研究目的:针对近30年森林、草地、农田、湿地4种生态系统主流碳汇核算方法,辨析各核算方法特点以准确地对陆地生态系统碳汇能力现状和未来碳汇潜力进行评估。研究方法:文献综述法、对比分析法和归纳法等。研究结果:(1)现有碳汇核算方法多基于公式模型计算,在进行植被碳汇空间格局分析时受样本数量、测量误差、参数误差、数据来源不一致、模型普适性差等因素影响,计算结果存在不确定性,中国统一标准的陆地生态系统碳汇监测体系亟待建立;(2)实现陆地生态系统碳汇量的准确计算,需要可靠数据源、合理的模型与计算方法、多途径的交叉验证、适当误差分析与插补校正;(3)应有效整合样地勘察、模型构建、微气象学和遥感监测等方法,评估陆地碳库的现存量与容量,揭示碳库稳定性及综合考虑碳库影响因素,以期解决生态系统多尺度耦合问题。研究结论:未来研究重点应基于大量实测数据,探究分类型、分地域、分气候的差异化碳汇核算方法,建立全尺度、广覆盖的碳汇计量模型,为中国陆地生态系统碳汇核算标准提供参考。

团簇同位素是当今地球化学研究的前沿领域。有关团簇同位素技术原理、指示意义、模型校正等方面研究已取得初步成果,而在表层地球系统研究领域以及地理、环境和生态等领域的综合应用研究工作亟待加强。在表层地球系统中,碳循环过程涉及广泛且影响深远,而甲烷(CH₄)作为碳循环中关键环节的重要物质组成,揭示其来源及地球化学过程具有重大意义。甲烷团簇同位素技术的引入将为开展相关研究提供有效工具,该技术在揭示时间-空间不同尺度碳循环研究等领域具有广阔的应用前景。本文综述了团簇同位素的理论基础、测试分析现状及国内外主要研究成果。重点讨论了CH₄团簇同位素研究现状、理论模型和同位素不平衡的影响因素,并论述了团簇同位素在天然气、大气和水体CH₄成因和转化的应用典型案例。最后提出对开展不同实验室间测试结果对比、测定自然丰度下环境样品、探索准平衡过程的展望,以期对未来应用甲烷及其他物质,如二氧化碳的团簇同位素开展表层地球系统碳循环研究起到一定的借鉴作用。

地热生境具有高温、缺氧等特点,与早期地球环境条件相似。因此,现代地热生境中嗜热菌可作为研究对象用来探讨地球早期生命与环境协同演化过程。微生物介导的硫循环过程是早期地球主要的生物地球化学过程之一。因此,研究地热生境微生物介导的硫循环及其耦合的相关元素循环过程,有助于我们理解早期地球硫元素生物地球化学循环过程及其环境效应。本文综述了地热生境中硫循环微生物多样性特征及其影响因素,以及与硫循耦合的碳、氮、铁循环的微生物过程;结合地球早期的环境条件以及对应的地层中的同位素地质记录,探讨了地球早期微生物介导的硫循环过程可能产生的环境效应,为研究早期地球微生物介导的硫循环与环境的协同演化过程提出展望。

