表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例
- 格式:docx
- 大小:44.35 KB
- 文档页数:10
重庆金佛山岩溶区不同植被条件下土壤-植被系统CO_2浓度日变化李林立;况明生;张远瞩;蒋勇军;沈立成;李元庆【期刊名称】《农村生态环境》【年(卷),期】2005(21)3【摘要】对重庆金佛山典型岩溶区林地、裸地表层岩溶生态系统CO2浓度进行短时间尺度变化的野外观测结果表明,林地与裸地不同深处土温变化幅度由地表向土壤深部逐步降低,裸地地表温度和不同深度土温波动幅度均较林地大。
林地与裸地各层次土壤CO2浓度变化与土温呈较好的相关关系。
林地各层土壤CO2浓度波动微弱,变幅小于裸地。
林地与裸地土层中CO2浓度随土层深度增加而增高。
植被各层的温度和温度变化幅度从大到小依次为林层、灌层和草层。
林层温度最大值滞后于气温约3h。
【总页数】4页(P67-70)【关键词】表层岩溶生态系统;CO2;温度;短尺度【作者】李林立;况明生;张远瞩;蒋勇军;沈立成;李元庆【作者单位】西南师范大学资源环境科学学院【正文语种】中文【中图分类】X16【相关文献】1.重庆岩溶区土壤-植被生态系统探讨 [J], 王春晓;谢世友;王建锋;楚玉春2.重庆金佛山岩溶区不同植被条件下土壤-植被系统CO2浓度日变化 [J], 李林立;况明生;张远瞩;蒋勇军;沈立成;李元庆3.干旱-半干旱地区不同植被条件下土壤含水量变化及植被建设途径分析 [J], 李玲芬;延军平;刘冬梅;陈锋;丁金梅4.黄土区不同植被类型条件下土壤分离速率变化特征及其影响因素 [J], 蒋平海;周正朝;李静;葛芳红5.重庆金佛山岩溶区表层岩溶生态系统CO_2浓度分析 [J], 李林立;高波;蒋勇军;况明生;谢世友;刘玉;张远瞩因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
垂直气候带岩溶动力系统特征研究-以重庆金佛山国家级自然保护区为例垂直气候带岩溶动力系统特征研究-以重庆金佛山国家级自然保护区为例利用CTDP300多参数自动记录仪对重庆金佛山国家级自然保护区碧潭泉和水房泉的降雨量、水位、水温、pH值、电导率进行了监测.结果表明,不同海拔高度的表层岩溶泉水化学对环境变化十分敏感,且具不同的表现形式,气温和土壤CO2浓度是引起水化学动态变化的两个重要因子.位于海拔较低的碧潭泉气温,土壤CO2浓度相对较高,岩溶作用也相对强,位于海拔较高的水房泉则相对较弱.受气温控制,前者的水温、pH表现出明显的白天高,夜间低的昼夜变化规律.降雨过程中,至少有两种效应在影响水化学性质:雨水的稀释效应和CO2效应,前者对碧潭泉水化学变化影响较大,降雨可引起泉水电导率、水温及pH的显著下降,降雨强度越大,下降速度与幅度越大,而从泉水电导率下降、pH值略有上升看,两者均对水房泉的水化学变化产生了影响.作者:章程蒋忠诚何师意蒋勇军李林立王建力 ZHANG Cheng JIANG Zhongcheng HE Shiyi JIANG Yongjun LI Linli WANG Jianli 作者单位:章程,ZHANG Cheng(西南大学地理科学学院,重庆,400715;中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西,桂林,541004)蒋忠诚,何师意,JIANG Zhongcheng,HE Shiyi(中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西,桂林,541004) 蒋勇军,李林立,王建力,JIANG Yongjun,LI Linli,WANG Jianli(西南大学地理科学学院,重庆,400715)刊名:地球学报ISTIC PKU英文刊名:ACTA GEOSCIENTIA SINICA 年,卷(期):2006 27(5) 分类号:P4 关键词:岩溶动力系统水化学变化垂直气候分带重庆金佛山。
重庆喀斯特山地典型表层岩溶泉水化学分析林明珠;谢世友;林玉石【期刊名称】《地下水》【年(卷),期】2009(031)004【摘要】表层岩溶泉是储存于表层岩溶带的地下水,为近地面的表层地下水系统,它的普遍分布是西南岩溶峰丛区居民聚集和繁衍的重要条件.本文选取重庆市南川区典型的岩溶峰丛区 6 个较有代表性的表层岩溶常流泉点,分析表层岩溶泉水化学特征.研究发现:① 6 个泉点泉水化学类型以HCO3·SO4-Ca 型为主,其次为HCO3·SO4-Ca·Mg 型,个别为 HCO3-Ca 型;②常规水化学指标中,受人类活动的影响,各泉点泉水 HCO3- 含量较高,SO42-和 NO3- 含量偏高.③各泉点微量金属元素除 As 和 Ba 未达地下水质量标准 GB/T 14848-1993 Ⅰ类水体标准,其余测试指标均符合Ⅰ类水体标准.【总页数】4页(P4-6,14)【作者】林明珠;谢世友;林玉石【作者单位】西南大学地理科学学院,重庆,400715;西南大学地理科学学院,重庆,400715;中国地质科学研究院,岩溶地质研究所,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】P641.12【相关文献】1.典型表层岩溶泉锶、钡水文地球化学特征 [J], 祁晓凡;蒋忠诚;邓艳2.典型表层岩溶泉域旱季与雨季溶蚀速率分析——以重庆金佛山水房泉流域为例[J], 罗健;李林立;李欢欢;张德怀3.表层岩溶地下水出露地表后的脱气作用——以重庆市南川区柏树湾表层岩溶泉溪流为例 [J], 周小萍;沈立成;王鹏;徐尚全;林明珠4.典型表层岩溶泉域植被对降雨的再分配研究 [J], 邓艳;蒋忠诚;徐烨;岳祥飞;李旭尧;梁锦桃5.喀斯特山地不同土地利用对表层岩溶泉水化学特征的影响 [J], 林明珠;谢世友;衡涛因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
ke ScL(湖泊科学),2021,33(3):854-865DOI10.18307/2021.0318©2021by Journal cf Lake Sciences岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量”杨诗笛吴攀V,曹星星1,2二刘闪"2,廖家豪"2(1:贵州大学资源与环境工程学院,贵阳550025)(2:贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室,贵阳550025)摘要:为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压SCO?)的时空分布规律及其扩散通量,以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成,利用PHREEQCI软件计算水体pCO2,并基于Cole提出的气体扩散模型估算水一气界面二氧化碳(CO?)的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期P C02的变化范围为0.44-645.65“atm,平均值为(55.94±124.73)|xatm;枯水期变化范围为35.48~707.95|xatm,平均值为(310.46+173.54)|xatm;丰水期水体整体pCO?低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处PC。
?较高,而中西部区域pC()2欠饱和的特征.水一气界面CO?的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27~27.16mmol/(m2-d),平均值(-34.49+12.93)mmol/(m2-d),枯水期变化范围为-33.36~28.15mmol/(m2-d),平均值(-8.02±15.85)mmol/(m2・d),与其他岩溶湖库相比,水生植物丰富的草海在两个极端水文期C02扩散通量相对较低,总体表现为大气C02的汇.