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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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碳酸盐岩风化作用(即岩溶作用)能够吸收大气二氧化碳(CO_2),形成溶解无机碳(DIC,dissolved inorganic carbon),被认为是一种重要的陆地碳汇,其在全球碳收支平衡和未来陆地增汇中可能会有重要贡献。然而,目前对岩溶碳汇的稳定性还存在争议,一些学者认为岩溶地下水出露地表后会发生CO_2脱气,对岩溶碳汇通量估算带来不确定性。本文以广西桂林长流水表层岩溶泉补给的溪流(约2.7km长)为例,利用水化学和同位素质谱仪测试技术,研究了溪水水化学指标和溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))沿流程变化,探讨了溪流CO_2脱气过程、通量及其影响因素,以更好地了解岩溶碳汇的稳定性。结果表明:从泉口向下游,在陡坡地段(C1～C14段,长约270m,坡度约10°),溪水pH值、方解石饱和指数和δ~(13)C_(DIC)沿流程分别升高了0.9、0.9和1.8‰,而CO_2分压、电导率、Ca~(2+)浓度和DIC浓度分别下降了85%、34μS/cm、0.2mmol/L和0.7mmol/L,说明溪水发生了显著的CO_2脱气,并伴随碳酸钙沉淀。而在平缓地段(C18～C26段,长约2.1km,坡度1°),溪水各水化学指标和δ~(13)C_(DIC)变化较小,指示CO_2脱气作用较弱。这些发现表明溪流CO_2脱气受到了地形决定的水动力条件控制。另外,在下游渠段,受支流汇入影响,溪水pH值和方解石饱和指数有所降低,在一定程度上抑制了CO_2脱气。溪流CO_2脱气能够抵消部分岩溶作用固定的大气CO_2量,但是在长流水这一高地势、低流量且有碳酸钙沉积的环境下,其抵消的量也仅占29%。对于在低缓地区受流量很大的岩溶泉/地下河补给的河流,其CO_2脱气作用对岩溶碳汇的影响有限,加之受可能增强的水生光合生物固碳效应影响,岩溶碳汇应具有很高的稳定性。 相似文献
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为研究水生植物光合作用对岩溶碳汇的贡献,选取板寨河水域为研究区,分冬季和夏季测定典型水生植物的生物量以及各采样点水生植物碳同位素组成(δ13 C值),并利用水生植物稳定碳同位素与碳酸酐酶间的关系建立的二端元模型,估算板寨河水生植物光合作用的固碳量。结果发现夏季生物量小于冬季生物量,水生植物的δ13 C值变化在-35.45‰~-24.62‰之间,其中挺水植物的δ13 C值最大,平均为-27.89‰,其次为沉水植物,平均为-29.96‰。浮水植物的δ13 C值最低,平均为-32‰,受流速、CO2浓度、光合途径等影响引起同种水生植物间同位素差异。水域水生植物固定下的HCO-3碳量为19.52tc/(a.km2),其利用HCO-3作为无机碳源进行光合作用的比例平均为47.84%,显示出巨大的固碳潜力,是全球岩溶碳汇的一个重要组成部分。 相似文献
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为研究水生植物光合作用对岩溶碳汇的贡献,选取板寨河水域为研究区,分冬季和夏季测定典型水生植物的生物量以及各采样点水生植物碳同位素组成(δ13 C值),并利用水生植物稳定碳同位素与碳酸酐酶间的关系建立的二端元模型,估算板寨河水生植物光合作用的固碳量。结果发现夏季生物量小于冬季生物量,水生植物的δ13 C值变化在-35.45‰^-24.62‰之间,其中挺水植物的δ13 C值最大,平均为-27.89‰,其次为沉水植物,平均为-29.96‰。浮水植物的δ13 C值最低,平均为-32‰,受流速、CO2浓度、光合途径等影响引起同种水生植物间同位素差异。水域水生植物固定下的HCO-3碳量为19.52tc/(a.km2),其利用HCO-3作为无机碳源进行光合作用的比例平均为47.84%,显示出巨大的固碳潜力,是全球岩溶碳汇的一个重要组成部分。 相似文献
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桂林会仙岩溶湿地典型水生植物δ13C特征与固碳量估算 总被引：4，自引：3，他引：1
为促进目前岩溶碳汇稳定性和速率等科学问题的深入研究,在分析桂林会仙岩溶湿地主要水生植物碳同位素的基础上,利用基于碳酸酐酶活性与植物碳同位素值显著正相关的二端元模型,估算了不同植物利用光合作用固定HCO3-的比例。结果表明,湿地核心区沉水植物光合作用固定HCO3-碳量在4.86~64.73 tC/（a?km2）之间,挺水植物为15.68~453.01 tC/（a?km2）,平均值为76.74 tC/（a?km2）。按平均值计算会仙湿地水生植物光合作用固定HCO3-碳量为4 466.27 tC/a,即在会仙湿地岩溶地下河补给的HCO3-中约47 %被水生植物光合作用固定。水生植物光合作用固碳效果明显,是碳汇研究中不容忽视的一个十分重要的问题。 相似文献
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岩溶地质碳汇的稳定性——以贵州草海地质碳汇为例 总被引：10，自引：0，他引：10