为探究邛海水体氮、磷污染特征,以邛海为研究对象,于2020年在邛海选取11个采样断面,对邛海水体中总氮、氨氮、总磷浓度的时空分布特征分别进行研究,探讨了氮、磷浓度与叶绿素a浓度的关系,并初步评价邛海水体富营养化状况,以期为加强邛海流域富营养化防治及保障饮用水安全提供科学依据。研究结果表明:邛海水体总氮浓度范围为0.315~0.500 mg·L^-1,平均值为0.399 mg·L^-1;氨氮浓度范围为0.063~0.171 mg·L^-1,平均值为0.098 mg·L^-1,两项指标均满足地表水Ⅱ类标准。总磷浓度范围为0.019~0.035 mg·L^-1,平均值为0.023 mg·L^-1,其平均值满足地表水湖库Ⅱ类标准。氮、磷浓度存在时空差异,总氮、氨氮和总磷浓度随时间变化明显,其浓度均表现为枯水期高于丰水期。空间上,总氮、氨氮和总磷空间分布规律相似,其高浓度主要集中在邛海西北部1号(海河口)和10号(高枧湾)断面附近,总体呈现东部低、西北部高的趋势。邛海水体氮磷比值平均值大小表现为枯水期高于丰水期,枯水期主要表现为磷限制状态,丰水期主要表现为氮、磷限制状态。邛海水体氮、磷浓度与叶绿素a浓度均呈显著的正相关关系,表明氮、磷浓度的增加会促进浮游藻类的生长。邛海水体富营养化评价结果显示,邛海全湖平均营养状态指数为38.011,整体均处于中营养状态,西北部水域营养状态指数较高,东部水域营养状态指数较低。

水对岩石风化具有重要控制作用,但人们对非露天岩石表层的水分来源一直认识不足。本文以我国北方云冈石窟的岩石壁面为例,利用频域反射技术开展了岩石浅表层含水率监测,利用2020年5月至2021年5月逐小时的岩石视含水率数据为例,识别了夏季和冬季岩石含水率波动的控制机理。从6月初到10月初,大气湿度变化是岩石视含水率先增大后减小的直接控制因素,当存在指向山体内部的大气湿度梯度时,水汽迁移至岩石孔隙内,发生毛细凝聚转变为液态水,从而引起视含水率增大;当存在指向山体外部的大气湿度梯度时,岩石孔隙内的液态水蒸发,从而引起岩石视含水率下降。从10月中旬至次年6月初,岩石普遍较干燥,但是12月中旬浅部岩石含水率在冻结吸力控制下还是会发生明显增大现象,表明岩石中存在可迁移、可发生化学风化的弱结合水。本研究识别了非露天石质文物壁面水分的一种重要来源,加深了对凝结水形成机理及其对风化控制作用的认识,可为石质文物保护提供决策依据。

汕头市是广东省的经济特区之一,是潮汕地区的政治、经济中心,拥有较高的工业化和城市化水平。以往对广东省的土壤环境质量研究主要集中在珠江三角洲,缺乏对韩江三角洲的土壤环境元素分布、来源的系统性调查和研究。为全面了解广东省汕头市土壤重金属Cr的污染状况,本文依照标准格网采集511个表层(0~20 cm)土壤样和139个深层(>150 cm)土壤样进行Cr含量检测,根据富集因子法分析表层土壤中Cr的污染情况,运用PCA分析表层土壤Cr的来源,克里金插值法及方差分析法对Cr的空间分布及其控制因素进行了分析。结果显示,Cr在浅层土壤的几何含量均值为32.40 mg·kg^-1,低于汕头市土壤背景值39.52 mg·kg^-1,远远低于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中的Cr风险筛选值(300 mg·kg^-1,6.5<pH≤7.5)。研究区大部分土壤为无富集和轻微富集,分别占66.34%和33.66%,无显著污染状况。汕头市潮南区的北部、潮阳区的北部及西南部为主要土壤Cr高值区,低值区分布于潮南区东部和濠江区东南沿海地区。通过PCA以及Pearson相关分析,推断汕头市内土壤Cr的来源是一种人为和自然的混合污染源,主要受成土母质影响。成土母质中三叠系砂岩的Cr含量比较高,白垩纪花岗岩的Cr含量较低;不同土壤类型中水稻土的Cr含量高,滨海砂土的Cr含量较低;不同土地利用类型中Cr含量差异不明显,人类活动对土壤Cr含量无明显影响。文中提供了汕头市土壤Cr的地球化学背景值,为后续相关研究奠定基础;同时综合多项指标推断Cr的物质来源及其占比,分析其影响因素,为后续判断是否出现Cr污染及制定相应防治对策提供参考。