关键词:岩溶湿地:pCO2;CO2扩散通量;时空分布;草海Spatiotemporal distribution of carbon dioxide partial pressure and its diffusion flux in surface water of Karst wetland*Yang Shidi1,2,Wu Pan1,2,Cao Xingxing1,2**,Liu Shan1,2&Liao Jiahao1,2(1:School of Resources and Environmental Engineering,Guizhou University,Guiyang550025,P.R.China)(2:Key Laboratory erf Karst Geological Resources and Environment Ministry of Education,Guizhou University,Guiyang 550025,P.R.China)Abstract:In order to explore the temporal and spatial distribution of the partial pressure of carbon dioxide(pCO2)and辻s diffusion flux in the surface water of karst wetland,the largest karst wetlands in China,Weining Chaohai,Guizhou Province,was selected as the research object.The surface wetland water of Lake Caohai was systematically collected through the method of grid placement in July(wet season)and December(dry season),respectively,in2019.The physicochemical parameters and ion composition of the water samples were measured,the pCO2of the water was calculated by PHREEQCI,and the diffusion flux of carbon dioxide(C02)at the water-air interface was estimated base on the gas diffusion model proposed by Cole.The results show that the variation of pCO2in the surface water of Lake Caohai wetland ranges from0.44jiatm to645.65jiatm in the wet season,with an average value of(55.94±124.73)jiatm,while35.48jiatm to707.95piatm in the dry season,with an average value of(310.46±173.54)|xatm.In general,the distribution ofpCO2was higher in dry season than in wet season,and higher in the eastern lake are-a and the entrance of river to the lake but undersaturated in the midwest area of the study region,spatially.The diffusion flux of C02in Lake Caohai wetland water ranges from-43.27mmol/(m2■d)to27.16mmol/(m2・d),with an average value of (-34.49±12.93)mmol/(m2*d)in the wet season,while ranges from-33.36mmol/(m2*d)to28.15mmol/(m2・d),with an*2020-06-22收稿;2020-08-27收修改稿.国家自然科学基金项目(41807376)、贵州省科技计划项目(黔科合平台人才[2018]5781号)、贵州省人才基地项目(RCJD201X21)、喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室开放课题项目(KST2017K06)和贵州大学人才引进项目(贵大人基合字(2019)24号)联合资助.**通信作者;E-mail:xxcao@.杨诗笛等:岩溶湿地表层水体CC>2分压时空分布特征及其扩散通量855average value of(-8.02±15.85)mmol/(m2・d)in the dry pared with other karst lakes and reservoirs,Lake Caohai, which is rich in aquatic plants,has relatively low CO2diffusion flux during the two extreme hydrological periods,and is generally a sink of atmospheric C02.Keywords:Karst wetland;pCO2;C02diffusion flux;spatiotemporal distribution;Lake Caohai湿地是陆地生态系统的重要组成部分,可为全球及区域环境提供多种生态系统服务功能,其中包括固碳作用湿地与其他陆地生态系统最大的区别在于有大量适水生的植物,其中许多沉水植物和藻类已被证实具有利用水体中碳酸氢根(HCO打进行光合作用的能力⑵,因而进入湿地系统的HCO?可被水生植物和藻类吸收固定,形成稳定的内源有机碳•岩溶湿地是一类广泛分布于岩溶地区或以岩溶水为主要补给水源的特殊内陆淡水湿地⑶,加之岩溶作用(Ca(-)Mg”CO3+CO2+H2O^(1-x)Ca"+%Mg"+2HC0:)可将大气/土壤中的二氧化碳(CO?)以HCO:形式存储在岩溶水体中,因而富含高浓度HCO?的岩溶水为湿地内水生植被的生长提供了丰富的碳源,使无机碳向有机碳转化,这让湿地生态系统在转化岩溶作用产生的无机碳为有机碳方面具有重要地位.因此,正确评价岩溶地区湿地水一气界面CO?的源汇效应,对深入了解水生植被参与下的岩溶碳汇稳定性具有十分重要的意义.CO?分压SCO?)是影响水体表面向大气释放CO?的重要因素之一⑷,当表层水体中pCO2高于大气时,可通过分子扩散、对流传输等途径在水一气界面处释放CO?,此时水体便成为“碳源”,相反则为“碳汇因此,"CO?不仅是揭示水生生态系统碳源、汇效应的重要指标,还可通过相关模型估算水一气界面C02的扩散通量,该指标现已广泛应用于水库⑷、湖泊「何、河流9训、海洋u等水一气界面的CO?源汇特征及其扩散通量研究.我国西南地区是世界最大的岩溶连片分布区,具有碳库巨大及碳循环活跃等特点,是进行区域和全球碳循环研究的重要场所.目前关于西南地区岩溶水体水一气界面PCO2及其扩散通量的相关研究主要集中在岩溶地表河流问及岩溶水补给型湖、库水体g⑷方面,而对于水生植被丰富的岩溶湿地水体则相对缺乏.贵州省威宁县草海是我国最大的天然岩溶湿地,有研究表明,草海流域由于岩溶作用产生的溶解性无机碳每年有58.8%被固定在水生植物中,说明该湿地内水生植物对稳定区域岩溶碳汇效应具有十分重要的作用•关于草海水一气界面CO?扩散通量仅有陈忠婷等[间利用通量箱进行初步揭示,但前人仅对草海部分点位进行了一期观测,并不能代表草海湿地水一气界面整体的CO?释放特征.基于此,本文以草海湿地表层水为研究对象,分别于丰、枯水期利用网格布点法对全湖覆水区域进行了样品采集,以期揭示该湿地表层水PC。
论生物多样性保护在岩溶环境开发中的意义——以金佛山岩
溶区为例
戴亚南
【期刊名称】《国土与自然资源研究》
【年(卷),期】2002(000)004
【摘要】岩溶环境由于其特殊的水、土、植被结构组合特征,生态系统具有明显的脆弱性,这极大地阻碍了所在区域的经济发展。
金佛山岩溶环境除具有岩溶环境的共同特点外,还具有生物多样性;重视生物多样性的保护,在此基础上逐步展开经济开发工作,有利于金佛山岩溶区的经济、生态、社会的可持续发展。
【总页数】2页(P48-49)
【作者】戴亚南
【作者单位】西南师范大学资源与环境科学学院,重庆 400715
【正文语种】中文
【中图分类】Q16
【相关文献】
1.2009-2010年中国西南岩溶区旱情分析与减灾对策——以广西岩溶区为例 [J], 郭纯青;潘林艳;周蕊;符秋菊
2.综合勘查方法在超深水位岩溶区供水勘查中的应用——以娘子关泉域寿阳岩溶区供水勘查为例 [J], 蒋向明
3.生物多样性保护与自然保护区关系探讨——以金佛山自然保护区为例 [J], 戴亚
南
4.生物多样性保护与自然保护区关系探讨——以金佛山自然保护区为例 [J], 戴亚南
5.土壤环境因子对土下岩溶溶蚀速率的影响——以重庆金佛山国家自然保护区为例[J], 杨平恒;章程;孙玉川;吴月霞;高彦芳;王冬银;李林立
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
