岩溶泉补给地表溪流二氧化碳脱气作用研究

碳酸盐岩风化作用(即岩溶作用)能够吸收大气二氧化碳(CO_2),形成溶解无机碳(DIC,dissolved inorganic carbon),被认为是一种重要的陆地碳汇,其在全球碳收支平衡和未来陆地增汇中可能会有重要贡献。然而,目前对岩溶碳汇的稳定性还存在争议,一些学者认为岩溶地下水出露地表后会发生CO_2脱气,对岩溶碳汇通量估算带来不确定性。本文以广西桂林长流水表层岩溶泉补给的溪流(约2.7km长)为例,利用水化学和同位素质谱仪测试技术,研究了溪水水化学指标和溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))沿流程变化,探讨了溪流CO_2脱气过程、通量及其影响因素,以更好地了解岩溶碳汇的稳定性。结果表明:从泉口向下游,在陡坡地段(C1～C14段,长约270m,坡度约10°),溪水pH值、方解石饱和指数和δ~(13)C_(DIC)沿流程分别升高了0.9、0.9和1.8‰,而CO_2分压、电导率、Ca~(2+)浓度和DIC浓度分别下降了85%、34μS/cm、0.2mmol/L和0.7mmol/L,说明溪水发生了显著的CO_2脱气,并伴随碳酸钙沉淀。而在平缓地段(C18～C26段,长约2.1km,坡度1°),溪水各水化学指标和δ~(13)C_(DIC)变化较小,指示CO_2脱气作用较弱。这些发现表明溪流CO_2脱气受到了地形决定的水动力条件控制。另外,在下游渠段,受支流汇入影响,溪水pH值和方解石饱和指数有所降低,在一定程度上抑制了CO_2脱气。溪流CO_2脱气能够抵消部分岩溶作用固定的大气CO_2量,但是在长流水这一高地势、低流量且有碳酸钙沉积的环境下,其抵消的量也仅占29%。对于在低缓地区受流量很大的岩溶泉/地下河补给的河流,其CO_2脱气作用对岩溶碳汇的影响有限,加之受可能增强的水生光合生物固碳效应影响,岩溶碳汇应具有很高的稳定性。

Study on Carbon Dioxide Outgassing in a Karst Spring-fed Surface Stream