在干旱-半干旱地区天然成因的高氟地下水严重影响饮用水安全。前人对高氟地下水的化学特征和形成过程已开展了大量研究,但是对高氟含水层沉积物特征及其地下水氟富集的影响机理尚不明确。本文以化隆-循化盆地黄河河谷高氟区含水层地下水和沉积物为研究对象,分析了地下水化学特征、含水层沉积物的元素组成和可溶组分、含水层沉积物总氟和可溶态氟含量,探究了沉积物地球化学特征对地下水氟富集的影响。结果表明,地下水F^-浓度为0.51~3.78 mg/L(平均值:1.38 mg/L),且随着井深的增加有增大的趋势。高氟地下水主要以Na⁺为主,且F^-浓度与Na⁺浓度呈显著的正相关关系。沉积物中总氟含量为460~1 030 mg/kg,可溶态氟的含量为0.53~19.9 mg/kg。萤石未达到饱和状态的地下水中,F^-与Ca²⁺的正相关关系表明萤石等矿物持续溶解向地下水中提供F^-,而地下水中F^-与Si和Al的正相关关系表明含氟硅酸盐风化也促进了地下水氟的富集。沉积物可溶态提取液和地下水pH值、 {\mathrm{HCO}}_3^{-}以及Na⁺/Ca²⁺均与F^-浓度呈正相关关系,表明解吸以及离子交换是高氟地下水形成的重要水文地球化学过程。沉积物中可溶态氟与总铁、总锰的正相关关系表明,F^-的解吸来源于铁、锰氧化物矿物表面的吸附态氟。此外,地下水盐度对地下水氟的富集有着积极的影响。研究成果对揭示高氟地下水的形成机理具有重要意义。

岩溶裂隙水资源是北方重要的供水水源,文中选取山东省淄博市大武岩溶裂隙水源地为例,开展石油类污染的岩溶地下水环境特征研究,不仅为岩溶地下水资源的可持续开发利用提供指导,也为岩溶裂隙水环境演化研究奠定基础。文中选取地下水水位、t、pH值、Eh、DO、 {\mathrm{NO}}_3^{-}、 {\mathrm{SO}}_4^{2-}、 {\mathrm{HCO}}_3^{-}、Cl^-、三氯甲烷、1,2-二氯丙烷、1,2,3-三氯丙烷、四氯乙烯、三氯乙烯和ΣVOCs作为石油类有机物污染的岩溶地下水环境指标,利用同位素技术、多元统计法和图解法等分析各指标间的相互作用机制来揭示石油类污染地下水的过程及影响程度。区内地下水水动力场和环境条件有利于有机物生物降解作用的发生,有氧和厌氧呼吸同时存在,且无产甲烷过程的发生;ΣVOCs占DOC的比例较小,但仍是影响地下水环境的主要因素之一;地下水体中DIC来源于有机物生物降解的平均百分率为33.93%;综合考虑石油类污染的地下水水化学特征可更有效地解译地下水环境的影响机制。

前期煤矿灾害与地震活动时空分布特征研究是基于天然地震事件开展的初步探索。本文在前期研究的基础上,添加微地震事件,完善了时空分析方法,获得了更为全面的时空分布特征。整体上,煤矿灾害群发及伴随地震两个基本认识不变。数据显示,群发序列数量显著增多,群发范围明显变小,分析认为微地震事件频次高且距离事故矿井较近是重要原因。应力扰动作用的空间范围和持续时间对应聚类研究中的空间丛集程度和时间丛集程度,科研和生产意义重大。本文借鉴了聚类研究的分析方法,获得27 km的参考空间阈值和7 d的参考时间阈值,显示煤矿附近一旦发生应力扰动事件,周边27 km范围,7 d内可能会发生其他应力扰动事件;同时,典型案例显示煤矿灾害与宏观地震活动群发范围仍然可达100 km以上。完整的群发数据将随本文一起发布(https://pan.baidu.com/s/1sjnCEh3),本文得出的数据仅供参考。