西南岩溶区农田生态系统岩溶作用及碳汇效应:以重庆南川市三泉镇为例罗怀良;袁道先;陈浩【期刊名称】《地学前缘》【年(卷),期】2011(018)006【摘要】The carbon cycle in karst area is the perfect joint combining geological process with biological process, so it is very important for accurately estimating the carbon sink effect of karstification to systemically study limestone weathering in farmlands. Taking a hydrological year as a period, corrosion experiment of the standard limestone tablets in farmland samples such as year-round flooded paddy field, seasonal rotation paddy field, vegetation plot, dry land, grassland, unutilized land and so on has been observed. Based on the lime- stone corrosion experiment, on the investigation of soil profiles and biomass of vegetation in the same farm- lands, and on the analytical experimentation of soil and the standard limestone tablets, the characteristics of corrosion of limestone in farmland ecosystems in the area and its influence factors have been analyzed. The result shows that the corrosion ratio decreases successively from seasonal rotation paddy field, to vegetation plot, to dry land and to year-round flooded paddy field. There are obvious differences, and complex changes among corrosion ratio at different soil layers of farmlands in Sanquan Town, Nanchuan City. Karstification in farmland ecosystem in the area ismore intense than that in non-farmland ecosystems, and the average annual flux of CO2 absorbed by karstification in farmland ecosystems inthe town is 163. 1264 × 10^5 gC/(km^2 · a). The annual flux of CO2 absorbed by karstification in farmland ecosystems in the region is larger than that in non-farmland of other areas at the same "latitude. Principal component analysis shows that karstification in farmland in the region is mainly affected by the location of soil layer, the kinds of farmland, the seasonal change of farmland and the matter sources of soil in farmland ecosystem.%岩溶地区的碳循环是地质作用和生物作用最好的结合点,系统研究农田生态系统中石灰岩溶蚀作用强度对精确估算岩溶作用的碳汇效应具有重要意义。
重庆金佛山羊口洞滴水δD和δ18O变化特征及其环境意义王海波;李廷勇;袁娜;李俊云【期刊名称】《中国岩溶》【年(卷),期】2014(33)2【摘要】为探究重庆金佛山羊口洞滴水δD、δ18O变化特征及其环境意义,于2011年10月-2013年8月,在重庆市南川区金佛山逐月采集大气降水样品及羊口洞6个滴水监测点的滴水样品进行氢氧稳定同位素测定.通过比较降水和滴水δD、δ18O的分布特征、季节变化及其与降水量和温度的相关性发现:(1)6个滴水点δD、δ18O都较均匀地分布在当地降水线附近,表明从降水到形成滴水的过程受蒸发作用影响不大,滴水δD、δ18O体现了当地大气降水δD、δ18O平均水平.(2)受洞穴上覆岩土层的调蓄作用影响,羊口洞各滴水点δD和δ18O的变化范围(-46.77~-62.09‰,-7.05~-9.96‰)远小于洞外大气降水(5.17~-115.63‰和-1.44~-16.10‰),且较降水存在明显滞后性.但滴水δD、δ18O总体上也表现出与降水相同的夏季偏轻、冬季偏重的趋势,主要受降水水汽源地季节性差异影响.面各个监测点滴水δD和δ18O季节变化差异较大,可能受滴水点上覆岩层裂隙管道发育、覆盖层厚度、岩溶水滞留时间、形成滴水前的运移路径、滴水点的高度和滴率、滴水点距离洞穴出入口的距离等多种原因影响.(3)降水δ18O表现出“降水量效应”和“负温度效应”,羊口洞滴水δ18O与降水量总体上也呈负相关关系,而与温度(水温、洞温)的关系则呈现多样化:1#、2#、5#、6#监测点滴水δ18O与温度不相关,3#点为正相关,4#点为负相关,这与各监测点滴水δ18O季节变化差异较大有关.(4)总体而言,羊口洞滴水δD和δ18O的季节变化不够明显,利用羊口洞石笋进行季节分辨率的古气候重建可能性较低,但滴水δD和δ18O继承了当地大气降水信息,其石笋δ18O可用于重建年际~十年际及更长时间尺度的古气候变化.【总页数】10页(P146-155)【作者】王海波;李廷勇;袁娜;李俊云【作者单位】西南大学地理科学学院/三峡库区生态与环境教育部重点实验室,重庆400715;中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部、广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004;西南大学地理科学学院/三峡库区生态与环境教育部重点实验室,重庆400715;中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部、广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004;中国科学院地球环境研究所/黄土与第四纪地质国家重点实验室,陕西西安710075;西南大学地理科学学院/三峡库区生态与环境教育部重点实验室,重庆400715;西南大学地理科学学院/三峡库区生态与环境教育部重点实验室,重庆400715【正文语种】中文【中图分类】P641.3【相关文献】1.桂林洞穴滴水与现代碳酸钙δ18O记录的环境意义——以桂林七星岩NO.15支洞为例 [J], 张美良;朱晓燕;吴夏;张碧云;潘谋成2.武都万象洞方解石现代沉积体系δ18O值月变化特征 [J], 白晓;桑文翠;李丰山;张德忠3.贵州纳朵洞滴水阴离子变化特征及环境响应 [J], 王大艳;王家录;邓日辙4.重庆芙蓉洞土壤渗透水-滴水的元素变化特征及其意义 [J], 向晓晶;李廷勇;王建力;李俊云;陈昀暄;周福莉;黄讯5.山东开元洞滴水微量元素季节变化特征及影响因素 [J], 程珂;王庆;郑志惠;战超;周厚云;迟宏因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
短时间尺度下岩溶泉碳汇效应研究:以重庆金佛山水房泉为例查小森1,谢世友1.2,李林立1,2,3【摘 要】[摘 要] 通过对金佛山水房泉的离子含量、电导率、水位等参数进行监测,采用水化学—流量法计算出水房泉一个完整水文年的月碳汇通量。
结果显示,水房泉雨季碳汇通量远大于旱季,碳汇通量最大值出现在7月,最小值出现在1月。
月碳汇通量与月降雨量和月径流量之间存在很好的同步关系。
水房泉HCO3-的含量受温度、降雨、流量以及表层土壤CO2等因素综合影响,且月碳汇通量的最值与HCO3-含量的最值在时间上存在很大的差异。
降雨量是控制岩溶地下水碳汇通量的绝对主导因素。
