- 何柯衡;崔珉铭;
在漫长的地球历史中，生物大灭绝事件屡次发生，特别是显生宙以来至少发生过5次全球性生物大灭绝，汞（Hg）作为将这些事件与大火成岩省喷发连接起来的关键线索，在地质记录中备受关注。然而，先前的研究多倾向于聚焦重大事件导致的特定时期内汞浓度异常现象，缺乏对汞在地质历史时期大尺度下演化的整体性认识。此外，总有机碳（TOC）作为沉积物中汞的主要载体，二者之间的协同演化关系也存有许多未知。因此，本研究以沉积地球化学与古环境项目数据库中汞和碳的记录和近年来5次生物大灭绝事件的文献数据为研究对象。通过观察各时期元素浓度变化，发现SGP数据库记录的最高的4个Hg峰值分别位于508、401、298和111 Ma；通过Spearman′s rho相关系数和回归分析，发现沉积物中Hg与TOC的浓度之间存在正相关关系。对比前人对地质记录中汞浓度异常的解释和沉积物中Hg与TOC关系的研究，我们探讨了造成沉积物中Hg异常的可能因素，认为4个时期Hg含量的高值可能并不都是火山作用造成的；另外，我们发现碳酸盐岩和硅质碎屑岩中Hg与TOC含量的数据在分区拟合下效果最佳，说明在不同沉积环境下沉积物中Hg与TOC含量可能具有不同的耦合关系。
2025年01期 v.53 1-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 2541K] [下载次数：97 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 赵宇豪;曾思博;刘再华;贺海波;石亮星;邵明玉;
岩溶区地表水生生态系统代谢是岩溶区乃至全球碳循环的重要影响过程,目前岩溶区水生代谢相关的碳通量对全球变化的响应机制尚不明确。本研究通过普定岩溶水碳模拟试验场由不同土地利用控制的岩溶地下水-地表水系统,开展水生生物池代谢过程以及相关碳通量连续监测和模型计算,揭示岩溶水生生态系统净生产力(NEP)与气候以及土地利用的耦合关系。结果表明:(1)不同土地利用控制地表水水生生态系统NEP在季节和昼夜尺度上皆呈现出显著差异,其中裸岩控制下地表水的NEP季节变化范围为-1.02～0.60 g C/(m~2·d)、裸土为-0.18～0.59 g C/(m~2·d)、耕地为0.60～0.87 g C/(m~2·d)、草地为0.38～0.74 g C/(m~2·d);(2)水生生态系统NEP对气候变化的响应存在季节性差异,辐射强度主导夏秋季水生生态系统NEP变化,春、冬季表现为风速主导NEP变化,同时降雨对水生生态系统NEP的影响在春季明显小于其他季节;(3)不同土地利用控制下,地表水生生态系统NEP年均值呈现明显差异,表现为裸岩[-10.95 t C/(km~2·a)]<裸土[127.75 t C/(km~2·a)]<草地[229.95 t C/(km~2·a)]<耕地[266.45 t C/(km~2·a)]。本研究表明土地利用变化是岩溶地表水NEP的重要控制因子,土地覆被条件改善促进了碳酸盐岩的溶蚀以及地下水的DIC输入,地表水在DIC施肥后NEP显著上升,水生生态系统从异养转为自养型;土地覆被条件差的岩溶地表水生生态系统NEP受控气温、降雨,覆被条件较好的则受控辐射。这些发现将为岩溶区地表水碳通量的计算与管理提供依据。
2025年01期 v.53 14-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1635K] [下载次数：243 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 余敏芬;戴婷;闫海鱼;胡海燕;
土壤中镉（Cd）受pH及其赋存状态等多种因素影响，其生物有效性可能存在很大差异。常用的土壤生物有效性Cd测定方法是否也适用于喀斯特地质高背景区，尚存在争议。为此，本研究选取贵州喀斯特地质高背景区的高镉浓度（DH村）、中镉浓度（XL村）和非喀斯特区域低镉浓度对照（XN村），采集水稻根际土及其对应的稻米样品，分别采用7种单一化学提取法测定土壤有效态Cd和测定土壤及稻米的总Cd，并分析其相关性。结果显示，喀斯特区域土壤pH范围和平均值分别为DH村5.59～7.02 (6.29±0.45),XL村4.64～7.29 (6.22±0.70)，属于弱碱至弱酸性，显著高于非喀斯特区XN村3.55～5.22 (4.64±0.65)；喀斯特区域土壤总Cd平均值分别为DH村7.47±2.21 mg/kg，和XL村2.03±0.60 mg/kg，显著高于非喀斯特区XN村0.31±0.04 mg/kg。稻米Cd含量与土壤总Cd无正相关关系，但喀斯特区域稻米Cd含量与土壤0.1 mol/L CaCl2提取态Cd呈正相关关系，非喀斯特区域稻米Cd含量与土壤0.005 mol/L DTPA提取态Cd呈正相关关系，这表明pH较高的喀斯特区域土壤高镉和中镉组0.1 mol/L CaCl2提取态Cd，或非喀斯特区域土壤0.005 mol/L DTPA提取态Cd，均可代表相应区域土壤的生物有效态Cd。基于土壤生物有效态Cd和pH建立的多元回归模型，可进一步筛查和预测贵州喀斯特区域稻米Cd是否超标。
