生碳酸氢盐,还产生可支持异养生物的乙酸,因此,全球甲烷厌氧氧化的通量可能被低估; 高压下细胞代谢额外产生的氨,可作为氨氧化古菌固定无机碳的潜在能量来源。总之,研究现在以及未来的人类活动对深海碳循环过程的影响以及环境效应,评估应用深海作为地球工程技术平台封存CO2的可能性,都迫切需要加深对碳循环在内的深海元素循环的认识。 相似文献
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以岩溶湖泊——红枫湖的微藻为研究对象,通过添加两种标记稳定碳同位素组成的无机碳进行室内模拟岩溶环境条件;并通过添加不同浓度的乙酰唑胺（AZ）,来模拟岩溶湖泊中碳酸酐酶胞外酶活性差异的各类微藻。重点监测微藻蛋白质含量及其稳定碳同位素组成变化等指标,计算其对不同来源无机碳的吸收利用份额,并结合微藻的生物量生长指标,最终计算出碳酸酐酶胞外酶活性差异的各种微藻的碳汇能力。结果显示:在岩溶湖泊的自然水体中,碳酸酐酶胞外酶活性强的微藻碳汇能力是缺乏碳酸酐酶胞外酶的微藻碳汇能力的5倍。碳酸酐酶胞外酶对微藻光合碳汇能力的影响显著。 相似文献
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在对皖北任楼矿煤系含水层地下水常规离子和稀土元素组成分析的基础上,运用Visual Minteq软件对溶解态稀土的无机形态进行了模拟。结果表明:煤系含水层地下水分为富SO42-和富HCO3-(或富CO32-)两类,二者pH值大致以8.20/8.36为界。富SO42-水具有相对富HCO3-水偏低的稀土总量,但二者在PAAS(后太古代平均页岩)标准化图解上均表现为轻稀土亏损的型式。富SO42-水中稀土无机形态包括Ln3+、LnCO3+、LnSO4+、Ln(CO3)2-和Ln(SO4)2-(Ln代表稀土元素),但富HCO3-水中以Ln(CO3)2-和LnCO3+为主,且各形态的相对含量与pH值和元素类型(如轻、重稀土)关系密切。HCO3-含量与地下水∑REE和/NdSN/YbSN存在明显的相关性,表明不同含量的稀土元素无机形态(尤其是Ln(CO3)2-)对地下水中稀土元素总量和轻重稀土分异程度存在影响。 相似文献
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注入性是关系CO2地质储存成功与否的一个关键的技术和经济问题, 评价与提高CO2在中国陆相沉积盆地普遍存在的低渗储层中的注入能力对于碳捕集与封存技术在中国的应用与推广具有重要意义.以江汉盆地江陵凹陷为例, 通过数值模拟的方法开展高盐低渗储层CO2注入能力评估与提高方案研究.结果表明: 预注入淡水和低盐度的微咸水溶液均可不同程度地缓解注入井周围的盐沉淀问题; 预注入CO2饱和溶液或稀盐酸溶液, 可显著提高注入井周围的孔渗值, 提高CO2注入性, 但由于储层本身的低渗性, 迁移距离有限, 短时间内较难实现CO2注入速率的大幅度提高.采取水力压裂措施可显著提高低渗储层中CO2的注入性, 其提升能力取决于压裂裂缝的半长度以及压裂程度.对于单个垂直井, 通过水力压裂对储层加以改造, 并采取多层注入的方式, 在低渗储层中实现数十万吨的年注入量是可能的. 相似文献
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在环形水槽内模拟了太湖底泥的起动规律,分析了太湖底泥运动的不同状态,以及上覆水中总磷(TP)浓度随流速的变化关系,实验得出的太湖底泥在3种起动标准下对应的起动流速分别为35、45和60cm/s,并观察到上覆水中TP浓度在3种不同起动流速处出现了较大的跳跃;然后利用泥沙起动的理论模型计算了太湖底泥在3种不同起动标准(个别动、少量动、普遍动)下的起动流速和起动切应力,其值分别为37.9、46.7、59.8cm/s和0.428、0.636、1.042N/m2。两种方法得到的起动流速值比较接近,基本上反映了太湖底泥起动的实际状况。 相似文献
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对取自赣南地区10个温泉的地热气体进行了气体化学成分及氦、碳、氖同位素组成的分析。该区地热气体可分为CO2型和N2型两种类型。CO2型地热气体分布在赣南东南部地区,主要成分是CO2,占总体积96.47%以上,二氧化碳气体的δ13C值为 -5.50‰～-3.49‰（PDB）,平均为 -4.66‰,为幔源无机成因,其氦同位素组成为1.36～2.27 Ra,具有明显的幔源成因特征,最高约有28.2%的氦源于地幔,其N2-Ar-He关系研究表明,该型地热气体中的氮源于地幔-地壳-大气混合成因。研究揭示该区CO2型地热气体属幔源无机成因气,是地幔脱气作用的产物。N2型地热气体分布在赣南西部地区,N2含量占91.04%以上,其中二氧化碳气体的δ13C值为 -23.7‰～-12.6‰,平均为 -17.82‰,为壳源有机成因,其氦同位素组成为0.06～0.13 Ra,具有明显的壳源放射性成因特征,3He/4He 与 4He/20Ne关系和He-Ar-N2关系研究表明,N2型温泉气主要来源于大气,并有壳源气体的贡献。 相似文献
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文章选择青藏高原腹地可可西里边缘地区古湖泊为研究对象,通过对湖泊沉积物有机碳、氮和粒度等分析,对中更新世以来BDQ06孔湖泊沉积物有机碳同位素的波动特征及其影响因素进行了分析。结果表明:湖泊沉积物有机质以湖泊自生植物为主,有机碳同位素的大小主要指示挺水植物与沉水植物的比例,进而指示湖泊水体大小的变化。沉积物C/N值较低时;碳同位素偏重阶段,湖泊沉积物以沉水植物为主,植物主要利用水中溶解的CO2进行光合作用,因此有机碳同位素偏正,指示湖泊水体较大,环境条件较好;碳同位素偏负阶段,湖泊沉积物以挺水植物和浮游生物为主,植物主要利用大气中CO2作为碳源,类似于C3植物,碳同位素偏轻,指示湖泊水体较小,气候偏干。其中在岩芯的部分层位有机碳δ13C曲线出现几个明显偏低的位置,对应的C/N>10,说明此时段有大量陆源高等植物进入湖泊,并不是由挺水植物和浮游植物所造成的。 相似文献
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Huang Sijing Li Xiaoning Wu Wenhui Zhang Meng Hu Zuowei Liu Sibing Huang Keke Zhong Yijiang 《地球科学进展》2015,30(11):1185-1197
