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西南喀斯特地区水体溶解无机碳时空分布特征及其来源分析

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地球与环境 2024年

作者：张晓慧焦树林杨柳英韦宗校张文龙贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院

碳循环是地球主要物质循环之一，对全球气候变化与人类发展具有重要影响。本文梳理了近年来嘉陵江水系、乌江水系、赤水河水系及西江水系溶解无机碳的相关研究成果，对西南喀斯特地区水体溶解无机碳(DIC)与碳同位素(δ13CDIC)的时空分... 详细信息

碳循环是地球主要物质循环之一，对全球气候变化与人类发展具有重要影响。本文梳理了近年来嘉陵江水系、乌江水系、赤水河水系及西江水系溶解无机碳的相关研究成果，对西南喀斯特地区水体溶解无机碳(DIC)与碳同位素(δ13CDIC)的时空分布特征、影响因素及其来源进行全域性视角分析，并得出以下结论：(1)西南喀斯特地区水体DIC含量与δ13CDIC值在各水系之间存在差异性，具有显著时空分布特征，其中赤水河水系DIC含量(2.79 mmol/L)与δ13CDIC值(–8.15‰)均最高，西江水系DIC含量(1.95 mmol/L)与δ13CDIC值(–10.6‰)最低；(2)该地区DIC含量变化受到碳酸盐岩化学风化、气候变化及人类活动等因素的综合影响；(3)流域内DIC主要来源于碳酸盐岩风化与土壤CO2。研究结果有助于推动河流流域溶解无机碳变化的研究，为我国水体碳循环研究提供理论基础。

关键词：西南喀斯特地区溶解无机碳稳定碳同位素时空分布影响因素

黄、东海秋季水体溶解无机碳稳定同位素组成特征及其指示意义

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海洋地质前沿 2024年第8期40卷 96-98页

作者：李艳霞杨凌霄山东大学环境研究院青岛266237

0引言海洋是重要的碳汇,空气中的CO_(2)持续通过海-气界面被水体吸收,在降低大气CO_(2)含量的同时也导致海水酸化,由此也导致水体中溶解无机碳(DIC)的13C同位素组成逐渐偏负[1]。全球不同海域因为初级生产力、水团循环的差异,导致其δ^(... 详细信息

0引言海洋是重要的碳汇,空气中的CO_(2)持续通过海-气界面被水体吸收,在降低大气CO_(2)含量的同时也导致海水酸化,由此也导致水体中溶解无机碳(DIC)的13C同位素组成逐渐偏负[1]。全球不同海域因为初级生产力、水团循环的差异,导致其δ^(13)C组成差异显著。δ^(13)C也成为评估人为活动释放CO_(2)对海洋水体DIC影响程度的关键指标之一。

关键词：稳定同位素组成海洋水体溶解无机碳海水酸化初级生产力人为活动

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溶解无机碳的拉曼光谱定量分析可行性研究

中国环境科学 2014年第10期34卷 2631-2636页

作者：田陟贤张鑫刘昌岭孟庆国阎军中国科学院海洋研究所中国科学院海洋地质与环境重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 青岛海洋地质研究所国土资源部天然气水合物重点实验室山东青岛266071

海水溶解无机碳（DIC）的平均浓度约为2.05mmol/L,其中HCO3-占93%, CO32-为6%,CO2和H2CO3共1%.HCO3-的拉曼散射活性太弱,而其他成分的浓度又过低,使得海水中DIC组分不能产生明显的拉曼散射强度,目前还未见有关溶解无机碳拉曼光谱定量分... 详细信息

海水溶解无机碳（DIC）的平均浓度约为2.05mmol/L,其中HCO3-占93%, CO32-为6%,CO2和H2CO3共1%.HCO3-的拉曼散射活性太弱,而其他成分的浓度又过低,使得海水中DIC组分不能产生明显的拉曼散射强度,目前还未见有关溶解无机碳拉曼光谱定量分析的报道.为突破这一局限,本研究探索了一种碱化辅助的拉曼定量分析方法,以海水DIC中拉曼活性最低、占比例最大的HCO3-为研究对象进行了可行性实验研究.通过碱化处理（100mL样品中添加NaOH试剂15mg）将HCO3-转化为拉曼活性更强的CO32-,有效提高了拉曼光谱系统对HCO3-的检出限（〈3mmol/L）.定量分析使用内标定法,选取水在~1635cm-1附近的 O-H 弯曲振动谱带作为标定物.实验结果显示,该方法对与海水中浓度相当的低浓度HCO3-溶液的定量分析具有良好的精度（相对误差〈6.5%）.

