基于水化學(xué)與穩(wěn)定同位素的巖溶濕地流域地球化學(xué)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(jìn)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(shí)控制著濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物地球化學(xué)過程和功能，因而對(duì)濕地水體水化學(xué)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(jī)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(xué)和穩(wěn)定同位素組成之間的差異，可探尋濕地內(nèi)控制流域水化學(xué)組成和穩(wěn)定同位素變化的地球化學(xué)過程。基于此，我們擬以西南巖溶地區(qū)貴州威寧草海流域?yàn)槔?，分析不同季?jié)流域內(nèi)水化學(xué)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(xué)變化的地球化學(xué)過程，得到了以下主要認(rèn)識(shí)和結(jié)論：
　?。?）草海周邊地表水和地下水水化學(xué)類型主要為Ca-HCO

3、3，水化學(xué)組成主要受碳酸鹽巖溶蝕和人類活動(dòng)共同影響。豐水期草海濕地水水化學(xué)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(cè)水體pH呈弱酸性，DO含量低，EC高，且Eh為負(fù)值，顯示該區(qū)域水體呈現(xiàn)還原狀態(tài)，相反西側(cè)水體pH呈堿性，DO含量高，EC低，Eh為正值，顯示該側(cè)區(qū)域水體呈氧化狀態(tài)?？菟跐竦厮瘜W(xué)類型為Ca-HCO3，水質(zhì)易變參數(shù)空間變化差異較

4、小。通過對(duì)濕地水化學(xué)組成的因素分析發(fā)現(xiàn)，引起豐水期濕地水化學(xué)的變化可能主要與濕地內(nèi)生物地球化學(xué)過程有關(guān)，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(jī)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(shí)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(shí)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(duì)偏正。豐水期濕地水δ13CDIC變化范圍為-15.13‰~-6.68‰，東側(cè)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(guān)，而西側(cè)區(qū)域 pCO2則低于大氣 pCO2分壓與沉水植物光合作用有關(guān)，同位素組成受化學(xué)強(qiáng)化分餾和光合作用影響。枯水期δ13CDIC變化范圍為-

6、6.23‰~?0.06‰，幾乎整個(gè)草海水面pCO2均高于大氣pCO2分壓，CO2逸散進(jìn)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。
　　（3）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(bǔ)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(cè)氫氧同位素組成低于西側(cè)，枯水期南側(cè)同位素比值則相對(duì)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(guān)。根據(jù)同位素質(zhì)量平衡法計(jì)算結(jié)果，豐水期草海主要接受地下水補(bǔ)給，而枯水期地下水補(bǔ)給量相對(duì)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