Carbon isotopic composition of marine carbonates is a record for various important geological events in the process of earth development and evolution. The carbonates of Carboniferous, Permian and Triassic, as the transition from Paleozoic to Mesozoic-Cenozoic have very high 13C value. Taking this as the main point, and combined with the oxygen, strontium isotopic composition in carbonates, distribution of carbonate basin area through geologic time, the correlation of carbon isotopic composition of marine carbonates to sea level change, organic carbon burial flux, exchange of CO2 content in atmosphere and ocean, and long cycle evolution of the earth ecosystems were approached. The results are shown as follows: ①The interval of 13C >3‰ during Phanerozoic was concentrated in Carboniferous, Permian and the beginning of Triassic, but the beginning of Triassic was characterized by higher frequency and larger fluctuations in 13C value during a short time, whereas the Carboniferous-Permian presented a continuously stable high 13C value, indicating a larger amount of organic carbon accumulation in this time interval. Relatively high 18O values during this time was also observed, showing a long time of glaciations and cold climate, which suggest a connection among rapid organic carbon burial, cold climate, as well as pCO2 and pO2 states of atmosphere. ②The over consumption of atmosphere CO2 by green plants during the time with high 13C of seawater forced CO2 being transferred from ocean to atmosphere for the balance, but the decrease in the seawater amount and water column pressure caused by the global cooling could weaken dissolution capacity of CO2 in seawater and carbon storage of marine carbonates, and also reduce the carbonate sedimentary rate and decrease the carbonate basin area globally from Devonian to Carboniferous and Permian. During the middle-late Permian carbonate was widely replaced by siliceous sediments even though in shallow carbonate platform, which resulted in the decrease of marine invertebrates, suggesting the Permian chert event should be global. ③The Phanerozoic 87Sr/86Sr trend of seawater showed a sharp fall in Permian and drop to a minimum at the end of the Permian, indicting input of strontium from the submarine hydrothermal systems (mantle flux). Such process should accompany with a supplement of CO2 from deep earth to atmosphere and ocean system, but the process associated with widespread volcanism and rises of earth’s surface temperature pricked up the mass extinction during the time of end Permian. ④Cold climate and increase of continental icecap volume, the amalgamation of northern Africa and Laurentia continentals were the main reasons responsible for the sea level drop, but the water consumption result from the significantly increased accumulation of organic carbon should also be one of the reasons for the sea level drop on the order of tens of meters. ⑤The mass extinction at the end Permian was an inevitable event in the process of earth system adjustment. It was difficult for marine invertebrates to survive because of the continuously rapid burial of organic carbon, and of the decrease of sea water amount and its dissolution ability to CO2. At last, at the end of Paleozoic, the supplement of CO2 to atmosphere and ocean by widely magma activities resulted in a high temperature of earth surface and intensified mass extinction. 相似文献