基于水化學與穩(wěn)定同位素的巖溶濕地流域地球化學過程研究.pdf

1、濕地作為重要表生環(huán)境之一，雖然僅覆蓋地球表面的6％，卻為地球上20%的已知物種提供了生存環(huán)境，具有不可替代的生態(tài)功能。與其他陸生生態(tài)系統(tǒng)相比濕地以水生植物為優(yōu)勢種，而大部分水生植物具有利用 HCO3?進行光合作用的能力，巖溶地區(qū)地表水和地下水中主要陰離子為HCO3?，可以為這些水生植被的生長提供充足的碳源。此外，水文條件是濕地形成、發(fā)育的決定因素，同時控制著濕地生態(tài)系統(tǒng)內生物地球化學過程和功能，因而對濕地水體水化學特征及穩(wěn)定同位素變化規(guī)

2、律的研究，可以揭示濕地水體離子、無機碳和水份等的來源，通過與流入濕地的地表水和地下水水化學和穩(wěn)定同位素組成之間的差異，可探尋濕地內控制流域水化學組成和穩(wěn)定同位素變化的地球化學過程?；诖耍覀償M以西南巖溶地區(qū)貴州威寧草海流域為例，分析不同季節(jié)流域內水化學和穩(wěn)定同位素的變化規(guī)律，系統(tǒng)研究草海流域離子來源，并揭示控制該濕地水化學變化的地球化學過程，得到了以下主要認識和結論：
　?。?）草海周邊地表水和地下水水化學類型主要為Ca-HCO

3、3，水化學組成主要受碳酸鹽巖溶蝕和人類活動共同影響。豐水期草海濕地水水化學類型為Mg-HCO3，Mg-SO4，Ca-SO4和 Ca-HCO3型，且水體中主要離子 Ca2+和 HCO3-由東向西逐漸降低，濕地東側水體pH呈弱酸性，DO含量低，EC高，且Eh為負值，顯示該區(qū)域水體呈現(xiàn)還原狀態(tài)，相反西側水體pH呈堿性，DO含量高，EC低，Eh為正值，顯示該側區(qū)域水體呈氧化狀態(tài)。枯水期濕地水水化學類型為Ca-HCO3，水質易變參數(shù)空間變化差異較

4、小。通過對濕地水化學組成的因素分析發(fā)現(xiàn)，引起豐水期濕地水化學的變化可能主要與濕地內生物地球化學過程有關，而枯水期則可能主要受水體蒸發(fā)作用影響。
　?。?）豐水期流入草海的地下水和河水中溶解無機碳同位素（δ13CDIC）變化范圍為-13.66‰~?8.64‰，枯水期δ13CDIC變化范圍為-12.61‰~-7.80‰。地下水中 DIC主要來自于碳酸鹽巖的溶蝕和土壤 CO2，同時受豐水期大氣降水的稀釋作用和枯水期較長的水力停留時間，使

5、地下水中 DIC濃度及其同位素產(chǎn)生季節(jié)性變化。河水中DIC主要來自地下水，而受河水中浮游植物的光合作用和CO2逸散的影響，河水DIC同位素組成較地下水相比相對偏正。豐水期濕地水δ13CDIC變化范圍為-15.13‰~-6.68‰，東側區(qū)域pCO2高于大氣pCO2分壓與植物根系和沉積物的呼吸作用有關，而西側區(qū)域 pCO2則低于大氣 pCO2分壓與沉水植物光合作用有關，同位素組成受化學強化分餾和光合作用影響?？菟讦?3CDIC變化范圍為-

6、6.23‰~?0.06‰，幾乎整個草海水面pCO2均高于大氣pCO2分壓，CO2逸散進入大氣、CO2還原成甲烷和浮游植物的光合作用使得枯水期DIC同位素偏正。
　?。?）草海流域河水、地下水和濕地水氫氧同位素分析顯示，地下水和河水主要受大氣降水補給。濕地水在垂向混合同位素組成差異較小，但具有明顯的空間和季節(jié)變化特征，枯水期（δD=-25.89±6.75‰，δ18O=-2.24±1.12‰）濕地水氫氧同位素組成顯著高于豐水期（δD=

7、?66.03±13.77‰，δ18O=?8.31±2.23‰），且豐水期東側氫氧同位素組成低于西側，枯水期南側同位素比值則相對較高，這種分布特征與水生植被分布，大氣濕度和水熱容量有關。根據(jù)同位素質量平衡法計算結果，豐水期草海主要接受地下水補給，而枯水期地下水補給量相對較少，主要來自大氣降水。
　?。?）豐水期和枯水期草海周邊地下水中硫同位素平均值分別為-14.40‰和-15.00‰，河水中硫同位素平均值為?13.91‰和?13.4