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黄河水氢、氧同位素组成特征及其气候变化响应

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中国环境科学 2017年第5期37卷 1906-1914页

作者：范百龄张东陶正华赵志琦贵州民族大学贵州贵阳550025 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵州贵阳550002 河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

于2012年7~8月采集黄河流域干流和支流河水样品,通过分析水体氢氧同位素组成的时间和空间变化特征,研究了河水主要来源的变化以及其对流域气候变化的响应.结果表明:除源头河水外,黄河干流河水δD值变化范围为-97.2‰^-62.9‰,均值为-72.... 详细信息

于2012年7~8月采集黄河流域干流和支流河水样品,通过分析水体氢氧同位素组成的时间和空间变化特征,研究了河水主要来源的变化以及其对流域气候变化的响应.结果表明:除源头河水外,黄河干流河水δD值变化范围为-97.2‰^-62.9‰,均值为-72.2‰,δ^(18)O值范围为-13.0‰^-8.7‰,均值为-9.9‰,d盈余值为4.1‰~11.0‰,均值为7.0‰;支流河水δD值范围为-103.8‰^-30.5‰,均值为-68.9‰,δ^(18)O值范围为-13.7‰^-1.5‰,均值为-9.2‰,d盈余值为-18.5‰~13.2‰,均值为4.5‰.黄河干流兰州段以上以及中游河水氢氧同位素均值均偏负,而兰州至头道拐和下游河水氢氧同位素均值偏正,但河水氘盈余均值呈现由上游到下游逐渐降低的趋势.黄河干流和支流河水Na^+/Cl^-摩尔比值范围为0.94~3.02,源头区黄河干流河水Na^+/Cl^-摩尔比均值为1.02,兰州段以上均值为1.58,兰州至头道拐间均值为1.30,中游均值为1.79,下游均值为1.41.河水Na^+/Cl^-摩尔比值与河水δ^(18)O值呈较好的负相关关系,表明黄河河水受大气降水补给,地下水补给以及蒸发作用等控制.与前人研究结果对比发现,2000年以来黄河河水年径流量逐渐增加,上游河水受二次蒸发过程影响在降低,中游和下游河水受蒸发作用影响在减弱,显示区域气候干旱状况有所降低.

关键词：黄河流域氢氧同位素大气降水气候变化

黄河流域河水水化学组成的时间和空间变化特征

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生态学杂志 2017年第5期36卷 1390-1401页

作者：何姜毅张东赵志琦陇东学院能源工程学院甘肃庆阳745000 河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳550002

选择我国黄河流域河水作为研究对象,分别在上游唐乃亥和青铜峡站,中游花园口站和下游的济南站对河水进行为期2年的逐月采样。分析河水主要离子浓度时空变化特征,探讨自然因素和人为活动对河水水化学组成的控制作用。结果表明:(1)黄河流... 详细信息

选择我国黄河流域河水作为研究对象,分别在上游唐乃亥和青铜峡站,中游花园口站和下游的济南站对河水进行为期2年的逐月采样。分析河水主要离子浓度时空变化特征,探讨自然因素和人为活动对河水水化学组成的控制作用。结果表明:(1)黄河流域不同站点河水pH值变化范围6.90~9.00,均值为7.94,TDS值变化范围为178~685 mg·L^(-1),均值为453 mg·L^(-1),河水pH均值呈现从上游到下游逐渐降低的趋势,TDS均值呈现从上游到下游逐渐增加的趋势;(2)黄河流域不同站点河水水化学类型差异明显,上游唐乃亥站河水水化学类型以HCO3-Ca型为主,青铜峡和花园口站点河水水化学类型以HCO_3-SO_4-Ca-Na型为主,花园口站点个别月份河水水化学类型变为SO_4-Ca-Mg型和Cl-Na型,济南站点河水水化学类型以HCO_3-SO_4-Na-Ca型为主,个别月份河水水化学类型变为ClNa型;(3)黄河流域不同站点受降雨稀释作用影响,丰水期(7月份和8月份)河水溶解性离子含量普遍偏低,在冬季(12月份左右)和冰融期(3月份左右)河水溶解性离子含量普遍偏高;(4)黄河流域河水水化学组成主要受到自然因素控制,其中上游唐乃亥站点河水受碳酸盐岩矿物化学风化影响较大,同时硫酸参与碳酸盐岩矿物化学风化;进入黄土高原区后,受硅酸盐岩矿物风化和蒸发盐岩矿物溶解影响增加。下游花园口和济南站河水5月份和6月份左右NO_3^-含量略微升高可能与农田灌溉回水有关。

