典型岩溶地下河中有机质来源、迁移特征分析——以南山老龙洞、青木关地下河为例

摘要

随着城市化、工业化的不断发展，人类活动成为影响岩溶地下河中有机质来源的重要因素，同时大量的研究证明，DIC（溶解无机碳，包括CO2（aq）、HCO3-，CO32-，主要是pH在7~9的HCO3-）通过水生生态系统中浮游植物的光合作用能转化为相对稳定的有机碳（OC），岩溶碳汇意义显著。因岩溶区的特殊性，溶解性有机质可直接通过落水洞和天窗、土壤渗透等进入地下岩溶系统的物质循环和能量流动中。脂肪酸是脂类生物标志物的一种，因具有广泛的来源性与良好的指示性，能够示踪有机物质来源而被广泛应用。
　　本研究以重庆青木关地下河与南山老龙洞地下河为研究对象，对比地下河中脂肪酸的时空变化特征，分析了不同土地利用下DOM来源差异；并通过降雨加密采样分析，探讨降雨条件下地下河水体中DOM的来源与迁移特征。南山老龙洞与青木关地下河6个采样点的分析结果表明：
　　（1）南山老龙洞地下河脂肪酸浓度变化范围为587~50214ng·L-1，平均值为9897ng·L-1，青木关地下河脂肪酸浓度变化范围为356~24970ng·L-1，平均值为4935ng·L-1。老龙洞地下河各脂肪酸组分含量表现为：饱和直链脂肪酸（SSFA）＞单不饱和脂肪酸（MUFA）＞饱和支链脂肪酸（BSFA）＞多不饱和脂肪酸（PUFA）。青木关地下河各脂肪酸组分含量表现为：SSFA＞BSFA＞MUFA＞PUFA。南山老龙洞地下河与青木关地下河中脂肪酸组分均以饱和直链脂肪酸占优势，地下河中藻类和细菌等微生物差异是引起有机质含量和组成不同的原因，土地利用方式影响地下河补给来源，从而影响地下河中有机质含量与组成变化。
　　（2）青木关地下河与南山老龙洞地下河流域的人为活动差异影响地下河中有机质来源。老龙洞地下河受到自然与人为活动的双重影响，地下河污染较严重，污水排入地下河，或者污水渠中污水渗漏进入地下河，地下河面临着沦为下水道的风险，河水浑浊且有异味，南山老龙洞地下河以细菌源和浮游植物源有机质输入为主。青木关地下河流域在自然状态下，流域内除跑马场外，无工厂聚集分布，地下河中有机质主要来自上游水塘，在向下游运移的过程中，不断接收来自地表的有机质。青木关地下河DOM主要来源于浮游植物、真菌和少量高等植物的混合输入。青木关地下河与老龙洞地下河中脂肪酸浓度均呈现出雨季大于旱季的季节性变化的特点,降雨是地下河中DOM含量变化的主要因素。
　　（3）降雨监测期间，青木关地下河对降雨的响应比老龙洞地下河快。南山老龙洞地下河溶解态、颗粒态脂肪酸的平均含量均高于青木关地下河。老龙洞地下河与青木关地下河中溶解态脂肪酸浓度整体表现为：SSFA＞MUFA＞PUFA＞BSFA，降雨期间指示细菌源输入的支链饱和脂肪酸被稀释，而来源于藻类和细菌的多不饱和脂肪酸受地表径流带来的脂肪酸影响所占百分比升高。姜家泉颗粒态与溶解态脂肪酸均值大于常规采样均值。大雨到暴雨时期，雨水对土壤的冲刷作用较强，汇聚后形成地表径流，携带大量地表有机质进入地下河，流域内地表有机质含量组分差异直接影响地下河。降雨期间脂肪酸表现为，短链比长链更容易迁移，饱和比不饱和迁移能力更强。
　　（4）降雨期间，南山老龙洞地下河“老水”与常规采样相同主要以细菌和浮游植物源为主，青木关地下河因干旱断流，地下河“老水”在地下河管道中长时间滞留，不断接收来自上覆土壤的有机质，主要以真菌源脂肪酸为主。大雨到暴雨时期，雨水对地表的冲刷作用较强，携带大量地表有机质进入地下河，地下河主要受陆源有机质影响。青木关与南山老龙洞流域的土地利用方式差异是影响地下河中有机质来源的主要因素。青木关与南山地下河中地表径流带来的溶解态有机质以来自土壤中的真菌源有机质为主，老龙洞地表径流带来的有机质以真菌源有机质占绝对优势，而青木关有来自浮游植物源有机质的输入，原因是6月青木关水塘中浮游植物生长茂盛，降雨期间，地表径流将水塘中浮游植物源的有机质带入青木关地下河。

目录

声明

第1章 绪论

1. 1 选题背景及意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3 科学问题的提出

1. 4 主要研究内容及技术路线

1. 5 主要研究方法

第2章 研究区概况

2. 1 青木关

2. 2 南山老龙洞

第3章 岩溶地下河中脂肪酸变化特征及来源分析

3. 1 不同地下河中溶解态脂肪酸含量变化特征

3. 2 不同地下河中溶解态脂肪酸组成变化特征

3. 3 不同土地利用方式下岩溶地下河系统中溶解态脂肪酸来源解析

3. 4 地下河出口旱季颗粒物脂肪酸变化特征与来源分析

3. 5 本章小结

第4章 降雨期间岩溶地下河中脂肪酸变化特征分析

4. 1 降雨条件下青木关地下河脂肪酸变化特征

4. 2 降雨条件下南山地下河脂肪酸变化特征

4. 3 降雨条件下脂肪酸含量与组成变化对比研究

4. 4 小结

第5章 降雨期间地下河中溶解态脂肪酸的来源、影响因素分析

5.1 以PCA法揭示降雨期间溶解态脂肪酸来源

5. 2 降雨期间地下河水化学指标分析

5. 3 脂肪酸来源影响因素分析

5. 4 与DOC相关性分析

5. 5 小结

第6章 结论与展望

6. 1 本文研究主要结论

6. 2 论文创新点

6. 3 存在的问题及展望

参考文献

致谢

个人简历