岩溶作用碳汇强度计算的溶蚀试片法和水化学径流法比较——以陈旗岩溶泉域为例

溶蚀试片法和水化学径流法是计算岩溶作用碳汇强度的两种重要方法,利用这两种方法对贵州普定陈旗岩溶泉系统的岩溶作用碳汇强度分别进行了计算,结果发现:通过溶蚀试片法估算出的岩溶作用碳汇强度仅为水化学径流法估算值的1/6左右,这主要是因为陈旗岩溶泉域内埋放溶蚀试片处的上覆土体中含有石灰岩角砾和土骨架中存在少量原生与次生碳酸盐矿物,这些碳酸盐的先期溶蚀大大降低了下部试片的溶蚀量。可见,溶蚀试片法具有一定的局限性,即在该方法应用之前,必须对试片上覆土体的碳酸盐矿物含量进行分析,以评价该方法的适宜性。     

岩溶作用碳汇强度计算的溶蚀试片法和水化学径流法比较——以陈旗岩溶泉域为例

溶蚀试片法和水化学径流法是计算岩溶作用碳汇强度的两种重要方法,利用这两种方法对贵州普定陈旗岩溶泉系统的岩溶作用碳汇强度分别进行了计算,结果发现:通过溶蚀试片法估算出的岩溶作用碳汇强度仅为水化学径流法估算值的1/6左右,这主要是因为陈旗岩溶泉域内埋放溶蚀试片处的上覆土体中含有石灰岩角砾和土骨架中存在少量原生与次生碳酸盐矿物,这些碳酸盐的先期溶蚀大大降低了下部试片的溶蚀量。可见,溶蚀试片法具有一定的局限性,即在该方法应用之前,必须对试片上覆土体的碳酸盐矿物含量进行分析,以评价该方法的适宜性。     

半干旱区岩溶碳汇原位监测方法适宜性研究

选择正确的方法准确计算北方干旱半干旱岩溶区的岩溶碳汇量, 有助于提高我国岩溶碳汇效应估算精度和改进全球碳循环模型。利用水化学径流法和标准溶蚀试片法对山西马跑神泉域的岩溶碳汇量进行了计算, 结果表明, 标准溶蚀试片法计算出的流域碳汇量和碳汇强度为386.15 t/a和1.821 t/(km²·a), 水化学径流法的结果为2 084.08 t/a和9.83 t/(km²·a), 试片法计算结果仅为水化学径流法的1/5。试片溶蚀速率和土壤无机碳质量分数呈负相关关系, 进一步表明土壤无机碳质量分数高(是有机碳质量分数的2.85~5.06倍)是造成试片法计算结果偏小的主要原因:高含量的无机碳在半干旱气候条件下容易沉积, 从而使试片溶蚀速率偏小;流域边界清楚, 水化学和流量易于监测, 利用水化学径流法计算岩溶碳汇强度结果更为准确。因此, 在半干旱地区, 计算岩溶碳汇效应宜采用水化学径流法。     

西南岩溶区农田生态系统岩溶作用及碳汇效应：以重庆南川市三泉镇为例

岩溶地区的碳循环是地质作用和生物作用最好的结合点,系统研究农田生态系统中石灰岩溶蚀作用强度对精确估算岩溶作用的碳汇效应具有重要意义。通过在重庆南川市三泉镇选择菜地、旱地、冬水田、两季田、草地、未利用地等样地类型进行以一个水文年为周期的标准溶蚀试片溶蚀试验、土壤剖面与植被样方观测以及土壤、标准溶蚀试片样品分析,探讨了农田...     

典型岩溶断陷盆地溶蚀速率对海拔高度和土地利用方式的响应

采用标准溶蚀试片法,研究典型岩溶断陷盆地内不同海拔高度区域(中山区、平坝区和河谷区)6种土地利用方式下(弃耕地、草地、灌木地、松树林地、柏树林地及其他林地)的试片溶蚀速率,并分析其影响因素.结果显示:土下0–60 cm的试片平均溶蚀速率按大小排列顺序为:松树林地((3.98±0.41)mg·cm–2·a–1)>草地((3.59±0.45)mg·cm–2·a–1)>弃耕地((3.16±0.42)mg·cm–2·a–1)>灌木林地((2.90±0.44)mg·cm–2·a–1)>其他林地((2.21±0.18)mg·cm–2·a–1)>柏树林地((2.16±0.28)mg·cm–2·a–1);从土下5 cm到土下60 cm,试片平均溶蚀速率逐渐增加;试片溶蚀速率随海拔升高呈增加趋势,与海拔呈极显著正相关(R=0.328,p<0.01).以6种土地利用的土下试片平均溶蚀速率计算得出研究区平均岩溶碳汇强度为12.80 tCO2·km–2·a–1,林地、耕地、草地下岩溶年碳汇量为11613.11 tCO2·a–1,约为珠江流域岩溶年碳汇量的0.38％.影响不同土地利用下试片溶蚀速率的主控因子各不相同;降水、土壤有机质为试片溶蚀速率随海拔高度变化的主控因子;土壤水分、土壤CO2为试片溶蚀速率随土壤深度变化的主控因子.该研究成果可为区域石漠化治理、生态修复工作和碳汇效应研究提供参考依据.     

北方不同植被下土壤岩石试片的溶蚀速率及碳汇分析——以山西汾阳地区为例

通过山西汾阳不同植被条件下的对比溶蚀实验,并结合土壤有机碳和无机碳含量测试分析及土壤水分含量和CO2浓度野外现场测试,揭示出北方半干旱条件下的溶蚀速率特征及其影响因素,结果表明:（1）不同植被条件下的土下试片溶蚀速率差异明显,林地的地面以下溶蚀速率最大,为0.551 1 mg/(cm2?a),分别是灌丛[0.258 5 mg/(cm2?a)]和草地[0.254 7 mg/(cm2?a)]的 2.13倍和2.16倍;表明随着植被的正向演替,碳酸盐岩溶蚀速率有增加的趋势。（2）试片溶蚀速率主要受土壤有机碳、无机碳、水分控制,受土壤CO2浓度影响小;其中土壤有机碳含量、土壤水分与试片溶蚀速率呈正相关,土壤无机碳含量与试片溶蚀速率呈负相关;高浓度的无机碳使部分试片经过溶蚀后重量不减反增,造成试片溶蚀速率偏低。（3）以林地、灌丛、草地条件下试片土下平均溶蚀速率计算出研究区岩溶碳汇强度为1.815 tCO2/(km2?a),与前人根据水化学径流法计算的结果[8.69 tCO2/(km2?a) ]相比偏小。这意味着由溶蚀试片法来计算我国岩溶碳汇量可能会比实际偏小。      

混合岩溶流域碳酸盐岩溶蚀速率与岩溶碳汇——以漓江流域上游为例

碳酸盐岩矿物的化学风化速率要显著高于硅酸盐岩矿物,碳酸盐岩和硅酸盐岩混合流域中碳酸盐岩矿物风化对河流水化学的贡献占主导。为研究混合岩溶流域碳酸盐岩风化及岩溶碳汇特征,在漓江流域上游大溶江、小溶江、灵渠3个混合岩溶流域选取了24个点放置标准溶蚀试片并测试对应的土壤理化性质。基于雨季和全年试片溶蚀量和土壤理化特征,分析试片溶蚀量的主控因素及季节差异,定量评估大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度。结果表明:空中试片溶蚀量主要受控于降雨,植被会部分遮挡降雨,使试片溶蚀量显著下降,而地表和土下碳酸盐岩溶蚀受降雨和水文过程共同控制;雨季碳酸盐岩溶蚀更快,空中试片溶蚀量主要受控于降雨,而地表和土下试片主要受控于土壤水分的变化;基于溶蚀试片法,大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度分别为0.75、0.30和2.92 tC?km-2 ?yr-1。      

亚高山不同植被类型区的雨季岩溶溶蚀速率研究

关于岩溶溶蚀速率,前人在研究中肯定了岩溶区内CO2浓度的时空变化对溶蚀速率的驱动作用,然而不同的植被条件产生的土壤理化性质差异和变化对溶蚀速率的方向和强度也具有较大的影响.通过野外溶蚀标准试片法,测试得出重庆金佛山岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域4种典型植被类型下的5个测试点的雨季绝对溶蚀量和平均面积溶蚀量.测试结果表明不同植被条件甚至同一植被类型下不同海拔下岩溶区石灰岩标准试片的溶蚀速率都存在较大差异,5个测试点溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛.通过测试点的土壤基本理化性质分析得出以下结论:在研究区研究时间内的降雨量、温度差异的基础上,除了土壤CO2浓度,土壤有机质也是控制金佛山两泉域岩溶速率的主要因素之一.     

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。      

中国岩溶碳汇过程与效应研究成果及展望

我国是世界能源消费和CO₂总排放量第一大国,碳减排任务艰巨,责任重大。据调查,我国岩溶碳汇与森林、土壤碳汇在同一数量级,但其要在国家层面发挥重大作用,其影响因素及机理需要进一步调查和阐释,估算精度还有待提高。系统总结了流域尺度岩溶碳循环过程,并重点揭示了生物作用对岩溶碳循环的影响;研究了水圈二氧化碳的再循环规律;评估了外源水对岩溶作用的影响程度和促进强度;利用数学回归模型估算区域岩溶碳汇通量,提高了由点到面岩溶碳汇通量估算精度,并提出增加岩溶碳汇潜力技术途径,为我国岩溶碳汇通量科学估算提供支撑。     

Effect of Farmyard Manure Application on Dissolution of Carbonate Rocks and Its Eco-environmental Impact

A much improved understanding of how farmyard manure application may affect carbonate rock dissolution is needed in order to predict possible feedbacks between the rock carbon cycle and the global climate system. Two carbonate mineral rock tablets; dolomite and limestone were buried at six depths between 0 and 110 cm in a soil typical of the subtropical karst area in Guiyang City, Guizhou Province. The extent of tablet dissolution, soil CO2, soil pH, soil water content, soil mineral and chemical composition, and chemical composition of soil water were tested in order to assess the degree of dissolution under manure application over the course of one year. The results show that manure addition decreases the dissolution rate of carbonate rocks; limestone and dolomite by between 11.7%-116.9% and 25.0%-65.69% respectively, with the dissolution rate of limestone consistently exceeding that of dolomite under the same conditions. Our data indicates that the rate of pedogenesis of the dolomite and limestone rocks is decreased as much as 35.77% and 59.41% respectively, as a result of manure application. Moreover, the results suggest that manure application accelerated the generation of soil CO2, with soil CO2 concentration increasing on average by 93.94%, and the CO2 flux increasing by 67.64% compared with the control profile. Finally, the data also indicates that manure decreases CO2 uptake by dissolution of carbonate rocks by 25.50%-39.45% on a Guiyang city scale. The counteraction of the CO2 sink contributed by karst water due to farmyard manure utilization in general karst area (both dolomite and limestone) however was 59.41%-62.72%, indicating the application of manure successfully reduces both dissolution and CO2 release to the atmosphere.

     

施用农肥对岩溶溶蚀作用的影响及其生态环境意义

土壤下伏碳酸盐岩溶蚀作用研究对岩溶区成土作用及大气中CO_2影响意义重大.施肥改变了土壤的生物地球化学场,进而会影响岩溶区的岩溶动力学过程及碳循环.本文在贵州贵阳碳酸盐岩土壤剖面不同深度,埋设白云石、石灰石试片,进行了野外溶蚀试验,观测了试片溶蚀量、土壤CO_2、土壤pH及其他如土壤含水量、土壤矿物与化学成分、土壤水化学成分等影响凶素.结果表明:(1)施用农家肥降低了碳酸盐岩的溶蚀速率:石灰石的溶蚀速率降低了10.48%～53.90%.平均25.51%;白云石的溶蚀速率降低了25.0%～65.69%,平均39.45%.同样条件下土壤中石灰石溶蚀量比白云石大.(2)施用农家肥降低了当地的碳酸盐岩成土速度,降低了35.77%～37.27%.(3)施肥土壤更利于CO_2的产生:施肥剖面土壤中CO_2浓度比空白剖面CO_2浓度高22.52%～198.87%,平均高93.94%;施肥剖面地面CO_2通量比空白剖面地面CO_通量高67.64%.(4)施用农家肥减少了土壤对大气CO_2的沉降量,在贵州贵阳地区,减少的大气CO_2沉降量为25.50%～39.45%;间接地对岩溶水CO_2汇的作用产生了抵消作用,在贵州贵阳地区,抵消作用为59.41%～62.73%.     

基于扫描电镜和CT成像技术的碳酸盐岩溶蚀作用微观结构和变化规律研究

为研究溶蚀作用下碳酸盐岩孔隙的演变规律及控制作用,文章选取三峡地区4种类型碳酸盐岩开展溶蚀实验。同时结合扫描电镜、CT成像对实验前后岩石的溶蚀特征及孔隙结构进行测试。结果表明:溶蚀总发生在低晶格能的矿物处且沿矿物晶体的菱形解理面以及薄弱部位发育,表现为对矿物和孔隙等结构的选择性溶解;碳酸盐岩的孔隙度对溶蚀过程影响较小,岩石的孔径大小是影响碳酸盐岩溶蚀速率的重要因素;小孔径岩石的溶蚀多在样品表面发育小型溶孔,大孔径岩石的溶蚀主要发生在孔隙隙壁且有向岩石内部溶蚀的痕迹;经溶蚀改造,孔喉半径和连通性均呈现出增长趋势。本研究对碳酸盐岩差异性岩溶作用机理及岩溶发育规律的认识有一定指导意义。      

武汉地区天兴洲碳酸盐岩条带岩溶发育的异常性及其成因探讨

为了研究武汉地区中北部紧邻襄樊—广济断裂的天兴洲碳酸盐岩条带岩溶发育的异常特性,将该条带的岩石化学成份、矿物成份、岩性以及岩溶发育程度、溶洞规模、溶洞顶板在基岩面下的埋深、岩溶垂向分带和溶洞充填物等与其南侧的大桥和白沙洲碳酸盐岩条带进行对比分析,发现它们之间存在很大的差异。天兴洲碳酸盐岩条带岩溶发育的异常性与襄樊—广济断裂活动有关:晚三叠世—侏罗纪,襄樊-广济断裂发生挤压逆冲推覆活动使上、下碳酸盐岩组出露地表,发生第一期岩溶作用;白垩—古近纪,以襄樊—广济断裂为主体的断裂发生伸展活动,张性断裂和裂隙为基性岩浆喷溢和构造热液活动提供了通道,构造热液白云岩化和硅化作用对天兴洲碳酸盐岩条带的原岩进行改造,形成以白云岩为主、含硅质岩的具弱溶蚀性的岩石组合,同时,由于红层的广泛覆盖,这一时期岩溶作用间断;新近纪—早更新世,武汉地区整体隆升,各碳酸盐岩条带再次出露地表,发生第二期岩溶作用,而天兴洲条带由于岩性发生改变,可溶性减弱,与其它条带相比岩溶作用较弱。      

模拟酸雨条件下石灰土—碳酸盐岩体系的碳汇效应

为揭示不同酸度降雨对石灰土—碳酸盐岩体系内岩溶碳汇效应的影响,以贵阳市花溪区历史降水量为参照,选取贵阳市青岩镇纯灰岩发育土壤与贵阳市花溪水库三叠纪大冶组纯灰岩为样本进行淋溶试验。测定了6个月时长内不同酸度降水﹑不同土壤深度下模拟石灰土—碳酸盐岩体系降水淋出液的HCO3-﹑DOC含量和土壤呼吸速率,研究了模拟酸雨对石灰土-石灰岩体系碳汇的影响。结果表明:（1）在土壤深度10～50 cm匀质状态的样本中,随着土壤厚度的增加,淋出液中HCO3-含量逐渐增大﹑DOC含量逐渐减小﹑土壤呼吸速率逐渐增大,显示出土壤厚度对石灰土—碳酸盐岩体系的碳汇效应有着明显的影响;(2)在pH=3.5~6.8的范围内,降水酸度的增强可以抑制岩溶作用与有机碳的溶解,并降低岩溶碳汇效应;（3）在日降水量90～230 mm范围内,随着降水量的增大碳汇效应也会随之增强。      

碳酸盐岩岩层与石漠化关系分析——以桂西北喀斯特石山区为例

以桂西北碳酸盐岩石山区为例,采用野外地质特征调查和岩石化学分析等技术手段,从碳酸盐岩岩层的厚度、倾角和岩性等方面来分析喀斯特地区石漠化的成因,并结合反映石漠化程度的土壤和植被的盖度等相关数据,对岩层与喀斯特地区石漠化程度进行相关分析,得出喀斯特地区石漠化与碳酸盐岩岩层的厚度、倾角和岩性等具有相关关系的结论,即岩层厚度大的地区石漠化程度更高,岩层厚度小的地区石漠化程度较低;中等岩层倾角岩层分布区有利于雨水的流动和成土,石漠化程度较低;岩石性质的差异对石漠化程度也有相关性,石灰岩类的酸不溶物含量较低,对成土不利,其植被的盖度相对也较低,相应的石漠化程度更高。相反,白云岩类岩层区的石漠化程度较低。     

鄂尔多斯盆地西部奥陶系风化壳岩溶作用模式

鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组顶部遭受长期风化剥蚀,形成了以膏云岩为主的风化壳岩溶储层。通过偏光显微和超微扫描电镜深入观察了（含）膏云岩的孔隙类型及充填规律,分析了其岩溶作用特点,研究了以膏云岩为主的岩溶作用特征与传统碳酸盐岩岩溶作用特征的区别,探讨了膏云岩发育区的岩溶作用模式。结果表明:硬石膏结核和石膏晶体以其强亲水性和远高于白云石、方解石的溶解度,极易率先吸水发生溶解形成组构选择性溶蚀孔隙,导致膏云岩层蜂窝状溶孔的形成。硬石膏的高溶解度和力学不稳定性使得研究区以膏云岩、白云岩和灰云岩互层的风化壳储层以膏模孔、扩溶膏模孔及与之伴生的胀缩微裂缝为主要储集空间,孔隙大小具有明显的自限性。岩性—（含）膏云岩和沉积微相—海平面低位期潮上带（含）膏云坪沉积是储层形成的先天物质基础和环境条件,并因此直接导致（含）膏云岩储层的成层分布特征。表层膏云岩首先遭受淡水淋滤形成蜂窝状溶孔,多层成层分布膏云岩这种独特的物理化学性质使风化壳内的岩溶水以弥散性渗透为主,这是膏云岩发育区岩溶作用特征和模式与碳酸盐岩产生重要差异的根本原因。     

中国岩溶碳汇通量估算与人工干预增汇途径

中国是岩溶大国,岩溶作用吸收土壤或大气CO₂形成溶解无机碳,并随河流排向海洋,这是陆地碳循环的重要组成部分。中国地质调查局从2009年开始对岩溶碳汇进行探索性调查,基本查明了岩溶碳汇的作用机理、影响因素和计量方法。研究表明: 碳酸盐岩溶蚀试片、径流-水化学和回归模型等方法均揭示了中国岩溶碳汇潜力巨大; 植被恢复、土壤改良、外源水灌溉和水生植物培育等是人工干预增加岩溶碳汇的重要途径; 流域尺度岩溶碳循环及碳汇效应调查技术的应用,助力取得了岩溶碳循环地质调查和碳汇效应评价方面的理论、技术和平台建设等系列成果。值得注意的是,岩溶碳汇计量、核查和人工干预固碳增汇试验示范等方面还面临巨大挑战,这需要在“十四五”期间及以后的研究中不断攻关、完善,从而满足地质碳汇服务碳中和目标的需求。