关键词：黄河流域水化学组成时空变化控制因素

黄河流域河水中氟的来源及其转化控制因素分析

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矿物岩石地球化学通报 2022年第3期41卷 625-634页

作者：范百龄杨香琴石晓磊陶正华张东赵志琦贵州民族大学生态环境工程学院贵阳550025 深圳大学高等研究院深圳518060 河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 长安大学地球科学与资源学院西安710054

河水中氟(F^(-))的迁移转化是表生环境氟暴露的重要过程,与人体健康密切相关。为揭示黄河流域河水中氟的地球化学行为,本研究分析了黄河水中F^(-)含量的空间分布特征,阐释了黄河水F^(-)含量变化与水化学组成之间的关系,利用氧同位素组... 详细信息

河水中氟(F^(-))的迁移转化是表生环境氟暴露的重要过程,与人体健康密切相关。为揭示黄河流域河水中氟的地球化学行为,本研究分析了黄河水中F^(-)含量的空间分布特征,阐释了黄河水F^(-)含量变化与水化学组成之间的关系,利用氧同位素组成揭示F^(-)地球化学特征及其控制机制。结果表明,干流河水F^(-)含量与Cl^(-)含量、TDS及δ^(18)O指标之间呈显著相关,但相关性特征在吴堡河段出现反转。吴堡河段以上河水的F^(-)含量与Cl^(-)含量、TDS含量及δ^(18)O之间呈现显著的正相关,而吴堡以下则转为显著的负相关,这一相反关系说明黄河河水F^(-)含量的沿程变化分两阶段控制,吴堡以上河水F^(-)含量变化主要受蒸发作用和蒸发盐溶解控制,吴堡以下河水F^(-)含量主要与地下水的补给有关。

关键词：黄河流域氟(F^(-)) 氧同位素蒸发作用地下水补给

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农业活动干扰下地下水无机碳循环过程研究

中国环境科学 2015年第11期35卷 3359-3370页

作者：张东刘丛强汪福顺赵志琦河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵州贵阳550002 上海大学环境与化学工程学院上海宝山200433

为准确识别浅层地下水污染来源及污染过程,选择我国北方某集约化蔬菜种植基地浅层地下水作为研究对象,借助水化学组成、氢氧同位素以及溶解性无机碳(DIC)碳同位素组成,探讨浅层地下水来源以及DIC来源和迁移转化特征.结果表明:浅层地下... 详细信息

为准确识别浅层地下水污染来源及污染过程,选择我国北方某集约化蔬菜种植基地浅层地下水作为研究对象,借助水化学组成、氢氧同位素以及溶解性无机碳(DIC)碳同位素组成,探讨浅层地下水来源以及DIC来源和迁移转化特征.结果表明:浅层地下水阳离子以Ca2+和Mg2+为主,阴离子以HCO3-和SO42-为主,沿地下水流向,水化学类型由HCO3--Ca2+-Mg2+型转变为HCO3--SO42--Mg2+-Ca2+型;浅层地下水δD组成范围为-69.6‰^-52.7‰,均值为-63.5‰,δ18O组成范围为-9.29‰^-6.80‰,均值为-8.45‰.大气降水是浅层地下水重要补给来源,靠近河水的浅层地下水还接受地表水的补给;浅层地下水δ13CDIC组成范围为-11.76‰^-5.85‰,均值为-10.43‰.浅层地下水DIC来源包括土壤CO2、碳酸盐矿物以及有机质分解.河水DIC侧渗对局部浅层地下水DIC碳同位素造成影响,化学肥料引起的酸性物质参与碳酸盐矿物风化作用以及浅层地下水CO2去气作用对地下水δ13CDIC组成产生影响,在利用DIC碳同位素识别地下水污染来源时需要引起重视.

