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增温和降水改变对土壤CO释放影响研究进展

地球科学 2023年

作者：赵光帅普政功黄奇波朱义年吴华英中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室桂林理工大学环境科学与工程学院联合国教科文组织国际岩溶研究中心/岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心

全球变暖正在扩大严重干旱和强降雨事件发生的频率、范围、持续时间和严重程度。高温、干旱、强降水等极端气候事件显著改变了土壤有机碳矿化和无机碳释放的速率和强度。土壤CO2输出释放作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分，对气候... 详细信息

全球变暖正在扩大严重干旱和强降雨事件发生的频率、范围、持续时间和严重程度。高温、干旱、强降水等极端气候事件显著改变了土壤有机碳矿化和无机碳释放的速率和强度。土壤CO2输出释放作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分，对气候变化高度敏感，探究土壤CO2释放与气候变化的关系与响应机制，可为深入理解全球变暖背景下土壤碳循环和源汇机制提供理论支撑。本文系统分析了前人在全球变暖引起增温和降水改变对土壤呼吸(Rs)、碳酸盐矿物溶蚀影响的研究成果与结论，从Rs和碳酸盐矿物溶蚀两个方面解析增温和降水改变对土壤CO2释放的影响。未来应加强气候变化与土壤性质、营养物质含量和有效性、微生物生物量和活性等其他多种因子耦合作用对Rs影响的研究，构建极端气候条件下多变量因子耦合的Rs速率模型。深入探究碳酸盐岩基岩土壤区Rs、碳酸盐矿物溶蚀对极端强降水事件的响应阈值，并精准量化极端强降水下两者间碳迁移转化通量。

关键词：增温降水改变土壤CO 土壤呼吸碳酸盐矿物溶蚀

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新田县富锶地下水动态特点与成因分析

中国岩溶 2020年第1期39卷 24-33页

作者：苏春田杨杨巴俊杰罗飞李小盼赵光帅中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004

为掌握湖南省新田县富锶地下水的动态特点,在2017年1-12月对两处富锶地下水进行了一年定期采样分析。结果表明:S045下降泉Sr2+含量在丰水期、平水期、枯水期基本保持稳定,其值分别为0.27 mg·kg-1、0.25 mg·kg-1、0.26 mg·kg-1,S045... 详细信息

为掌握湖南省新田县富锶地下水的动态特点,在2017年1-12月对两处富锶地下水进行了一年定期采样分析。结果表明:S045下降泉Sr2+含量在丰水期、平水期、枯水期基本保持稳定,其值分别为0.27 mg·kg-1、0.25 mg·kg-1、0.26 mg·kg-1,S045下降泉Sr2+含量全年保持相对稳定的主要原因是水文地质特点决定了降雨对S045富锶下降泉Sr2+含量的稀释效应有限;ZK1机井Sr2+含量表现为丰水期>平水期>枯水期,其值分别为0.73 mg·kg-1、0.68 mg·kg-1、0.52 mg·kg-1,水循环条件的差异引起水位的变化导致高锶潜流带水与低锶浅潜流带水混合比例不同,使ZK1机井中锶含量与大气降雨具有正相关性。而离子比值法表明:S045下降泉的γ(Na+)/γ(Cl-)比值在丰水期、平水期、枯水期分别为0.78、0.44、0.49,γ(HCO3-+SO42-)/γ(Ca2++Mg2+)比值在丰水期、平水期、枯水期分别为0.99、0.98、0.96;ZK1机井的γ(Na+)/γ(Cl-)比值在丰水期、平水期、枯水期分别为75.24、71.34、126.08,γ(HCO3-+SO42-)/γ(Ca2++Mg2+)比值在丰水期、平水期、枯水期分别为37.13、30.54、44.89,这说明ZK1机井中地下水发生了阳离子交换。S045下降泉的γ(Cl-)/γ(Ca2+)比值在丰水期、平水期、枯水期平均值分别为1.09×10-2、1.06×10-2、1.05×10-2,ZK1机井的γ(Cl-)/γ(Ca2+)比值在丰水期、平水期、枯水期平均值分别为1.29、0.98、0.94,ZK1机井γ(Cl-)/γ(Ca2+)显著高于S045下降泉,表明ZK1机井水水动力条件弱于S045下降泉,这是机井中Sr2+高于下降泉的重要因素。

关键词：富锶地下水动态变化离子比值地球化学特征湖南新田

石灰土对硫酸型酸雨缓冲过程模拟及碳汇效应研究

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中国岩溶 2022年第5期41卷 796-807页

作者：赵光帅黄奇波朱义年李腾芳普政功桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林541004 中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 联合国教科文组织国际岩溶研究中心/岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心广西桂林541004 广西岩溶资源环境工程技术研究中心广西桂林541004