关键词：海水溶解无机碳拉曼光谱定量分析碳酸氢根

溶解无机碳稳定同位素分析样品的前处理方法及黄渤海夏季数据初步分析

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环境化学 2021年第7期40卷 2115-2124页

作者：刘朔江杨庶刘梦梦张永翟惟东山东大学海洋研究院青岛266237

设计并优化了一套海水中溶解无机碳(DIC)稳定同位素(δ13CDIC)的预处理装置,并通过光腔衰荡光谱法对其进行分析测定.在整个预处理及测定过程,通过向海水样品中添加磷酸并在高纯氮气的吹扫下使用气体采样袋收集其产生的CO_(2)气体,随后... 详细信息

设计并优化了一套海水中溶解无机碳(DIC)稳定同位素(δ13CDIC)的预处理装置,并通过光腔衰荡光谱法对其进行分析测定.在整个预处理及测定过程,通过向海水样品中添加磷酸并在高纯氮气的吹扫下使用气体采样袋收集其产生的CO_(2)气体,随后将气体采样袋连接Picarro G2121-i型仪器进行δ13CDIC的测定.通过对影响因素的研究确定了预处理条件为:海水样品体积30 mL,85%(V/V)浓磷酸使用量1 mL,吹扫流速150 mL·min^(−1),吹扫时间4 min 20 s,仪器测定时间约10 min.在此条件下DIC回收率超过99%,且δ13CDIC的测定标准偏差小于0.1‰,极差小于0.2‰.基于此条件,对2019年夏季黄渤海典型断面不同水层的δ13CDIC进行了测定.表层海水中δ13CDIC数据大部分集中在−0.5‰与0.5‰之间,其中黄海表层平均值为−0.2‰±0.5‰;底层海水中δ13CDIC在−2.0‰至−0.4‰的范围内,平均值为−1.3‰±0.5‰.这种表层高、底层低的整体趋势主要受控于海气交换、光合作用、呼吸/矿化作用等生物地球化学过程,也与这两个海域经常发生夏季底层水耗氧酸化现象一致.本研究为海水中δ13CDIC水样的前处理提供了一种经济、高效的手段.

关键词：黄渤海溶解无机碳碳稳定同位素光腔衰荡光谱技术

鄱阳湖水体溶解无机碳的季节变化、输送及其来源

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湖泊科学 2022年第2期34卷 528-537页

作者：李艳红葛刚胡春华江西省水利科学院江西省鄱阳湖水资源与环境重点实验室南昌330029 南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室资源环境与化工学院南昌330031

为深入理解鄱阳湖水体溶解性无机碳(DIC)、碳同位素时空分布特征及其影响因素,继而了解鄱阳湖碳通量及其主要碳源贡献率,于20192020年典型水文季节对鄱阳湖湖区及“五河”入湖口进行样品采集分析,采用统计学方法初步分析鄱阳湖及入湖口... 详细信息

为深入理解鄱阳湖水体溶解性无机碳(DIC)、碳同位素时空分布特征及其影响因素,继而了解鄱阳湖碳通量及其主要碳源贡献率,于20192020年典型水文季节对鄱阳湖湖区及“五河”入湖口进行样品采集分析,采用统计学方法初步分析鄱阳湖及入湖口水体中DIC及其同位素(δ^(13) C_(DIC))分布特征.结果表明:(1)DIC浓度丰水期大于枯水期,而δ^(13) C_(DIC)值则相反,枯水期偏正,丰水期相对偏负;(2)鄱阳湖丰水期DIC月通量为266.1~268.4 t,平均值为267.3 t,枯水期DIC月通量为2.88~5.94 t,平均值为4.41 t,丰水期DIC通量是枯水期的60.6倍.CO_(2)水气交换对鄱阳湖碳通量贡献率最大,为73.07%,其次为河流输入,为15.53%;(3)溶解碳酸盐岩风化是控制流域DIC来源及其δ^(13) C_(DIC)组成的主要机制,季节性降雨形成的径流量变化是不同碳源对鄱阳湖碳通量贡献的主要控制因素.