关键词：农业活动浅层地下水溶解性无机碳碳同位素酸化 CO2去气作用

我国北方小流域硫酸参与碳酸盐矿物化学风化过程研究

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环境科学学报 2015年第11期35卷 3568-3578页

作者：张东秦勇赵志琦河南理工大学资源环境学院焦作454000 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳550002

硫酸参与碳酸盐岩的风化机制及与区域碳循环的关系是全球气候变化研究的重要课题.选择我国北方小流域(沁河)为研究对象,结合水化学及溶解性无机碳碳同位素组成,通过化学计算法,分析了河水溶解性组分的来源及混入比例,验证了硫酸参与区... 详细信息

硫酸参与碳酸盐岩的风化机制及与区域碳循环的关系是全球气候变化研究的重要课题.选择我国北方小流域(沁河)为研究对象,结合水化学及溶解性无机碳碳同位素组成,通过化学计算法,分析了河水溶解性组分的来源及混入比例,验证了硫酸参与区域碳酸盐的风化过程.结果表明:河水阳离子以Ca2+和Mg2+为主,阴离子以HCO-3和SO2-4为主;沁河流域碳酸盐岩风化、大气输入及蒸发盐溶解对河水阳离子贡献较大,平均比例分别为48.5%、35.3%和14.1%,硅酸盐风化和人为输入贡献比例较小,平均比例分别为1.7%和0.6%;沁河流域碳酸盐类、硅酸盐类及蒸发盐类风化速率分别为8.41、0.07和2.43 t·km-2·a-1,碳酸盐和硅酸盐矿物风化CO2消耗量分别为1.43×105mol·km-2·a-1和0.03×105mol·km-2·a-1;沁河流域硫酸参与碳酸盐风化产生的CO2净释放量为0.63×105mol·km-2·a-1,小于我国南方喀斯特地区CO2净释放量,可能与不同的气候条件及硫化物赋存条件和含量等有关.

关键词：小流域化学风化硫酸碳同位素

寒温带流域硅酸盐岩的风化特征--以嫩江为例

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生态学杂志 2013年第4期32卷 1006-1016页

作者：刘宝剑赵志琦李思亮刘丛强张干胡健丁虎章倬君中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室广州510640 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳550002 中国科学院大学北京100049

测定了嫩江水系河水主要离子组成(Ca2+、Mg2+、Na+、K+、HCO3-、SO42-、Cl-),分析了不同类型岩石风化、大气降水、人为输入对河水溶解质的相对贡献,并对整个流域以及各子流域的岩石风化速率和CO2消耗速率进行了估算。结果表明,嫩江水系... 详细信息

测定了嫩江水系河水主要离子组成(Ca2+、Mg2+、Na+、K+、HCO3-、SO42-、Cl-),分析了不同类型岩石风化、大气降水、人为输入对河水溶解质的相对贡献,并对整个流域以及各子流域的岩石风化速率和CO2消耗速率进行了估算。结果表明,嫩江水系河水呈弱碱性,pH平均值为7.5;阳离子以Ca2+为主,约占阳离子总量的50%;阴离子以HCO3-为主,约占阴离子总量的85%。河水中的阳离子主要来源于硅酸盐岩风化(约38%)和碳酸盐岩风化(约32%),其余来源于蒸发岩溶解(约25%)和人类活动(约5%)以及大气降水输入(<1%)。嫩江流域硅酸盐岩风化速率约为1.37t·km-2·a-1(TDS硅酸盐岩),硅酸盐岩风化对大气CO2的消耗速率约为40.1×103mol·km-2·a-1。

关键词：寒温带嫩江流域硅酸盐岩风化 CO2消耗

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沁河流域水化学组成的空间和时间变化特征

生态学杂志 2016年第6期35卷 1516-1524页

作者：秦勇张东赵志琦河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳550002

选择我国北方小流域(沁河)作为研究对象,分丰水期(8月)和平水期(12月)采集干流和支流河水样品,结合野外现场测试和室内分析等方法,辨析河水化学组成的空间和时间变化特征,阐明人类活动和自然因素对河水溶解组分的控制作用。结果表明:(1... 详细信息

选择我国北方小流域(沁河)作为研究对象,分丰水期(8月)和平水期(12月)采集干流和支流河水样品,结合野外现场测试和室内分析等方法,辨析河水化学组成的空间和时间变化特征,阐明人类活动和自然因素对河水溶解组分的控制作用。结果表明:(1)沁河流域河水丰水期和平水期阳离子主要以Ca^(2+)和Mg^(2+)为主,丰水期当量浓度占比均值分别为45%和41%,平水期分别为43%和41%。阴离子主要以HCO_3^-和SO_4^(2-)为主,丰水期当量浓度占比均值分别为46%和39%,平水期分别为55%和27%。水化学类型表现为HCO_3^--SO_4^(2-)-Ca^(2+)-Mg^(2+)。(2)丰水期河水δD和δ18O均值分别为-65.4‰和-8.76‰,平水期河水δD和δ^(18)O均值分别为-64.6‰和-8.68‰,大气降水是沁河河水主要补给来源,部分水体由于蒸发作用表现为富集氢氧同位素。(3)丰水期和平水期河水[SO_4^(2-)]/[HCO_3^-]当量浓度比值均值分别为0.96和0.54,[Ca^(2+)+Mg^(2+)]/[HCO_3^-]当量浓度比值均值分别为1.88和1.78,硫酸参与碳酸盐矿物化学风化过程,硫酸的来源包括酸雨和硫化物矿物氧化等。(4)沁河流域下游河水NO_3^-和THg含量逐渐升高,受人为活动影响较大,主要来源包括生活污水、工业废水以及农业活动等。