相比于年尺度下大流域的碳汇估算,短时间尺度下小流域的碳汇计算更加准确。
另外,分析地下水流量、气候变化等因素对岩溶碳汇的影响,对于水化学—流量法的准确运用以及岩溶碳汇机制的深入研究也有十分重要的意义。
【期刊名称】地下水【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4【关键词】[关键词] 岩溶泉;碳汇效应;碳汇通量;水化学;流量法大气CO2浓度的上升所带来的全球气候变暖问题,越来越受到国际学术界关注。
碳减排面临的压力越来越大,除开发新能源与节能技术、大规模植树造林等外,寻找可干预的碳减排途径也变得越来越重要[1]。
随着研究的深入,袁道先院士提出了岩溶作用存在碳汇效应的观点,即碳酸盐岩溶蚀消耗大气 CO2,是一种潜在的大气 CO2汇[2]。
国内外研究结果也表明,表层岩溶系统在生物参与下积极参与全球碳循环,吸碳量占“遗漏的汇”可达到 20%[3]。
因此,表层岩溶系统的吸碳和放碳是自然界碳循环的重要组成部分,是“遗漏的汇”的一部分。
岩溶系统碳汇通量的研究,对未知项的探索及全球碳循环模型的修正都有重要意义[4]。
由于地表水系流域和地下水系流域不一致,雨水、地表水和地下水相互转换速度快,岩溶水在系统中的循环一般比较复杂,大气降水是其主要补给来源,部分岩溶地下水系统存在外源水的补给[5]。
农业活动对表层岩溶泉水化学特征及溶解无机碳损失量的影响张笑微;徐尚全;周小萍【期刊名称】《中国岩溶》【年(卷),期】2013(32)2【摘要】以重庆市南川区不同农业活动强度下的3个表层岩溶泉为例,通过分析泉点水化学变化特征来估算不同泉点的DIC损失量(△DIC)和探讨农业活动对岩溶碳汇的影响.研究结果表明:柏树湾泉水温变幅较小,电导率、pH值相对兰花沟泉、后沟泉较低.由于农业活动的影响,兰花沟泉、后沟泉Ca-2+浓度偏高,而HCO3浓度偏低.NO(L)、SO(:) 浓度也因农业活动干扰,表现出后沟泉、兰花沟泉远大于柏树湾泉.随农业活动强度的增加,△DIC也逐渐增大,表现为:柏树湾泉(1.64 mmol/L)<兰花沟泉(4.28 mmol/L)<后沟泉(4.36 mmol/L).△DIC与(SO(i)+NO(i))呈正相关,表明农业活动越强烈,DIC损失量越大,岩溶碳汇的损失也随之增大.%Abstract:In this study,three epi-karst springs under different intensity agricultural activity in Nanchuan area,Chongqing have been investigated to discuss the impact of agricultural activity on karst carbon sink by analyzing hydro-chemical characteristics and estimating the △DIC of water samples in different springs.The results show that compared to the Lanhuagou spring and the Hougou spring,the amplitude of variation in temperature in the Baishuwan spring is relatively small; EC and pH are relatively low.Because of the impact of agriculture activity,the Lanhuagou spring and the Hougou spring have a higher Ca2+ concentration and lower HCO3-concentration that are not consistent with Ca2+.The concentrations of NO3-and SO24-in theLanhuagou spring and the Hougou spring are far higher than that in the Baishuwan spring for the same reason.With the enhancement of agricultural activity,the △DIC increases as follows,1.64 mmol/L in the Baishuwan spring < 4.28 mmol/L in the Lanhuagou spring < 4.36 mmol/L in the Hougou spring.The △DIC represents positive correlation with the concentration of (SO24-+ NO3-) among the three different springs.It can be inferred that the more intensity of agricultural activity,the larger amount of △DIC,which means the less amount of CO2 sink.【总页数】7页(P133-139)【作者】张笑微;徐尚全;周小萍【作者单位】西南大学地理科学学院/三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;西南大学地理科学学院/三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;西南大学地理科学学院/三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715【正文语种】中文【中图分类】P641.3【相关文献】1.打狗河流域表层岩溶泉分布特征及水化学特征的影响因素 [J], 孟小军;唐建生;李兆林;梁小平;潘晓东;苏春田2.降雪及旅游活动对金佛山表层岩溶泉水化学的影响 [J], 刘跃;贺秋芳;于正良;赵瑞一;张陶;刘宁坤3.喀斯特山地不同土地利用对表层岩溶泉水化学特征的影响 [J], 林明珠;谢世友;衡涛4.雪玉洞上覆土壤CO_2变化及对表层岩溶泉水化学特征的影响 [J], 王晓晓;殷建军;徐尚全;沈立成5.农业活动对表层岩溶泉溶解无机碳及稳定碳同位素的影响 [J], 张笑微;周小萍;徐尚全;王鹏因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于SPSS的岩溶地下水质变化及其影响因素——以重庆市金佛山表层岩溶地下水为例曹敏;沈立成;肖琼;邱述兰;王鹏【摘要】Epikarst springs which show large variations in water quality abound in the Jinfo Mountain, Chongqing. In order to find out the influence factors, an attempt was made to distinguish the natural and anthropogenic processes and factors responsible for groundwater quality. R-modc factor analysis was applied for the sets of chemical data, i.e. pH, γ, ρ(HCO3- ) , ρ(Ca2+), ρ(Mg2+), ρ(Na+), ρ(K+), ρ( SO42- ) , ρ( NO3- ) and ρ(CP ) in the karst springs at Jinfo Mountain. Groundwater samples were collected at 36 sites in January, 2009. Analytical results of these groundwater samples show the springs at Jinfo Mountain had variable chemical compositions. By applying the R-mode factor analysis of SPSS, four factors were obtained, which could help to explain the characteristics of groundwater quality and to identify the formation of hydrochemistry based on the performance of ions and their geochemical processes. The water-rock interaction in karst area is the common influence factor for SO4- , F - , K+ , Sr2+ and Ca2+ in groundwater. Concentrations of Mg2+ and HCO3- are highly related to soil. Precipitation should be responsible for concentrations of Na+ and Cl-. Anthropogenic activities contribute to elevation of NO3- in groundwater. The four factors can explain for 87. 58% of the formation of karst groundwater. The natural processes are the most important influence' factors for the formation of groundwater quality inthe springs of Jinfo Mountain, including 55.56% attributed to the processes of water-rock interaction. It means that factor analysis is useful in analysing water quality and illustrating its influence factors as well as in evaluation of water quality.%重庆金佛山地区岩溶泉水遍布,但是各个泉点的水质却有较大差异.利用地下水的化学性质,如pH,电导率Υ,HCO-3、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO42-、NO-3和Cl-等的质量浓度进行因子分析可以分辨出自然过程和人类因素对地下水的影响.2009年1月在重庆金佛山地区采集36个岩溶泉水样,分析结果表明:金佛山岩溶泉的水化学成分具有较大的空间变异.利用SPSS中因子分析方法,得到基于水中离子和地球化学过程解释的地下水水质特征及其形成的4个因子:水-岩作用是地下水中SO42-、F-、K+、Sr2+和Ca2+形成的共同因素,Mg2、HCO3-主要受土壤等因子影响,Na+、Cl-主要来源于大气降水,人类活动主要影响水中的NO-3.以上4种因子可以解释金佛山岩溶地下水水质形成的87.58%,其中水-岩作用可以解释55.56%,是影响金佛山地区岩溶水水质的最重要因素.【期刊名称】《湖南师范大学自然科学学报》【年(卷),期】2012(035)002【总页数】6页(P82-87)【关键词】地下水水质;岩溶泉;自然因素;人类活动;因子分析【作者】曹敏;沈立成;肖琼;邱述兰;王鹏【作者单位】西南大学地理科学学院,三峡库区生态环境教育部重点实验室,西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,中国北碚 400715;西南大学地理科学学院,三峡库区生态环境教育部重点实验室,西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,中国北碚400715;西南大学地理科学学院,三峡库区生态环境教育部重点实验室,西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,中国北碚 400715;西南大学地理科学学院,三峡库区生态环境教育部重点实验室,西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,中国北碚400715;西南大学地理科学学院,三峡库区生态环境教育部重点实验室,西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,中国北碚 400715【正文语种】中文【中图分类】P641.3地下水水质受水岩作用过程、大气和土壤输入以及人类活动等因素的共同影响[1-4].我国西南岩溶地区岩溶水资源丰富,地下水,尤其是表层岩溶泉发育较多,表层岩溶带是南方岩溶水资源赋存运移的重要场所,也是当地群众生产生活的重要水源.由于岩溶地下水“水在楼上,土在楼下”的特殊性,容易受到人类活动影响,特别是防污能力较弱.因此,为了合理利用地下水,避免地下水受到人类活动的污染,必须掌握地下水动态及其影响因素.然而,区分地球化学过程等自然因素与土地利用等人类因素对地下水水质的影响十分困难,同时也是水文地质学、环境学等领域研究的热点和前沿领域[5].因子分析是通过对地下水化学数据的分类、降维处理,提取主要的影响因子.并根据因子在各离子上的载荷来区分自然过程与人类活动等因素对地下水水质的影响以及影响程度[6].SPSS起源于美国,是目前世界上最优秀的统计分析软件之一,广泛应用于各个领域.本文以重庆金佛山表层岩溶地下水为研究对象,根据水化学数据,利用因子分析方法探讨地下水水质的影响因素与影响强度,为岩溶区水资源的合理开发利用与保护提供科学依据.1.铁路;2.高速公路;3.公路;4.河流;5.山顶;6.研究区;7.二叠系地层;8.寒武系地层;9.志留系地层;10.泉点;11.保护区界线;12.地层界线;13.断层图1 金佛山泉水采样点分布示意图(修改自伍坤宇[9])1 研究区概况金佛山位于重庆南川市境内,是大娄山东段支脉的突异山峰,海拔1 400~2 251 m,属典型的岩溶地貌.地理坐标为北纬28°50′~29°20′,东经107°~107°20′,总面积1 300 km2,已知景区面积为441 km2,还有522 km2的保护地带,为国家级森林公园和国家级自然保护区.主峰风吹岭海拔2 251 m,为大娄山脉东北段的最高峰[7].金佛山处在一宽缓向斜(北东-南西走向)的轴部,山势高峻、切割强烈.北坡陡峭,沟谷深切,南坡较为平缓.出露的地层主要为寒武系、奥陶系、志留系和二叠系,岩性主要为碳酸盐岩和砂页岩.二叠系灰岩产状平缓,无大的断裂构造带存在,但北东和北西两组构造裂隙发育,岩层次生透水性好.金佛山位于亚热带湿润季风气候区,山体上部多年平均气温为8.2 ℃,年均降雨量约1 434.5 mm,山体下部平均气温为16.6 ℃,年均降雨量约1 287 mm[8].大气降水主要通过洼地或谷地底部落水洞渗入地下岩溶含水层.地下水多沿层面、层间节理以及灰岩与砂岩交界面运移,最后以地下河或岩溶泉的形式排出.2 数据来源与研究方法2009年1月在金佛山山顶及其西、南、北坡取得36个表层岩溶水水样(包含两个地表水样,其余为地下水样)、1个雪水样.取样点的空间分布见图1,大体有4个区域:金佛山山顶(古佛洞滴水、水房泉、小鲵泉、铁锈泉),南坡(菜籽沟、大弯道、邓家铺子、头渡酒厂、胡家湾等)、西坡(东方红、金佛山泉、碧潭泉、碧潭河水、三角堰泉、大垭口等)和北坡(红岩嘴、顺龙桥、蓬莱林、三纹鱼养殖基地、知音山庄、龙溪山庄).野外用硬度计和碱度计测试Ca2+和,用事先清洗过的聚苯乙烯瓶取60 mL水样经0.45 μm滤膜过滤(取样后,加入几滴体积比为1∶1的硝酸,以防止重金属离子沉淀或吸附瓶壁)用于测试金属离子浓度(ICP);另用纯净水瓶取600 mL水样,带回实验室进行阴离子分析.实验室内采用多种分析方法:(1)加硝酸的水样在实验室用PerkinElmer Optima用2100 DV型ICP-OES测定K+、Na+、Ca2+、Mg2+和Sr2+的质量浓度.(2)用UV-2450紫外可见分光光度计测定、质量浓度.(3)用滴定法测定Cl-质量浓度.各个数据的检测下限为0.05 mg/L.用Photoshop软件绘制泉点空间分布图,在Excel中进行数据编辑,因子分析采用SPSS13.0软件完成.3 结果分析3.1 水化学特征的空间变异从表1的变异系数(CV)可以看出,除了pH、溶氧量(DO)和ρ(Cl-)的变异系数较小外,其他离子质量浓度的变异系数都很大,特别是、Na+的质量浓度体现出明显的空间变异特征.pH值的大小在一定程度上反映岩溶作用的强弱,表层岩溶水pH值的变动范围为7.3~8.9.pH值反映了地下水中H+浓度,主要受水-岩作用过程、大气、土壤和人类活动的共同影响.在上述pH值变化范围内,pH值高表明岩溶作用弱,pH值低指示岩溶作用强.其变异系数为4.4%,表明存在一定的空间变异,但是不太明显,总体上反映了岩溶地区地下水的性质,即主要为弱碱性水.岩溶水电导率变动范围12.3~79.9 mS/m,变异系数为43.4%,表明存在较大的空间变异.电导率的大小与溶解的离子浓度成正相关,主要反映地下水中离子的浓度及受污染的情况[10].溶氧量是研究水自净能力的一种依据.在20 ℃、100 kPa下,纯水里大约溶解氧9 mg/L.所有泉点中溶解氧质量浓度介于9.3~12.6 mg/L,变异系数8.9%,空间变异很小,表明金佛山地区溶解氧质量浓度处于正常水平,水质较好.地下水中质量浓度的变动范围为55.8~365.8 mg/L,变异系数较大(45.6%),表现出大的空间变异性.的主要来源是各种碳酸盐岩的溶解和土壤、大气中CO2的溶解.水中Ca2+的质量浓度为21~143 mg/L,变异系数为43.9%,空间变异较大.地下水中Ca2+一方面是来源于碳酸盐岩的溶解,另一方面则来源于农业污染[5].Mg2+的质量浓度为1.0~46.2 mg/L,变异系数很大(99.8%),表现出明显的空间变异特征.Mg2+一方面是来源于碳酸盐岩的溶解,另一方面则来源于农业污染[4]以及大气的输入.一般岩溶水中的Ca2+和Mg2+、协同来源于碳酸盐岩的溶解,方程式如下:可见,地下水中的Ca2+、 Mg2+、等离子主要来源于碳酸盐岩风化.水中ρ(Cl-)的变异系数不大,为27.9%,空间变异性小.其主要来源可分为两大类,即无机来源和有机来源.无机来源主要是自然源,包括岩盐矿床和其他氯化物沉积物的溶解以及雨水中海盐、含HCl工业废气的溶解;有机来源主要是污染源,包括化肥的使用、生活和工农业废水、动物和人类排泄物等[11].水中质量浓度为8.9~61.1 mg/L,变异系数48.5%,具有较大的空间变异性.主要来源是含硫酸盐矿物的溶解、含硫酸盐化肥的使用以及工业废气的排放等.质量浓度的变化范围为0~34.6 mg/L,变异系数115.73%,空间变异强烈.地下水中的主要来源于人为活动的输入,特别是农业中化肥的使用、生活废水、动物和人类排泄物等是其主要影响因素[11].水中Na+的质量浓度为0.1~27.5 mg/L,变异系数达到160.6%,表现为强烈的空间变异.其来源包括含钠盐的海相沉积物和岩盐矿床的溶解、离子置换、生活废水、化肥以及大气降水[12].K+的质量浓度为0.1~3.1 mg/L,变异系数71.6%,K+的来源主要是含钠岩石的溶解,此外,离子置换、化肥、生活废水以及大气降水也是K+的重要来源[12].整个金佛山地区的K+质量浓度都比较低.水中Sr2+质量浓度在0.1~1.4 mg/L,变异系数76.2%,表明空间变异很大.Sr2+的来源主要是含锶岩石的溶解,同时也跟人类活动有关.表1 重庆金佛山表层岩溶水水质分析结果统计值γpHDOρ(H CO-3)ρ(Cl-)ρ(SO2-4)ρ(NO-3)ρ(F-)ρ(K+)ρ(Na+)ρ(Ca2+)ρ(Mg2+)ρ(Sr2+)/(mS·m-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)/(mg·L-1)样本数34343434363636363636353635最小值12.37.39.355.82.78.9000.10.1211.00.1最大值79.98.912.6365.812.762.134.60.63.127.414346.21.4平均值38.28.210.7143.18.629.36.20.21.02.95410.70.4标准差16.40.40.965.32.314.27.20.10.74.72310.60.3变异系数/%434.48.945.627.148.5115.768.471.6160.643.999.876.23.2 水化学特征的因子关系分析因子分析可以用来确定水质形成的影响因素与影响强度.因子分析前,对数据进行检验,除少数变量外,基本符合正态分布趋势.由于各变量单位相同,无须进行标准化.通过KMO和球形Bartlett进行因子分析的适用性检验.KMO统计量为0.778,大于0.7,说明各变量间信息的重叠程度比较高;球形检验拒绝各变量独立的假设,故因子分析的适用性检验通过.由SPSS软件计算各离子之间的相关关系,得到因子变量相关矩阵(见表2).可知,与F-、K+、Sr2+都显著相关,F-与K+、Ca2+、Sr2+之间也显著相关,说明变量之间存在信息重叠,需要进行数据降维.表2 变量相关矩阵(部分) 单位:mg/Lρ(HCO-3)ρ(Cl-)ρ(SO2-4)ρ(NO-3)ρ(F-)ρ(K+)ρ(Na+)ρ(Ca2+)ρ(Mg2+)ρ(Sr2+)ρ(HCO-3)1.00 0.19 0.27 -0.20 0.22 0.19 0.23 0.52 0.51 0.22 ρ(Cl-)0.19 1.00 0.47 0.07 0.47 0.50 0.37 0.45 0.32 0.48 ρ(SO2-4)0.27 0.47 1.00 -0.11 0.99 0.93 0.13 0.86 0.62 0.97 ρ(NO-3)-0.20 0.07 -0.11 1.00 -0.14 0.01 0.16 -0.14 -0.20 -0.15 ρ(F-)0.22 0.47 0.99 -0.14 1.00 0.94 0.17 0.83 0.59 0.97 ρ(Sr2+)0.22 0.48 0.97 -0.15 0.97 0.93 0.19 0.83 0.62 1.00由表3可知,相关系数矩阵R得到特征值、方差贡献率和累积贡献率,可知第一因子的方差占所有因子方差的55.56%,前4个因子的对岩溶水质形成的累积方差贡献率达到87.85%(>85%),因此金佛山岩溶水中的离子主要受到4种不同因素的影响.这4种因子分别代表水-岩作用、土壤等自然因子、大气降水与人类活动因子,本文将在后面予以解释.表3 公因子方差(部分)成分初始特征值方差旋转后特征值合计方差/%累积/%合计方差/%累积/%15.5655.5655.564.88248.82348.82321.3413.4168.971.47114.70963.53231 .1811.7780.741.41314.12677.65840.717.1187.861.0210.19887.855变量共同度表示各变量所含原始信息能被提取出的公因子所表示的程度.提出4个公因子后,可以计算各变量的共同度,如表4所示.除了ρ(Cl-)和ρ(Mg2+)的共同度为61.3%和71.3%之外,其余变量的共同度都在80%以上,因此这4个公因子对各离子来源具有较强的解释能力.表4 因子旋转矩阵与共同度单位:mg/L统计值ρ(SO2-4)ρ(F-)ρ(Sr2+)ρ(K+)ρ(Ca2+)ρ(HCO-3)ρ(Mg2+)ρ(Na+)ρ(Cl-)ρ(NO-3)初始值1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 提取值0.98 0.98 0.97 0.94 0.81 0.94 0.72 0.84 0.61 1.00 成分10.98 0.97 0.97 0.94 0.78 0.59 0.45 20.15 0.37 0.95 0.60 0.13 -0.12 30.12 0.14 0.22 0.24 0.17 0.90 0.64 0.11 4-0.11 0.98采用主成分法计算因子载荷矩阵A,根据因子载荷矩阵可以说明各因子在各变量上的载荷,由于初始因子载荷矩阵系数不是太明显,为了使因子载荷矩阵中的系数向0~1分化,对初始因子载荷矩阵进行方差最大旋转.由输出表4可以看出,第一公因子在ρ、ρ(F-)、ρ(K+)、ρ(Sr2+)和ρ(Ca2+)上具有较高载荷,主要为碳酸盐的溶解产物,来源于水-岩作用的离子,因此定义为水-岩作用因子.第二公因子在ρ和ρ(Mg2+)上具有较高载荷,因此定义为土壤等自然因子.第三公因子在ρ(Na+)和ρ(Cl-)上具有较高载荷,定义为大气降水因子.第四公因子在ρ上载荷高,因此定义为人类活动因子.这4个因子及其顺序能较好地说明岩溶水水质的影响因素,其影响程度依次减弱.为了进一步分析各个岩溶取水点的水质状况,采用回归方法求出因子得分函数矩阵如表5所示.由系数矩阵将4个公因子表示为10个指标的线性形式.因子得分函数为:F1=-0.169x1+0.18x2+0.235x3+0.041x4+0.237x5+0.217x6-0.153x7+0.115x8+0.071x9+0.229x10,F2=0.784x1-0.145x2-0.056x3+0.115x4-0.122x5-0.091x6-0.007x7+0.141x8+0.438x9-0.117x10,F3=0.019x1+0.492x2-0.097x3-0.106x4-0.05x5+0.013x6+0.758x7+0.048x8-0.227x9-0.03x10,F4=0.062x1-0.092x2+0.025x3+1.025x4-0.033x5+0.111x6-0.071x7-0.017x8+0.123x9-0.049x10.