关键词：溶解无机碳碳同位素碳通量碳源贡献率鄱阳湖

溶解无机碳及其同位素组成特征对初期水库过程的响应——以新建水库(洪家渡)为例

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矿物学报 2009年第2期29卷 268-274页

作者：喻元秀汪福顺王宝利李干蓉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 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 上海大学环境与化工学院上海201800 贵州师范大学贵州贵阳550002

水坝拦截引起的生物地球化学影响越来越引起人们的重视。本文以我国西南喀斯特地区新建的洪家渡水库为例,详细分析了该水库入库水体、出库水体和水库坝前水体的溶解无机碳含量(D IC)及其同位素组成(1δ3CD IC)特征。结果表明:河流经水... 详细信息

水坝拦截引起的生物地球化学影响越来越引起人们的重视。本文以我国西南喀斯特地区新建的洪家渡水库为例,详细分析了该水库入库水体、出库水体和水库坝前水体的溶解无机碳含量(D IC)及其同位素组成(1δ3CD IC)特征。结果表明:河流经水库作用后水体无机碳体系发生显著变化。洪家渡水库入库水体D IC和1δ3CD IC值的年均分别为2.14 mmol/L和-6.6‰,库区表层水体为2.12 mmol/L和-6.5‰,出库水体为2.22mmol/L及-8.6‰。总体上,入库水体D IC含量低于出库水体,而溶解无机碳同位素组成却比出库水体偏正。就全年平均而言,出库水体的D IC浓度比入库水体和库区表层水体中分别高出3.7%和4.7%;同时,其D IC的同位素组成相对更偏负,出库水体中δ13CD IC值比入库水体和库区表层水体分别偏负30.3%和32.3%。在垂直剖面上,水体中D IC含量随着深度的增加而增高,1δ3CD IC值随水深的增加而偏负。由于水库为底层泄水,使得出库水体中D IC含量增高,而δ13CD IC值偏负。河流受水坝拦截后,水化学特征发生显著改变,逐渐向湖沼型方向演化。

关键词：溶解无机碳碳同位素初期水库过程洪家渡水库

气相色谱-稳定同位素质谱法测定溶解无机碳碳同位素

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分析化学 2007年第10期35卷 1455-1458页

作者：李中平陶明信李立武王作栋杜丽张明峰中国科学院地质与地球物理研究所气体地球化学重点实验室北京师范大学资源学院地表过程与资源生态国家重点实验室

选用NaHCO3配制了浓度分别为0.24、1.19、2.38和4.76 mmol/L的溶解无机碳(D IC)溶液,经过1h、4h、8h和24h不同平衡时间,建立了一种分析D IC碳同位素的方法。不同浓度的D IC样品与其母质NaHCO3的1δ3C值之间的差值仅为(0.20.5)‰。通过... 详细信息

选用NaHCO3配制了浓度分别为0.24、1.19、2.38和4.76 mmol/L的溶解无机碳(D IC)溶液,经过1h、4h、8h和24h不同平衡时间,建立了一种分析D IC碳同位素的方法。不同浓度的D IC样品与其母质NaHCO3的1δ3C值之间的差值仅为(0.20.5)‰。通过对照组的实验结果和对空气CO2的碳同位素测试与研究,证明此方法可有效避免实验过程中大气等物质对样品的污染,确保实验结果的准确性。

关键词：溶解无机碳碳同位素组成气相色谱-稳定同位素质谱

平寨水库夏季热分层期间水化学及溶解无机碳变化

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长江流域资源与环境 2021年第4期30卷 936-945页

作者：刘贤梅周忠发张昊天但雨生蒋翼贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州贵阳550001

为探究喀斯特地质环境下的水库水化学及溶解无机碳的空间特征,选取了典型喀斯特地区贵州省黔中水利枢纽工程水源区平寨水库作为研究区,于夏季热分层期间(2019年7月)对平寨水库进行分层采样,对水体主要理化数据及溶解的无机碳碳同位素进... 详细信息