硫酸型酸雨沉降至地表经石灰土缓冲后,参与碳酸盐岩溶蚀及对岩溶碳汇的影响尚不明确,严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究通过设置不同土层厚度条件下pH4.5的硫酸型酸雨淋滤实验,以明确石灰土对硫酸型酸雨的缓冲过程及关键控... 详细信息

硫酸型酸雨沉降至地表经石灰土缓冲后,参与碳酸盐岩溶蚀及对岩溶碳汇的影响尚不明确,严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究通过设置不同土层厚度条件下pH4.5的硫酸型酸雨淋滤实验,以明确石灰土对硫酸型酸雨的缓冲过程及关键控制因素。结果表明:石灰土对酸雨的缓冲作用主要发生在表层(10 cm),淋出液中Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_(3)^(-)含量在淋溶初期均表现快速降低,当淋溶量(土壤水达饱和后)为1020 mL时Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCOj淋失量趋于稳定,稳定淋失量分别为20 mg·L^(-1)、6mgL、40mg·L^(-1)。淋出液中被酸雨H交换出的Ca^(2+)、Mg^(2+)仅占很小一部分,土壤水溶性Ca^(2+)、Mg^(2+)是淋出液中Ca^(2+)、Mg^(2+)的主要部分,开放系统中,大气和土壤CO_(2)溶于降雨形成H_(2)CO,不仅增加碳汇,且H,CO,解离产生的H'交换土壤中交换态Ca^(2+)、Mg^(2+),造成Ca^(2+)、Mg^(2+)的淋失量不容忽视。不同厚度.石灰土中交换性钙镁可缓冲酸雨容量均大于土壤碳酸钙矿物可缓冲容量,前者是后者的1.17-1.59倍。相同酸度、同一降雨量(土壤水达饱和后)下土壤盐基离子参与酸雨缓冲产生的碳汇量约为碳酸盐矿物风化缓冲产生碳汇量的2.1倍,不同厚度(≥10 cm)石灰土产生的碳汇量大致相等。根据本次实验及桂林市降雨数据计算,桂林市质纯石灰岩风化残积土壤区(土层厚度≥10cm),土壤盐基离子参与酸雨缓冲每年可产生0.59~0.93 mol-m^(-2)的碳汇通量。

关键词：石灰土硫酸型酸雨盐基离子缓冲机制碳汇通量

黎塘富含铁锰结核土壤区碳酸盐岩稀土元素特征及其形成环境

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中国稀土学报 2018年第1期36卷 114-121页

作者：苏春田王红梅黄晨晖罗飞杨杨赵光帅中国地质大学环境学院湖北武汉430074 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

为掌握黎塘富含铁锰结核土壤区碳酸盐岩稀土元素特征,对研究区岩石样品进行了采样分析,并对其形成环境进行了讨论。结果表明:研究区碎屑岩岩石样品远高于碳酸盐岩,碳酸盐岩不同地层具有一定差异,碳酸盐岩轻稀土元素之间、重稀土元素之... 详细信息

为掌握黎塘富含铁锰结核土壤区碳酸盐岩稀土元素特征,对研究区岩石样品进行了采样分析,并对其形成环境进行了讨论。结果表明:研究区碎屑岩岩石样品远高于碳酸盐岩,碳酸盐岩不同地层具有一定差异,碳酸盐岩轻稀土元素之间、重稀土元素之间分馏不明显,而碎屑岩具有一定分馏特征。碳酸盐岩Y/Ho的比值以及Ce以负异常为主,表明碳酸盐岩应为海相-氧化环境,δCe与LaN/SmN、DyN/SmN的相关性表明经过了后期成岩的改造作用。碎屑岩Y/Ho的比值以及Ce基本无异常,表明碎屑岩应为湖相成因,当时沉积水体氧化还原条件基本无变化。碳酸盐岩不同地层δCe的差异,说明了氧化性随地质时期的变化,这种变化推断为后期土壤铁锰结核的形成起到了重要的作用。

关键词：稀土元素铁锰结核岩溶区黎塘

湖南省新田县富锶岩溶水矿物饱和指数特征,Sr^(2+)、SO_(4)^(2-)来源及开发潜力

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中国地质 2024年第3期51卷 1046-1058页

作者：赵光帅苏春田黄奇波朱义年杨杨罗飞李小盼桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林541004 中国地质科学院岩溶地质研究所广西桂林541004 自然资源部/广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 联合国教科文组织国际岩溶研究中心/岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心广西桂林541004 广西平果喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站广西平果531406 中国地质大学(武汉) 湖北武汉430074

【研究目的】湖南新田县发现大型富锶矿泉水田,然而锶元素来源及锶矿泉开发利用潜力研究相对薄弱,此外探究富锶岩溶水水化学特征及锶元素来源可为岩溶区寻找富锶地下水提供一定的理论支撑。【研究方法】通过开展水文地质调查,富锶地下... 详细信息