2025年01期 v.53 26-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 1183K] [下载次数：230 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 王莹;刘意章;张永祥;黎宇洋;景璟;周旺旺;宁增平;刘承帅;
我国西南地质高背景区与矿业活动区的稻田土壤镉普遍富集，而不同来源镉的活性与风险差异较大，目前对不同成因高镉稻田土壤剖面的对比研究较少。本研究比较了贵州南部地质高背景区和矿业活动区稻田土壤剖面的镉含量、赋存形态和生物有效性的纵向分布特征及主要影响因素。结果表明，地质高背景区土壤镉含量随深度变化小，而矿业活动区土壤镉含量随深度增加而降低。铁锰氧化物结合态和可交换态是研究区土壤中镉的主要赋存形态，矿业活动区土壤可交换态镉占比约为地质高背景区土壤的2倍，且生物有效态镉占比（13.6%）高于地质高背景区土壤（7.76%）。地质高背景区土壤镉的生物有效性受土壤有机质、游离铁氧化物等因素影响，而矿业活动区土壤镉的生物有效性主要受来源影响，活性态镉向下迁移导致深层土壤镉的生物有效性升高。这些研究结果可为喀斯特区不同成因高镉稻田土壤的污染管控提供依据。
2025年01期 v.53 34-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1332K] [下载次数：464 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 莫小妹;彭韬;张信宝;代彬;王世杰;
喀斯特区的土壤较少、水源涵养能力较弱，一旦破坏，植被恢复很困难。喀斯特坡地的岩土结构具有较强的异质性，受到不同岩性背景的限制，植被恢复也表现出明显的空间差异。本研究采用2001—2022年的NDVI时间序列数据，选择贵州3种典型岩性类型的集中连片区域，开展地质背景和植被长期恢复特征的空间叠加分析，以揭示喀斯特区不同岩性背景限制下植被近20年长时期恢复的时空分布特性及其动态变化规律。结果显示，2001年至2022年，贵州省植被整体恢复良好，94.54%的地区植被得到了改善，仅有2.97%的区域出现退化；其中，碎屑岩区域植被以稳定恢复为主，伴有微弱改善；不同岩性对植被长期恢复进程具有显著制约作用，石灰岩区植被恢复速度最快，白云岩区植被恢复缓慢，改善面积为石灰岩（98.85%）>碎屑岩（84.72%）>白云岩（78.98%）。因此，针对喀斯特地区不同岩性坡地植被长期恢复过程受到岩性的显著限制，应因地制宜地采取不同恢复策略：（1）碎屑岩地区应提倡人工林并配合合理采伐策略；（2）石灰岩坡地可开展人工造林，选择高附加值的适生珍贵名木；（3）白云岩坡地应以灌草自然恢复为主，也可种植牧草等经济植物，实行草畜一体化。本研究揭示了喀斯特区岩性对植被恢复的限制效应，为不同区域的岩土结构特点制定针对性的植被恢复策略提供了科学依据，有助于提升生态管理的认识水平和评估能力。
2025年01期 v.53 44-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1856K] [下载次数：455 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 韩祥峰;郭明伟;刘坤;王仕禄;王雨春;包宇飞;陈豪;吴嘉曦;
澜沧江流域规划和修建了大量的水库大坝,其沉积物中有机质来源的定量识别对准确估算水库碳汇强度具有重要意义。本研究于2021年5月在澜沧江下游糯扎渡水库不同区域采集了5根沉积物柱芯,测定了总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量以及有机碳碳同位素(δ~(13)C_(oc))组成。结果表明,糯扎渡水库沉积物TOC含量变化在0.47%～1.79%之间,平均值为1.05%±0.29%。空间上,库尾沉积物TOC含量低于库中和库首,与流域梯级水库TOC的总体变化趋势一致。TOC与TN之间存在显著的正相关关系,回归线的斜率略大于浮游藻类的雷德菲尔德(Redfield)比,表明糯扎渡水库沉积物有机质主要来自水生浮游藻类。根据沉积物C/N比和碳同位素,利用贝叶斯混合模型定量估算沉积物有机质来源,浮游藻类的贡献最大,平均为38%,其次是土壤有机质,贡献为26%。与前期结果相比,糯扎渡水库是澜沧江梯级水库中一个重要的转折点,上游梯级水库沉积物有机质以外源土壤有机质输入为主,在糯扎渡水库转变为以内源水生浮游藻类的贡献为主。其原因一方面归结于上游梯级水库对陆源输入物质的拦截,使得向下游的输送通量减少,另一原因可能是水库自身产生的有机质增加。考虑到糯扎渡水库营养盐浓度较低,这个转变表明下游更低纬度的梯级水库在有利的光热条件下对流域碳循环的影响更大。
