广西官村岩溶溪流中生物地球化学控制的DIC和NO3-昼夜变化研究

摘要

为了解岩溶区控制溪流中溶解无机碳(DIC)和NO3-昼夜变化的生物地球化学过程以及DIC和NO3日变化量,于2014-07-22～2014-07-24期间,在广西壮族自治区融安县官村溪流中包括地下河出口(CK)和下游雷崖村(LY)设置两个监测点同时对水体物理化学参数以及C、N同位素(δ13CDIC、δ1N-NO3和δ18O-NO3-)展开了为期2d的高分辨率昼夜监测采样工作.结果发现CK点各物理化学参数没有表现出昼夜变化,但是LY点Ca2+、DIC以及PCO2表现出明显的昼夜变化规律,即白天下降夜间上升且与DO和pH表现出明显的负相关关系.相对于CK点,在白天水生光合生物光合作用导致LY点DIC下降的同时δ13 CDIC上升,而在夜间呼吸作用导致LY点DIC上升的同时δ13CDIC下降且部分时间段要低于CK点δ13 CDIC值.溪流中的NH4+在监测期间基本上都在下降而NOa-离子在夜间和上午时间段都在上升,δ15 N-NO3却表现出下降的趋势,且比较接近δ15 N-NO3-初始值,而NO3-离子在下午时间段出现下降的趋势.结果表明溪流中DIC昼夜变化主要受到水生植物的光合作用和呼吸作用控制,且通过质量平衡方程计算得知溪流中由于光合作用吸收无机碳而转为有机碳的量为0.94kgC/d,这部分有机碳可以形成相对长期稳定的自然C汇.溪流在夜间和上午时间段发生了N的硝化作用,增长量为2.08kgN/d,但在下午时间段(12:00～18:00)发生了N的同化作用,损失量为0.42 kgN/d.溪流输出的NO3--N的量为1.66 kgN/d,表明在富碳、富钙的岩溶溪流中,有利于水生光合生物的生长,促进N的同化作用的发生,从而减少溪流输出NO3--N的量,说明岩溶区溪流N的生物地球化学过程可能在昼夜尺度上改变水质.