【研究目的】湖南新田县发现大型富锶矿泉水田,然而锶元素来源及锶矿泉开发利用潜力研究相对薄弱,此外探究富锶岩溶水水化学特征及锶元素来源可为岩溶区寻找富锶地下水提供一定的理论支撑。【研究方法】通过开展水文地质调查,富锶地下水水化学指标检测分析,利用PHREEQC软件、水化学计量法、端元法、水文地质参数等揭示富锶岩溶水矿物饱和指数特征,Sr^(2+)、SO_(4)^(2-)来源及富锶地下水开发潜力。【研究结果】方解石在下降泉和机井中均主要处于饱和状态,白云石由下降泉中未饱和状态转为机井中的饱和状态,菱锶矿在机井中出现饱和状态,石膏在下降泉和机井中均为未饱和状态。下降泉中矿物饱和指数随泉水溶解性总固体增加而升高,两者呈较好的正相关关系,但在机井中两者相关性较差。下降泉SO_(4)^(2-)和大气降水SO_(4)^(2-)具有较好的拟合关系,根据Ca^(2+)、Mg^(2+)、Sr^(2+)、HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)化学计量关系,机井中SO_(4)^(2-)可能来源于石膏溶解。下降泉中Sr^(2+)主要来源于石灰岩中以类质同像置换钙的锶,机井中Sr^(2+)较大可能来源于含水层中菱锶矿。研究区85.2%水点的地下水符合国家生活饮用水卫生标准,超标水点多为单指标超标。经计算,枯水年富锶地下水天然补给资源量、可开采资源量和地下水资源潜力分别为3.83×10^(7)m^(3)/a、1.05×10^(7)m^(3)/a、7.28×10^(6)m^(3)/a。【结论】新田县富锶地下水中锶主要来源于泥盆系佘田桥组地层含锶矿物(类质同像置换钙的锶和菱锶矿)的溶解,富锶地下水资源量及资源潜力可观,具有较大的开发利用潜力与价值。

关键词：富锶岩溶水矿物饱和指数 Sr^(2+)和SO_(4)^(2-) 开发潜力水文地质调查工程新田县湖南省

典型岩溶丘陵区地下水水化学特征及地球化学敏感性分析——以武冈东部地区为例

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中国岩溶 2018年第2期37卷 53-59页

作者：罗飞苏春田潘晓东杨杨赵光帅中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 联合国教科文组织国际岩溶研究中心广西桂林541004

通过对典型岩溶丘陵区地下水进行水化学特征及地球化学敏感性的研究表明,该地下水系统水化学特征阳离子以Ca^(2+)、Mg^(2+)为主,阴离子以HCO_3^-、NO_3^-、SO_4^(2-)为主,受水岩作用及人类活动共同影响;Mg^(2+)/Ca^(2+)受岩性控制,流经... 详细信息

通过对典型岩溶丘陵区地下水进行水化学特征及地球化学敏感性的研究表明,该地下水系统水化学特征阳离子以Ca^(2+)、Mg^(2+)为主,阴离子以HCO_3^-、NO_3^-、SO_4^(2-)为主,受水岩作用及人类活动共同影响;Mg^(2+)/Ca^(2+)受岩性控制,流经白云岩地层最高,灰岩夹白云岩次之,灰岩最低;研究区岩溶地下水表现出较高的地球化学敏感性。阳离子以Ca^(2+)最为敏感,其次为Mg^(2+),阴离子以HCO_3^-最为敏感,其次为NO_3^-,元素的地球化学敏感性大小依次为:HCO_3^->Ca^(2+)>Mg^(2+)>NO_3^->SO_4^(2-)>Cl^->Na^+>K^+;以敏感性最强的敏感因子HCO_3^-对研究区岩溶地下水进行敏感性等级划分。研究区低敏感性的水点仅占7.27%,中敏感性的水点占25.45%,高敏感性的水点占67.28%。通过地球化学敏感性划分统计结果显示,对该地区地下水的保护显得十分重要且迫切。

关键词：岩溶丘陵区地下水水化学地球化学敏感性

采冶矿活动对贵州省赫章县地下水质量影响的空间特征

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地球与环境 2016年第2期44卷 237-242页

作者：赵光帅谢运球洪涛喻崎雯唐秀观中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶生态系统与石漠化治理重点实验室广西桂林541004 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 广西师范大学广西桂林541004

以赫章县地下河和泉为对象,通过采样、水质分析研究采冶矿活动对县域地下水中元素含量的影响,运用地下水质量标准(GB/T14848-93)评价其水质状况,并采用GIS软件揭示水质变化的空间特征。结果表明,赫章县地下水Fe、Mn、Pb元素平均含量超... 详细信息