2025年01期 v.53 54-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1274K] [下载次数：336 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 任明权;崔阳;郭利利;何秋生;吉东生;王跃思;
为保障第24届冬季奥林匹克运动会期间(2022年2月4日至20日)的空气质量,太原市实施了一系列人为管控(机动车限行和工业企业减产)措施。为评估短期控制措施对城市大气NH_3的影响,本研究使用MARGA仪器于2022年1月1日至2月20日期间在太原市一城市站点对小时分辨率的气态NH_3及水溶性离子进行了在线观测,分析了其污染特征并采用随机森林模型评估了气象和排放的影响。研究结果表明冬奥会管控期C2(1月30日至2月20日)NH_3浓度(5.4±3.3μg/m~3)低于管控前时段C1(1月1日至1月29日;8.4±3.9μg/m~3)36.0%。与C1期间相比,C2期间更高的风速(1.8±0.8 m/s)和大气边界层高度(508.1±636.7 m)有利于污染物扩散,而C2期间酸性气体NO_2(47.8%)和SO_2浓度(33.2%)的显著降低会通过气相分配提升NH_3浓度,表明气象和化学因素会干扰排放变化对NH_3影响评估。随机森林模型分析结果显示C2期间NH_3、NH_4~+和TNHx(NH_3+NH_4~+)气象归一化浓度较C1时期分别下降25.2%、21.3%和20.3%。TNHx由于综合考虑人为排放和二次转化的影响能更好地反映人为排放造成NH_3的真实变化。C2期间人为减排和气象因素对TNHx下降的贡献分别为39.5%和60.5%,表明在有利的气象条件影响下人为减排进一步降低了TNHx浓度。研究结果可为其他区域评估管控措施对环境空气质量的影响提供一定的科学参考。
2025年01期 v.53 64-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1516K] [下载次数：470 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 赵乐鋆;李夫星;王丽梅;蒋镕致;孔韵宁;王金;吴佳仪;赵子渝;王诗瑶;
以地面气象站点监测数据与MAIACAOD数据构建随机森林模型,对2018—2019年中国气溶胶光学厚度(AOD)反演,并分析时空变化。结论如下:(1)将数据集划为春、夏、秋、冬4组,分组训练模型优化参数,最终确定决策树个数分别为250、250、200、200,决策树最大深度分别为40、90、40、40。经检验在该参数下模型的学习精度较高,参数具有较强的可靠性,决定系数(R~2)分别为0.925、0.922、0.935、0.930,均方根误差(RMSE)分别为0.091、0.082、0.055、0.065;(2)基于确定的参数完成AOD反演后,利用AERONET AOD数据检验模型的估值精度,R~2为0.891,RMSE为0.129,整体精度较高。同时,各地面气象站点反演后的AOD年均值与原始AOD年均值相比变化趋势相近,且略高于原始年均值;(3)相较于2018年,2019年中国AOD值整体略低,空气质量有所改善;不同季节的AOD大小关系为:春季>夏季>冬季>秋季;(4)中国AOD值空间分布呈现出“东南高西北低”的特征,与胡焕庸线揭示的我国人口分布格局相一致。华北平原、华中地区、四川盆地等AOD偏高;南疆地区由于气候干旱,植被稀疏,沙尘天气频繁,AOD值也较高;东北地区、青藏高原、云贵高原与内蒙古高原,受地形地势、地理位置等影响,经济实力偏弱,人口分布稀疏,AOD偏低。
2025年01期 v.53 74-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2954K] [下载次数：586 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 李璐;燕亚平;史晓珑;董少刚;王平顺;韩学敏;