关键词：沁河流域水化学组成岩石风化人类活动

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高硒碳质泥岩中的3株高还原耐受亚硒酸盐菌

地学前缘 2014年第2期21卷 331-341页

作者：袁永强朱建明刘丛强雷磊中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵州贵阳550002 中国科学院大学北京100049

文中研究了高硒碳质泥岩中的3株细菌Bacillus licheni formis SeRB-1、Bacillus ***-2和Arthrobacter ***-3耐受亚硒酸盐的能力。研究表明，低浓度的Se（IV）（〈25mM）对细菌生长有促进作用，高浓度的Se（IV）（〉100raM）起抑制作用... 详细信息

文中研究了高硒碳质泥岩中的3株细菌Bacillus licheni formis SeRB-1、Bacillus ***-2和Arthrobacter ***-3耐受亚硒酸盐的能力。研究表明，低浓度的Se（IV）（〈25mM）对细菌生长有促进作用，高浓度的Se（IV）（〉100raM）起抑制作用。随着Se（IV）浓度的增加，细菌生长的倍增时间延长、增长速率变小、抑制率增大。但细菌耐受Se（IV）的能力可通过不断驯化来有限度的提高。实验得出了其还原耐受亚硒酸盐的浓度高达800mM，抑制细菌生长的半数有效浓度EC50也达到了102．48～150．24mM，可以认为细菌SeRB-1、SeRB-2、SeRB-3为高耐受亚硒酸盐菌。通过透射电镜对细菌的形貌观测发现，在Se（IV）胁迫下，在靠近细菌壁、膜附近位置生成大量的元素硒，这些元素硒的生成可能是细菌为减少Se（IV）毒害而产生的解毒机制；实验中还发现疑似甲基化气体生成，视为其解毒或脱毒的另一机制。因此，本研究成果对于高硒污染区域的微生物修复具有重要的指导意义。

关键词：高硒碳质泥岩亚硒酸盐还原细菌四价硒耐受性高耐受性机理

芽孢杆菌SeRB-2还原亚硒酸盐的动力学研究

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地球与环境 2014年第1期42卷 47-54页

作者：袁永强朱建明刘丛强雷磊中国科学院地球化学研究所贵阳550002 中国科学院大学北京100049

微生物还原亚硒酸盐的动力学研究具有重要的现实意义,可以为Se(IV)污染场地的微生物修复设计提供理论依据。本文研究了兼性厌氧菌Bacillus ***-2对亚硒酸钠的还原动力学。通过指数方程模型、对数方程模型和米氏方程模型的分析可知,Se(IV... 详细信息

微生物还原亚硒酸盐的动力学研究具有重要的现实意义,可以为Se(IV)污染场地的微生物修复设计提供理论依据。本文研究了兼性厌氧菌Bacillus ***-2对亚硒酸钠的还原动力学。通过指数方程模型、对数方程模型和米氏方程模型的分析可知,Se(IV)的细菌还原符合一级反应动力学,还原反应主要集中在对数期和稳定生长前期,米氏方程模型能更好的反映细菌对亚硒酸盐的还原过程。通过对不同Se(IV)浓度下的米氏常数(Km)和最大反应速率(Vmax)的分析发现,当Se(IV)浓度较低时,Km值较小,Vmax值较大,这表明Se(IV)浓度越低,还原亚硒酸盐的酶与Se(IV)的结合能力越强,此时细菌对亚硒酸盐的还原速率越大、还原效率也越高。在本研究中,当Se(IV)浓度为1mmol/L时,其还原效率最高可达90%,能够有效去除或降低Se(IV)污染,说明该菌在Se(IV)污染场地的生物修复上具有应用潜力。

关键词：细菌还原亚硒酸盐动力学参数