表5 因子得分系数矩阵单位:mg/L成分ρ(HCO-3)ρ(Cl-)ρ(SO2-4)ρ(NO-3)ρ(F-)ρ(K+)ρ(Na+)ρ(Ca2+)ρ(Mg2+)ρ(Sr2+)1-0.17 0.02 0.24 0.04 0.24 0.22 -0.15 0.12 0.07 0.23 20.78 -0.15 -0.06 0.12 -0.12 -0.09 -0.01 0.14 0.44 -0.12 30.02 0.49 -0.10 -0.11 -0.05 0.01 0.76 0.05 -0.23 -0.03 40.06 -0.09 0.03 1.03 -0.03 0.11 -0.07 -0.02 0.12 -0.054 讨论4.1 水-岩作用对岩溶水的影响从因子F1的得分值来看,从地表水到地下水,得分值逐渐增大,特别是深部来源(如金佛山温泉)的水中各种离子质量浓度都较高,反映了大气降水来源补给的地下水经过充分的水-岩作用后沿裂隙、断裂运移,并在地表出露[13],意味着在因子F1上具有高载荷的离子受到水-岩作用时间长短等的控制.4.2 土壤等自然因子对岩溶水的影响F2因子的得分值表明:值较高的水样点(如蓬莱林、知音山庄和碧潭泉)基本都位于金佛山下土壤层较厚的地方.说明土壤等自然因素对金佛山岩溶水中和Mg2+具有决定性影响.土壤是一个巨大的碳库,全球土壤碳容量是森林的2~3倍.土壤中CO2含量超过大气的10倍,其溶于水,形成,成为地下水中的主要来源.4.3 大气降水对岩溶水中离子的影响因子F3的得分表现为地下水小于地表水,在马鞍山收费站和胡家湾最高,这两个点属于地表河流系统,说明岩溶地下水中的Na+、Cl-受到地表水体中溶质的影响.然而,由3.1的分析可知,金佛山地区的大部分岩溶地下水样品中Na+和Cl-并不高,基本与大气降水接近.可以认为其主要来自大气降水.4.4 人类活动对岩溶水的影响因子F4得分离人类活动中心越近,值越高.得分最高的大弯道和头度酒厂,受到人类农业活动和工业生产活动的影响,具有较高的质量浓度.而位于保护区深处的许多泉点在因子F4上的得分都较低,说明金佛山保护区内表层岩溶地下水受人类活动的影响不明显.人类生产活动对岩溶水中的质量浓度具有重要贡献.4.5 各因子的综合作用任何一个地方的岩溶水都不可能只受到一种因素的影响.因此水中的化学离子往往是多来源的.对于金佛山来说,其离子主要来源于水-岩作用、土壤输入、大气降水和人类活动,并在大范围内依此顺序影响逐渐减弱.这也说明金佛山岩溶水质受到人类活动的影响还比较小,水质状况总体上趋于自然背景值.对于个别点来说,一种或两种因子起着主导作用.5 结论(1)金佛山表层岩溶水水质受到水-岩作用过程和土壤、大气降水与人类活动的共同影响,4个因素可以解释岩溶水水质形成的87.58%,其中水-岩作用可以解释55.56%,是影响金佛山地区岩溶水水质的最重要因素.(2)水-岩作用是影响地下水中、Sr2+、Ca2+、K+等的最主要因素,但不是唯一因素.土壤是影响地下水中和Mg2+的主要因素,同时水-岩作用也是其重要影响因素.岩溶水中的Na+和Cl-主要来源于大气降水.人类农业活动和工业活动活动是金佛山表层岩溶水中的最主要来源.(3)岩溶水中化学离子的形成,是受自然过程与人类活动的综合影响.在金佛山自然保护区,影响水质形成的最重要因素还是自然过程.同时,随着人类活动的加剧,人类对水质的影响逐渐明显.对金佛山水质的动态监测是以后工作的重点.参考文献:[1] HELENA B, PARDO R, VEGA M, et al. Temporal evolution of groundwater composition in an alluvial (Pisuerga river, Spain) by principal component analysis[J]. Water Res, 2000, 34(3): 807-816.[2] ROWDEN R D, LIU H, LIBRA R D. Results from the Big Spring basin water quality monitoring and demonstration projects, IOWA, USA[J]. Hydrogeol J, 2001, 9(5): 487-497.[3] 蒋勇军, 袁道先, 谢世友,等. 典型岩溶农业区地下水水质与土地利用变化[J]. 地理科学, 2006, 16 (4): 405-414.[4] LIU Z, LI Q, SUN H, et al. Seasonal, diurnal and storm-scale hydrochemical variations of typical epikarst springs in subtropical karst areas of SW China: Soil CO2 and dilution effects[J]. J Hydrol, 2007, 337(1-2): 207-223.[5] NEGREL P, PETELET-GIRAUD E. Strontium isotopes as tracers of groundwater-induced floods: the Somme case study (France)[J]. J Hydrol, 2005, 305 (1): 99-119.[6] LIU C W, LIN K H, KUO Y M. Application of factor analysis in the assessment of ground water quality in a blackfoot disease area in Taiwan[J]. Sci Total Environ, 2003, 313(1-3): 77-89.[7] 王必浓, 王瑛. 国家重点风景名胜区——金佛山[M]. 成都: 四川科学技术出版社, 1990.[8] 曾昭华. 长江中下游地下水中化学元素的背景特征与形成[J]. 地质学报, 1996, 70(3): 262-269.[9] 伍坤宇, 王鹏, 沈立成,等. 金佛山地区地下水硝态氮污染时空变异性研究[J]. 环境科学, 2011, 32(11): 3247-3254.[10] 蒋勇军, 吴月霞, GROVES C, 等. 利用因子分析确定岩溶地下河系统水质的影响因素[J]. 水文地质工程地质, 2009(4): 1-7.[11] EDMUNDS W M, SHAND P, HART P, et al. The natural (baseline) quality of groundwater: a UK pilot study[J]. Sci Total Environ, 2003, 310 (1-3): 25-35.[12] CONRAD, J E, COLVIN C, SILILO O, et al. Assessment of the impact of agricultural practices on the quality of groundwater resources in South Africa[R]. Water Research Commission Report, 1999, 641/1/99.[13] 杨雷, 肖琼, 沈立成. 重庆市温塘峡背斜地下热水资源特征研究[J]. 湖南师范大学自然科学学报, 2011, 34(5): 86-91.。
表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例胡毅军;蒋勇军;李林立【摘要】本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩洛水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量.计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份.水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量.泉水HCO3 -含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响,HCO3 -含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象.相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的.