干旱-半干旱地区广泛分布的小型闭流湖泊主要依赖地下水的补给,在两者混合界面上发生的水化学作用会导致碳的迁移转化。然而,目前关于干旱-半干旱区小型闭流湖泊在接受地下水补给过程中发生的碳的迁移转化机制研究鲜有报道。本文以呼伦贝尔草原的柴达木诺尔湖为例,应用质量守恒原理、水文地球化学模拟构建地下水-湖泊混合区碳平衡方程,分析地下水补给湖泊过程中碳的分流机制。结果表明,地下水向湖泊的补给导致湖水中溶解的碳酸盐类(CO_3~(2-)、NaCO_3~-、MgCO_3)向碳酸氢盐(HCO_3~-、NaHCO_3、MgHCO_3~+)转化,这使两种水体混合过程具有显著的碳汇效应。地下水向柴达木诺尔湖输入的DIC总量为52.5 t/a,而由于地下水-湖水接触界面上发生的水化学反应,以CaCO_3沉淀从水体中去除的DIC量为2.2 t/a;两种水体混合过程中由方解石沉淀产生的CO_2会全部溶解于混合液中,同时还能以CO_2形态从大气吸收51.2 t/a[46.6g/(m~2·a)]的碳。通过地下水的补给,柴达木诺尔湖DIC净增加量为101.5 t/a[92.3 g/(m~2·a)]。地下水与碱性湖泊的混合过程具有可观的固碳能力,是陆地生态系统重要的碳汇。
2025年01期 v.53 89-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1549K] [下载次数：246 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 杨永强;李帆;杜倩倩;韩志强;韩自强;
源子河流经山西省朔州市平鲁区冲积平原,属海河流域永定河上游桑干河谷,区域地形为黄土高原的典型代表,黄土层具有高度均质性和深度的厚度。为深入研究流域地下水水化学特征变化规律及其影响因素,在平鲁区丰水期和枯水期共采集地下水42组,综合利用描述性统计,Piper图和Gibbs图,氢氧同位素和相关性分析等方法探究了研究区地下水水化学特征和主要离子来源及其影响因素。结果表明:(1)研究区地下水整体呈中性至弱碱性,丰水期和枯水期地下水水化学类型均以SO_4·Cl-Ca·Mg为主,丰水期水质整体好于枯水期;(2)地下水在流动路径中发生着水岩作用和阳离子交替吸附等作用,水化学组分主要受到岩石风化和大气降水的共同影响;(3)研究区存在着石膏、岩盐和芒硝的溶解,地下水受到碳酸盐矿物和硅酸盐矿物风化溶解的影响,且碳酸盐矿物的风化溶解要强于硅酸盐矿物;(4)地下水的补给以大气降水为主,枯水期地下水在接受大气降水补给的过程中受到蒸发作用的影响;地下水水化学组分除了受水岩作用和大气降水补给影响外,地表水以及人类活动产生的废水同样对地下水产生一定的影响。本研究揭示了源子河流域地下水水化学特征及其影响因素,研究结果对黄土高原地下水水化学形成与演化过程,水资源开发利用与保护有重要意义。
2025年01期 v.53 99-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1507K] [下载次数：355 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 郭雁辉;刘飞;甄品娜;郭晓帅;柴宏利;刘聪丽;
在跨流域调水和地下水超采治理的综合作用下,华北平原的水循环过程趋于复杂化,而氢氧同位素示踪技术正是厘清多水源供水地区复杂水循环过程的有效方法。本研究以邯郸东部平原为研究对象,通过收集45组降水、28组地表水和182组地下水样品的氢氧同位素数据,结合统计分析和端元混合模型等方法,分析了不同水体的氢氧稳定同位素时空变化特征,探讨了多水源的相互转化关系。结果表明:(1)建立了当地大气降水线(LMWL:δD=6δ~(18)O-4,R~2=0.83),降水同位素组成在3—6月主要受降水量效应影响,6—10月则主要受温度效应控制;(2)时间上,河水和浅层地下水同位素组成均表现出“旱季富集、雨季贫化”的特点。空间上,滏阳河、漳河和卫河氢氧同位素组成相比引黄水(东风渠、老漳河)明显富集;浅层地下水在西部和东北部同位素最为富集,可能与该区域较浅的水位埋深导致的蒸发作用密切相关;深层承压水同位素呈现“西部富集、东部贫化”的特点,可能与西部山区地下水的侧向补给有关;(3)旱季本地河流基本表现为“降水和浅层地下水共同补给河水”的规律,其中降水对河水的贡献率介于26%～46%,浅层地下水对河水贡献率介于54%～74%。雨季本地河流补排关系基本保持不变,但降水补给比例明显增加(约20%～50%)。外调水在旱季、雨季均表现为失水型河流,约32%～69%的河水补给浅层地下水。研究结果有助于加强对华北平原跨流域调水和超采治理共同作用下水循环过程的认识。
2025年01期 v.53 112-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 1909K] [下载次数：239 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ]