青藏高原东北部地区土壤黑碳环境地球化学研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) | 被引量 : 2次 | 上传用户:fish5191418
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黑碳是化石燃料或生物质不完全燃烧产生的富含碳元素的有机连续统一体,广泛赋存于大气、土壤、沉积物等不同环境介质中,对全球碳循环、地球辐射热平衡、气候变化、土壤生态系统变化、环境质量变化等有重要影响。青藏高原因其独特的地理位置、复杂的地形地貌、特殊的生态环境、丰富的自然资源与生物多样性、生态环境极端脆弱等特性,已成为全球关注的热点地区。与青藏高原其他区域相比,东北部地区受人类活动干扰更为显著,但关于该区域土壤黑碳的环境地球化学研究却十分有限。基于此,本研究以青藏高原东北部地区表层土壤为研究对象,通过野外调研及室内实验等工作的开展,深入探讨了青藏高原东北部地区土壤黑碳的分布特征、土—气交换及特殊生物质黑碳对研究区土壤理化性质的影响。本论文取得如下研究结果:(1)青藏高原东北部地区表层土壤主要由碱性壤土构成,土壤电导率和阳离子交换量平均值分别为14.13 mS/cm和13.27 cmol(+)/kg。研究区表层土壤中黑碳总量范围为0.50474.381 g/kg,均值为5.152 g/kg;烟炱组分黑碳含量范围为0.40015.200 g/kg,均值为1.719 g/kg。研究区表层土壤总黑碳和烟炱组分黑碳平均含量分别约占土壤总有机碳含量的33.94%和19.99%,且表层土壤黑碳呈现显著的区域分布差异。相关性分析结果表明,研究区表层土壤黑碳与总碳、总有机碳均显著正相关(p<0.01);表层土壤黑碳总量与Ca元素呈负相关(p<0.01),表层土壤烟炱组分黑碳与Ti元素呈显著负相关(p<0.01),而与Zn、Pb、Cd呈显著正相关(p<0.01)。土壤机械组成影响研究区表层土壤黑碳的分布,壤土中黑碳总量大于黏土,而烟炱组分黑碳在黏土中较易富集。不同分区的表层土壤黑碳含量存在显著差异,其中矿业区表层土壤黑碳总量和烟炱组分黑碳含量最高,背景区表层土壤黑碳总量和烟炱组分黑碳含量最低。土壤黑碳δ13CBC值的变化范围是-36.92‰-21.07‰,平均值为-24.62‰,也存在一定的空间分布差异,表明研究区表层土壤黑碳可能主要源自C3植物的燃烧,C4植物的贡献则相对较小。上述结果表明研究区表层土壤黑碳可能受生物质和化石燃料来源的共同影响,与青藏高原的“高原效应”(如相对较低的含氧量)、当地居民使用燃料、相对频繁的人为活动(如采矿、工业和运输等)、气候条件等多个影响因素有关。(2)青藏高原东北部地区的气溶胶黑碳含量变化范围是0.1844.920μg/m3,平均值为1.135μg/m3。其中,工业区气溶胶黑碳的平均含量最高,农牧区气溶胶黑碳的平均含量最低;城镇区的气溶胶黑碳平均含量仅次于工业区,盐湖区气溶胶黑碳平均含量与矿业区相似,低于城镇区,但高于背景区。上述研究结果表明该区域气溶胶黑碳可能受排放源、人类活动以及气候条件等因素的共同影响。研究区表层土壤黑碳与气溶胶黑碳之间的线性相关性不显著,表明二者之间可能存在更复杂的非线性相关关系。黑碳的土—气交换模拟结果表明,研究区域黑碳的土—气交换行为确实存在,仅需特别注意模拟计算过程中个别参数的不确定性所导致的结果不确定性。(3)实验室内制备特殊生物质黑碳,模拟黑碳进入土壤不同情景,探讨特殊生物质黑碳对研究区土壤理化性质的影响。结果表明,生物质黑碳理化性质受热解温度影响,生物质黑碳进入土壤后,对土壤pH值、电导率、阳离子交换量和CHN元素含量等产生明显影响,土壤的微观形貌特征、孔结构和比表面积也随之发生改变,对土壤机械组成有一定影响,而对土壤官能团和矿物组成的影响不明显。因此,在研究青藏高原土壤生态系统时也需关注黑碳对土壤理化性质的潜在影响。
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