为探究喀斯特地质环境下的水库水化学及溶解无机碳的空间特征,选取了典型喀斯特地区贵州省黔中水利枢纽工程水源区平寨水库作为研究区,于夏季热分层期间(2019年7月)对平寨水库进行分层采样,对水体主要理化数据及溶解的无机碳碳同位素进行分析。结果表明:(1)平寨水库在夏季存在明显的热分层现象:表水层(0~-10 m)、温跃层(-10~-30 m)、恒温层(-30~-60 m)。水温随着深度的增加呈下降趋势,最后趋于稳定(T_((平均)):25.62~12.43℃),水体pH值、溶解氧(DO)、电导率(EC)、叶绿素a(Chl-a)等物理化学性质在垂向上也出现了明显的分层;(2)平寨水库水化学类型为HCO_(3)+SO_(4)-Ca型,其水体水化学主要受碳酸盐岩平衡体系控制;(3)水体溶解无机碳(DIC)及其同位素组成(δ^(13)C_(DIC))变化:DIC浓度随水体深度增加而逐渐升高(DIC_((平均)):1.8~3.03 mg·L-1),δ^(13)C_(DIC)呈偏轻趋势(δ^(13)C_(DIC)_((平均)):-6.23‰~-11.45‰)。分析认为,太阳辐射、水生生物的分布状况及其光合作用和呼吸作用强度、有机质分解程度等在不同深度存在差异,使水体理化性质和DIC出现了显著的分层,进而影响δ^(13)C_(DIC)的分馏。碳酸盐岩的溶解与沉淀对DIC含量及其稳定同位素分馏影响不大。

关键词：溶解无机碳稳定碳同位素热分层平寨水库

石漠化治理对岩溶地下水水化学和溶解无机碳稳定同位素的影响

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环境科学 2015年第5期36卷 1590-1597页

作者：肖时珍熊康宁蓝家程张晖杨龙贵州师范大学中国南方喀斯特研究院贵阳550001 西南大学地理科学学院重庆400715 国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心贵阳550001

以贵州关岭-贞丰花江岩溶石漠化综合治理示范区不同土地利用类型和不同石漠化治理模式的5个泉点为研究对象,分析泉水水化学特征及溶解无机碳(DIC)稳定同位素(δ13CDIC)的分布和变化,揭示石漠化治理的岩溶效应和水质效应.结果表明,研究... 详细信息

以贵州关岭-贞丰花江岩溶石漠化综合治理示范区不同土地利用类型和不同石漠化治理模式的5个泉点为研究对象,分析泉水水化学特征及溶解无机碳(DIC)稳定同位素(δ13CDIC)的分布和变化,揭示石漠化治理的岩溶效应和水质效应.结果表明,研究区地下水水化学类型为重碳酸-钙型(HCO3-Ca),人类活动干预相对较少的水井湾、戈贝和毛家湾泉水的水质较好,而受农业活动影响较多的吊井和谭家寨泉水主要离子浓度和电导率都较高,水质相对较差;泉水p H值、方解石饱和指数(SIc)和二氧化碳分压(p CO2)对土地利用或石漠化治理反应敏感,表现为水井湾、吊井、谭家寨和戈贝泉水中的p H值和SIc小于毛家湾泉水,相反p CO2明显大于毛家湾泉水;水井湾、毛家湾、戈贝泉水中的(Ca2++Mg2+)/HCO-3当量比接近1∶1,以碳酸风化碳酸盐岩为主,吊井和谭家寨泉水中(Ca2++Mg2+)相对HCO-3明显偏高,主要是因为受到农业活动强烈影响,可能有硫酸和硝酸参与了碳酸盐岩的溶蚀;此外,雨季由于生物旺盛,泉水中的δ13CDIC值较旱季偏轻;不同泉水中δ13CDIC平均值大小顺序为吊井(-12.79‰)<水井湾(-12.48‰)<戈贝(-10.76‰)<毛家湾(-10.30‰)<谭家寨(-6.70‰),反映了石漠化和农业施肥影响下的地下水的δ13CDIC值偏重,石漠化治理后泉水的δ13CDIC值则偏轻.

关键词：石漠化治理岩溶水化学溶解无机碳土地利用