近几年来对岩溶碳汇的争论越来越多, 其关键问题是岩溶作用产生的重碳酸根是否稳定。本文以贵州草海流域为研究区, 基于前人研究基础, 以碳同位素模型计算出岩溶作用产生的DIC((Dissolved Inorganic Carbon溶解无机碳)中58.8%为草海中为水生植物利用, 草海地质碳汇量达588.67 tC/a。以此推算长江中下游湖泊沉水植物每年固碳量370602 tC/a, 长江中下游湖泊中仅沉水植物稳定的地质风化CO2汇量约为75万吨。从而证明岩溶碳汇的相对稳定性和岩溶动力系统新理论的合理性。 相似文献
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亚热带典型岩溶区地表溪流溶解无机碳昼夜变化特征及其影响因素 总被引：8，自引：0，他引：8
岩溶水体溶解无机碳(DIC)的转化过程是评价岩溶碳汇稳定性及效应的重要指标之一,为了解其在岩溶地下水补给的地表溪流中的变化特征和影响因素,于2013年7月8~14日对广西融安县官村地下河水补给的地表溪流进行7昼夜定位连续监测,利用高分辨率自动监测仪器每15分钟测定pH、溶解氧(DO)、水温(T)、电导率(SpC)等参数,人工每2小时采集水样用于测定常规离子和δ~(13)C_(DIC)等指标。结果表明溪流水体T,pH,DO,SpC,DIC(以HCO_3~-表示),Ca~(2+),δ~(13)C_(DIC),方解石饱和指数(SIc)以及水体二氧化碳分压(pCO_2)等水化学指标均表现出明显的昼夜变化过程。SpC,DIC,Ca~(2+)和pCO_2等指标白天降低,夜间升高;T,pH,DO,δ~(13)C_(DIC)和SIc等指标白天升高,夜间降低。SIc变化范围为0.70~0.89,表明溪流中可能发生了碳酸盐的沉积。通过热力学参数计算表明水温(昼夜变化幅度为5.8℃)对水体pCO_2的昼夜变化影响率为27.48%~54.88%。反映水体水生植物新陈代谢过程(光合作用和呼吸作用过程)的水体DO指标和水体δ~(13)C_(DIC)均在白天上升,夜间下降,而δ~(13)C_(DIC)和水体DIC呈明显负相关关系(R~2=0.71),这也证明溪流水体DIC的变化过程受到水生植物新陈代谢过程的影响,白天水生植物以光合作用为主,消耗DIC,释放O_2,水体δ~(13)C_(DIC)上升;晚上以呼吸作用为主,消耗O_2,释放CO_2,增加DIC,水体δ~(13)C_(DIC)下降,其对水体pCO_2的昼夜变化影响率为45.12%~72.52%。通过研究表明溪流溶解无机碳变化过程受到物理因素(太阳辐射和水温等)和生物作用(呼吸作用和光合作用)的共同影响,这为进一步了解岩溶地下水出露地表后溶解无机碳转化过程及岩溶碳汇稳定性评价提供了依据。 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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为了解岩溶区控制溪流中溶解无机碳(DIC)和NO_3~-昼夜变化的生物地球化学过程以及DIC和NO_3~-日变化量,于2014-07-22~2014-07-24期间,在广西壮族自治区融安县官村溪流中包括地下河出口(CK)和下游雷崖村(LY)设置两个监测点同时对水体物理化学参数以及C、N同位素(δ~(13) CDIC、δ~(15) N-NO_3~-和δ~(18) O-NO_3~-)展开了为期2d的高分辨率昼夜监测采样工作。结果发现CK点各物理化学参数没有表现出昼夜变化,但是LY点Ca2+、DIC以及PCO2表现出明显的昼夜变化规律,即白天下降夜间上升且与DO和pH表现出明显的负相关关系。相对于CK点,在白天水生光合生物光合作用导致LY点DIC下降的同时δ~(13) CDIC上升,而在夜间呼吸作用导致LY点DIC上升的同时δ~(13) CDIC下降且部分时间段要低于CK点δ~(13) CDIC值。溪流中的NH4+在监测期间基本上都在下降而NO_3~-离子在夜间和上午时间段都在上升,δ~(15) N-NO_3~-却表现出下降的趋势,且比较接近δ~(15) N-NO_3~-初始值,而NO_3~-离子在下午时间段出现下降的趋势。结果表明溪流中DIC昼夜变化主要受到水生植物的光合作用和呼吸作用控制,且通过质量平衡方程计算得知溪流中由于光合作用吸收无机碳而转为有机碳的量为0.94kgC/d,这部分有机碳可以形成相对长期稳定的自然C汇。溪流在夜间和上午时间段发生了N的硝化作用,增长量为2.08kgN/d,但在下午时间段(12:00~18:00)发生了N的同化作用,损失量为0.42kgN/d。溪流输出的NO_3~--N的量为1.66kgN/d,表明在富碳、富钙的岩溶溪流中,有利于水生光合生物的生长,促进N的同化作用的发生,从而减少溪流输出NO_3~--N的量,说明岩溶区溪流N的生物地球化学过程可能在昼夜尺度上改变水质。 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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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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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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中国岩溶碳汇潜力研究 总被引：17，自引：0，他引：17