以赫章县地下河和泉为对象,通过采样、水质分析研究采冶矿活动对县域地下水中元素含量的影响,运用地下水质量标准(GB/T14848-93)评价其水质状况,并采用GIS软件揭示水质变化的空间特征。结果表明,赫章县地下水Fe、Mn、Pb元素平均含量超过国家地下水环境质量Ⅲ类标准,其中Fe的平均含量超过国标Ⅲ类水质量标准2.5倍,Mn超过1.4倍,Pb超过0.05倍。水体中Fe、Mn、Cu、Cd元素含量受区域原生地球化学环境控制,同时表生地球化学作用和人类活动也深刻影响水中元素的含量与分布。县域内地下水质量整体较好,较差水质仅分布在中部地区采冶矿点处,揭示了采冶矿带来的尾矿、矿渣经风化、蚀变、分解作用后向水体环境释放诸种重金属元素。

关键词：采冶矿赫章县重金属地下水质量

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燃气管网相邻地下空间天然气泄漏扩散研究

桂林岩溶区石灰土壤对酸雨缓冲作用的观测及其对岩溶碳汇的指示意义

中国科技纵横 2024年第19期 66-68页

作者：赵光帅常松闫宇正元数字科技研究院北京 101300 正元数字科技研究院北京 101300 正元地理信息集团股份有限公司北京 101300

随着时间推移及不可抗力因素影响,埋地燃气输送管网可能发生泄漏,进而导致相邻地下空间发生燃气积聚扩散现象.为探明地下燃气管道泄漏后燃气在相邻地下空间内的扩散行为,本文借助气体泄漏模型和高速扩散模型,分别研究了不同风速和不同... 详细信息

随着时间推移及不可抗力因素影响,埋地燃气输送管网可能发生泄漏,进而导致相邻地下空间发生燃气积聚扩散现象.为探明地下燃气管道泄漏后燃气在相邻地下空间内的扩散行为,本文借助气体泄漏模型和高速扩散模型,分别研究了不同风速和不同等级大气稳定度对燃气泄漏扩散浓度分布的影响.结果表明,燃气泄漏后,在管线内浓度呈现快速下降趋势.在同一大气稳定度条件下,风速增加会加速燃气扩散,降低管线内燃气浓度.而在不同大气稳定度条件下,稳定度等级越低,空气流动越缓慢,更容易造成燃气积聚.

关键词：天然气燃气扩散燃气泄漏地下空间

来源：博看期刊评论

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地球学报 2022年第4期43卷 461-471页

作者：黄奇波吴华英程瑞瑞李腾芳罗飞赵光帅李小盼中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004

近期越来越多的研究显示硫酸、硝酸等外源酸会参与碳酸盐岩溶蚀,但酸雨在碳酸盐岩溶蚀中的作用与碳循环的关系并不明确,严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究选择在酸雨强度大、频率高、岩溶发育典型的桂林丫吉岩溶泉野外科研... 详细信息

近期越来越多的研究显示硫酸、硝酸等外源酸会参与碳酸盐岩溶蚀,但酸雨在碳酸盐岩溶蚀中的作用与碳循环的关系并不明确,严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究选择在酸雨强度大、频率高、岩溶发育典型的桂林丫吉岩溶泉野外科研实验场开展研究,对不同地貌部位土壤和丰水期(4月)、平水期(9月)降雨后土壤水进行分层取样测试。结果显示:土壤的pH范围为5.55~7.81,平均值为6.76±0.61,变异系数为9.11%,土壤水的pH范围为6.69~7.89,平均值为7.21±0.31,变异系数为4.43%,两者均接近中性和中性以上,并呈现出随深度增加而不断增大的趋势性变化规律,土壤pH主要受土壤有机质分解产酸的控制,土壤水pH主要受石灰土富钙偏碱的地球化学背景影响,酸雨对两者的影响较小。土壤阳离子交换量范围为302~423 mmol(+)/kg,位于酸沉降不敏感区的土壤范围内,土壤对酸雨来源的H+具有较好的缓冲能力。土壤水中碱性离子(Ca^(2+)+Mg^(2+))所占比例范围为23.66%~25.0%,平均值为24.25%±0.33%,变异系数为1.36%,含量稳定;酸性离子(SO_(4)^(2–)+NO_(3)^(-))所占比例范围为2.47%~18.94%,平均值为7.69%±5.09%,变异系数为66.28%,随着深度增加,土壤水中酸性离子浓度逐渐降低;土壤pH值呈碱性,可以认为,酸雨成分并没有穿透土壤层进入岩溶含水层,没有产生减碳汇效应。前期的研究由于没有考虑石灰土壤层对酸雨的缓冲作用,高估了酸雨的减汇效应。

关键词：酸雨 pH 土壤酸缓冲作用土壤水阳离子交换量岩溶碳汇效应

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