湖南大龍洞地下河流域巖溶特征及其碳匯潛力研究.pdf

1、已有的碳循環(huán)模式存在“遺漏匯”?！皫r溶作用過(guò)程碳循環(huán)”這一理論的提出，為全球?qū)ふ摇斑z漏匯”提供了新的途徑。國(guó)土資源部于2010年啟動(dòng)“中國(guó)地質(zhì)碳匯潛力研究”項(xiàng)目，旨在進(jìn)一步詳細(xì)評(píng)估巖溶地質(zhì)作用在碳匯中的作用和強(qiáng)度，為我國(guó)在國(guó)際氣候變化談判中贏得主動(dòng)地位；同時(shí)，尋找如何更好利用巖溶碳匯機(jī)理精確計(jì)算由巖溶水循環(huán)引起的碳匯的方法。另一方面，用野外溶蝕實(shí)驗(yàn)法分析碳酸鹽巖在土下巖溶溶蝕的特征，進(jìn)一步掌握碳酸鹽巖在巖溶作用過(guò)程中的機(jī)理。
　　

2、本文以湖南大龍洞地下河流域?yàn)槔?，在流域水文地質(zhì)調(diào)查以及流量和水化學(xué)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，土壤中有機(jī)碳、無(wú)機(jī)碳以及化學(xué)組分含量檢測(cè)，土壤空氣CO2濃度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，分析了大龍洞地下河系統(tǒng)的特征，以及流域碳酸鹽巖溶蝕規(guī)律，用水化學(xué)徑流法和野外溶蝕試驗(yàn)法分別對(duì)流域碳匯量進(jìn)行計(jì)算。
　　大龍洞地下河系統(tǒng)具有典型的巖溶雙層結(jié)構(gòu)特征，補(bǔ)給方式以注入、滲漏和入滲的方式為主，具有天然流場(chǎng)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)變化大。其地下水化學(xué)類型是HCO3-Ca型，pH值的變化范

3、圍為7.00～8.64，呈弱堿性。地下水中陽(yáng)離子以Ca2+、Mg2+為主，陰離子以HCO3-為主，離子濃度呈季節(jié)變化，雨季時(shí)最低。流域[Mg2++Ca2+]/[HCO3-]摩爾比大多介于1與2之間，說(shuō)明硫酸參與溶蝕碳酸鹽巖對(duì)流域地下水化學(xué)組成的影響不顯著。[SO42-]/[HCO3-]當(dāng)量比平均為0.09，遠(yuǎn)低于硫酸參與碳酸鹽巖溶蝕的理論值0.5，也表明硫酸參與流域碳酸鹽巖的溶蝕作用微弱。水中溶解無(wú)機(jī)碳（DIC）隨降雨量變化明顯，201

4、1年7、10月，2012年4-6月降雨多，DIC的含量也低。δ13C同位素含量范圍為-6.76‰～-14.29‰，與DIC為負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2=0.31447。雨季δ13C同位素偏輕，冬季偏重。
　　流域土壤中有機(jī)碳及其他化學(xué)組分的檢測(cè)結(jié)果顯示，有機(jī)碳在表層（0-20cm）含量高，平均1.764%，底層（20-50cm）含量低，平均1.014%；在灌草叢含量最高，為1.5%，林地含量最低，1.224%。流域土壤中化學(xué)組分以S

5、iO2為主，占60%以上。對(duì)流域土壤空氣CO2動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，隨著剖面深度的增加，CO2濃度先增加后降低，且冬季（12月）濃度最低，平均4032.79ppm，夏季（7月）最高，平均18911.65ppm，季節(jié)性變化顯著。流域內(nèi)碳酸鹽巖試片的溶蝕速率在50cm深度為47.764g/(m2·a)，較20cm深度44.141g/(m2·a)高。在林地內(nèi)溶蝕速率為60.946g/(m2·a)，較其他土地類型內(nèi)快，說(shuō)明植被的正向演替可以加快巖溶溶蝕進(jìn)程

6、。此外，流域內(nèi)灰?guī)r巖性試片的溶蝕速率較白云巖試片的溶蝕速率快。分析土壤有機(jī)碳、化學(xué)組分、土壤空氣CO2濃度對(duì)溶蝕作用的驅(qū)動(dòng)，土壤空氣CO2濃度較其他因子與試片溶蝕速率相關(guān)性顯著。
　　水化學(xué)徑流法和野外溶蝕試驗(yàn)法計(jì)算流域碳匯通量，二者由于計(jì)算方法不同，結(jié)果存在明顯差異，前者單位面積年通量為36.046gCO2/（m2·a），碳匯量為83.33×102tCO2/a，后者為18.44gCO2/（m2·a），碳匯量為42.63×102t