为了应对全球环境变化,中国地质科学院岩溶地质研究所等单位在地质调查项目的资助下,在中国典型岩溶流域开展了岩溶碳汇调查,建立了岩溶碳汇观测网站,深化了岩溶碳汇过程、影响因素和形成机理研究,发现了岩溶区外源水、土地合理利用、植被恢复和水生光合作用等增加岩溶碳汇的途径,取得了大量的科技创新进展。在调查研究的基础上,将我国岩溶区划分为南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区4种类型区,利用GIS技术计算各区的岩溶面积和岩溶碳汇量,获得中国岩溶碳汇总量为3699.1万tCO2/a,这是我国344万km2岩溶区碳水钙无机循环产生的大气CO2汇。该项研究进展在2011年的《Science》通讯报道中获得高度评价。 相似文献
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It is recognized that karst processes are actively involved in the current global carbon cycle based on twenty years research, and the carbon sink occurred in karst processes is possibly an important part of “missing sink” in global carbon cycle. In this paper, an overview is given on karst carbon cycle research, and influence factors, formed carbon pools (background carbon sink) and sink increase potentials of current karst carbon cycle are analyzed. Carbonate weathering could contribute to the imbalance item (BIM) and land use change item (ELUC) in the global carbon cycle model, owing to its uptake of both atmospheric CO2 (carbon sink effect) and CO2 produced by soil respiration (carbon source reduction effect). Karst carbon sink includes inorganic carbon sink resulted from hydrogeochemical process and organic carbon sink generated by aquatic photosynthetic DIC conversion, forming relatively stable river (reservoir) water body or sediment carbon sink. The sizes of both sinks are controlled by terrestrial ecosystems and aquatic ecosystems, respectively. Desertification rehabilitation and carbon sequestration by aquatic plants are two effective ways to increase the carbon sink in karst area. It is estimated that the rate of carbon sink is at least 381 000 t CO2/a with vegetation restoration and afforestation in southwest China karst area, while the annual organic carbon sink generated by aquatic photosynthesis is about 84 200 t C in the Pearl River Basin. The development of a soil CO2 based model for assessment of regional dissolution intensity will help to improve the estimation accuracy of carbon sink increase and potential, thus provide a more clear and efficient karst sink increase scheme and pathway to achieve the goals of “double carbon”. With the deep investigation on karst carbon cycle, mechanism and carbon sink effect, and the improvement of watershed carbon sink measurement methods and regional sink increase evaluation approaches. Karst carbon sink is expected to be included in the list of atmospheric CO2 sources/sinks of the global carbon budget in the near future. 相似文献