%The study mainly focus on the Shuifang epikarst spring basin. By using the multi-parameter instrument CDTP300, interannual continuous data of conductivity, water temperature and water level are got. Annual and monthly CO2 consumption in two years are calculated by means of karst hydrochemistry-discharge method. The result shows that CO2 consumption of Shuifang Spring is relatively high in June, July and August; while it's low in January, February and December. The maximum value of CO2 absorptive quantity appeared in July and the minimum in January. The result also shows that the monthly discharge of the Shuifang Spring and rainfall are intensively correlated with the CO2 consumption, and the CO2 consumption in rainy season is muchlarger than dry season. The bicarbonate concentration of the Shuifang Spring is influenced by air temperature, rainfall, discharge and soil CO2. There are two months time-delay between the biggest monthly CO2 consumption and the highest bicarbonate concentration. Through this study it is found that the estimate of carbon flux in small watersheds by hydrochemistry-discharge method is more accurate than large watersheds and it may give an effective method to the further research on carbon sink for karstification and its control mechanism in epikarst zone.【期刊名称】《中国岩溶》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】6页(P169-174)【关键词】表层岩溶泉;CO2吸收量;相关性【作者】胡毅军;蒋勇军;李林立【作者单位】西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715;三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715;三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715【正文语种】中文【中图分类】P641.12;X141随着人类对全球变暖问题的不断重视,全球变化学科关于温室气体的研究不断深入,引出了全球碳循环的中心问题:全球CO2的收支不平衡,即遗漏CO2汇(M issing Sink)的存在问题[1-3]。
然而在众多针对碳汇的变化机制、过程和环境效应的研究当中对由地质过程引起的无机碳汇的变化重视程度还不够。
根据地球系统科学和岩溶动力学的观点与思想,岩溶作用是全球碳循环的重要组成部分,岩溶水通过水-岩作用以溶解无机碳(D IC)的形式固定大气中的CO2,构成了岩溶作用的碳汇效应[4]。
目前针对岩溶水碳汇的研究已经取得很多成果,IGCP379项目分别用石灰岩溶蚀试片法、水化学法和扩散边界层(DBL)理论[5]对我国的碳汇效应进行了初步估算,中国为1.774×107 tC/a[6];杨立铮利用水化学方法对我国南方六省的岩溶碳汇效应进行了估算,全年碳汇量为9.14×109 kg/a,并划分了4个等级的吸碳区[7];李彬利用贵州123条地下河无机碳含量计算出年碳汇效应为4.15×1011 gC/a,即消耗CO2 1.52×109 kg/a[8];陈鸿汉等利用水化学动力学方法对济南岩溶泉域的净CO2吸收量进行了计算,结果为1.7×107 kg/a[9];万军伟对湖北清江罗家坳地块地下水碳汇效应计算得出吸收量为1.833×107 kg/a[10]。
然而众多的研究都是以大面积的地下水流域为研究背景,以年为时间尺度利用水化学-径流量方法估算流域吸碳量,没有考虑短时间尺度地下水流量、气候变化等因素对水-岩作用和碳汇效应的影响。
本文以较小的岩溶泉域为研究对象,依靠高精度自动监测仪器获得年际连续数据,从短时间尺度研究了岩溶水碳汇效应及其影响因素,有助于深化岩溶作用碳汇过程及其控制机理的认识。
1 研究区概况本研究区域位于重庆市南川区金佛山景区。
金佛山位于我国四川盆地东南缘,是大娄山东段支脉的突异山峰,海拔1 400~2 251 m,为典型的喀斯特亚高山地质地貌。
在山顶部形成了海拔2 000 m左右的较大面积的缓坡和平台,小型溶蚀洼地、地下河管道和裂隙发育。
研究区云雾多,日照少,雨量充沛,湿度大,属亚热带湿润季风气候。
区内山体上部多年平均气温为8.2℃,年均降雨量约1 434.5 mm。
图1 水房泉流域地质剖面图(据李营刚,2009)Fig.1 Geologic profile of the Shuifang Spring watershed1.石灰岩(P2 c长兴组,P1 m茅口组);2.龙潭煤系地层(P2 l);3.洞穴、管道;4.水流方向;5.裂隙;6.落水洞;7.常年泉水房泉位于海拔2 050 m的金佛山山顶,出露于二叠系常兴组(P2 c)致密灰岩与龙潭煤系地层(P2 l)之间,地质构造上为一倾角很小的宽缓向斜(图1)。
泉域补给区面积1.11 km2,分布有一个呈东北-西南走向的大洼地,土壤厚度约0.8~1.2 m,洼地边缘落水洞发育,密度为6~7个/km2,是地下水的主要补给入口。
因茅口组灰岩地层裂隙、管道发育,其下有煤系隔水地层分布,泉水最终出露于山顶西南坡陡崖,常年流动,径流量为2 L/s,平均流速0.113 m/s。
2 实验和数据分析在水房泉出口处安装CDTP300多功能野外自动化监测记录仪(澳大利亚Greenspan公司),自动监测电导率、水温、水位和pH值,并设定仪器每隔15 min 自动测定并存储,精度分别为0.1μs/cm、0.01℃、0.01 cm和0.01,数据按月取回整理。
同时野外使用德国(W TW公司)M ulti350i便携式多参数水质分析仪现场测定水温、pH值、电导率,用标尺现场测定出口水位,测量精度分别为0.1℃、0.01pH单位、1μs/cm和0.1 cm;流速测定采用旋杯式流速仪测定,精度为0.001m/s。
用钙离子试剂盒(德国Aquanmerck)现场测定水中的 Ca2+、HCO3-浓度,精度为0.1 m g/L和0.1 mmol/L。
3 流量和二氧化碳吸收量的计算3.1 流量计算水房泉出口流量的主要根据CDTP300自动记录仪检测并经与实测校正过的水位和多次实测得到的泉口平均流速进行计算。
3.2 二氧化碳吸收量的计算水房泉泉水多年平均pH值为7.86,pH值为7~9之间时,水中溶解无机碳(D IC)主要以重碳酸根(HCO3-)的形式存在[11],主要水化学特征见表1。
表1 水房泉基本水化学特征Tab.1 Hydrochemical features of the Shuifang SpringpH Ec K+ Na+ Ca2+Mg2+ Cl- SO42-HCO3-/μs/cm,25℃ /mg/L 7.86 232 0.89 2.66 52 1.96 8.04 10.28 132水房泉水质属于 Ca-HCO3型,水-岩作用发生的主要化学反应如下所示:CaCO3+CO2+H2 O⇔Ca2++2HCO3- (1)由该方程可知,在达到平衡时,形成 2 mol的HCO3-,则吸收1 mol的 CO2,测得的HCO3-浓度后,即可得水中CO2的含量[12],计算式为:李林立对水房泉的研究[13]中得出,水房泉水体的电导率 Ec同[HCO3-]和[Ca2+]存在很好的相关性,本研究通过多次的野外实地监测也得到相似结论(图 2),其中:[HCO3-]=0.008 9 ×cond+0.316 2,R2=0.968 4;[Ca2+]=0.1946×cond+4.297 6,R2=0.976 8。
利用 Ec同[HCO3-]的线性方程和CDTP300每15 min记录的 Ec,可以求得每15 min水体的瞬时[HCO3-]。
图2 水房泉岩溶泉电导率同[HCO3-]和[Ca2+]线性关系图Fig.2 Linear relationshipbetween the electric conductivity and the[HCO3-],[Ca2+]of the water in Shuifang Spring为了便于计算,视瞬时值为15 min的平均值。