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The photosynthetic conversion of dissolved inorganic carbon (DIC) into organic carbon (OC) by using aquatic phototrophs in rivers may serve as a potential carbon sink, especially in the carbonate rock areas, thereby offering a clue for finding the missing carbon sink. However, primary-produced autochthonous OC is erroneously considered as terrestrial-derived allochthonous OC. Thus, carbonate weathering-related carbon sink is underestimated if only DIC concentrations sampled at river mouths are considered, and the transformation of DIC to autochthonous OC is neglected. Therefore, distinguishing sources of autochthonous and allochthonous OC is vital in the assessment of carbon sink. In this study, source-specific biomarkers, in association with chemical compositions and phytoplankton proxies in water samples collected from the Pearl River, were analyzed to determine OC sources. Results showed that biomarkers in the Pearl River were quite abundant, and the calculated average autochthonous OC was approximately 65% of the total OC, indicating intense in-river primary productivity. Moreover, phytoplankton biomass and DIC concentration were positively related, indicating the DIC fertilization effect on aquatic photosynthesis. High total suspended solid (TSS) on the water surface blocked the sunlight and then reduced phytoplankton production. However, in situ photosynthesis of phytoplankton could also produce autochthonous OC, even larger than the allochthonous source at sites with high DIC, and even with higher TSS concentrations. These findings comprehensively elucidated the formation of autochthonous OC based on the coupling action of rock weathering and photosynthetic activity in the riverine system, suggesting a potential direction for finding the missing carbon sink. 相似文献
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小型山区河流系统具有流域面积小、响应时间短、人类活动的水化学影响易识别等特点,是研究生物地球化学过程的理想场所.本文以桂林潮田河为例,通过高分辨率监测与高频取样,研究水化学昼夜动态变化,无机碳移除及其生物地球化学控制机理.受水生光合作用与钙沉积作用的控制,河水pH、DO、SpC、HCO–3和Ca2+离子产生显著的昼夜动态变化,这些水化学指标昼夜变幅大小又与河床基质和水生植物类型有关.砾石类河床藻类发育的鸟岭桥河段Ca2+和HCO3-含量白天下降幅度平均值分别为12％和11％,泥质类河床沉水植物发育的两河沟河段为10.6％和8.9％.DO浓度与pH值主要受局地河流内部过程控制,即水生植物或藻类光合作用控制,而电导率受上游传输影响较大,滞后时间与两点之间信号平流传输时间相关.监测河段水体因光合作用产生的钙沉降与溶解无机碳移除量分别为302 kg/d和997 kg/d,即188.75 g/m/d和623.13 g/m/d,是西南亚热带典型地下河出口河流的4～5倍,小型岩溶河流沿流程发生的无机碳向有机碳转化,对水体碳通量而言,是真正意义上的自然碳汇过程. 相似文献