北京典型溶洞区土壤中的CO2及其对岩溶作用的驱动

本文通过对北京万佛堂孔水洞观测站土壤CO2 及泉水中HCO-3 等为期一年的观测资料的分析评价,得出结论: 土壤中的CO2驱动着岩溶作用,表现在土壤中CO2 含量的季节性变化—— 夏季土壤CO2 含量升高和泉水中HCO-3 浓度也相应升高。      

土壤中的CO2及其对岩溶作用的驱动

作者以桂林岩溶试验场和陕西鱼洞河两个观测站为例,分析了我国南、北方土壤ＣＯ２的动态、差异及其对岩溶作用的驱动规律,进一步结合气候条件（气温、降水）等的分析,揭示了南、北方岩溶发育差异的根源。     

岩溶土壤中CO2浓度、水化学观测及其与岩溶作用关系

本研究选择了具有我国南方岩溶石山地区特点的桂林丫吉村试验场为研究场区,对其岩溶土壤的ＣＯ２浓度变化、岩溶泉水和土壤水水化学指标、石灰岩的溶蚀作用进行了定位长期观测。观测结果显示:（１）土壤ＣＯ２浓度的季节变化在泉水和土壤水水化学上均能反映出来;（２）两个土壤剖面的石灰岩溶蚀试验结果均表明,溶蚀强度随不同土壤深度的ＣＯ２浓度的变化基本是一致的,但土壤水分的差异会造成溶蚀强度的正叠加;（３）两个土壤剖面由于所处小环境、土壤结构和与下垫面灰岩关系不同,使得其中ＣＯ２浓度历月变化特征有一定差异。      

岩溶区碳循环与大气CO2的源汇关系：以贵州岩溶区为例

全球碳循环的研究表明，人为ＣＯ２收支存在不平衡现象，据不同的估算，其未知汇为（１．８±１．４）×１０＾１５ｇＣ／ａ或（２．０～４．７）×１０＾１５ｇＣ／ａ。通过对贵州高原岩溶区岩溶作用带及其相邻圈层碳循环的观测，研究表明，岩溶作用带的碳循环强度与其相邻圈层（土壤层，生物圈，大气圈）的碳循环强度密切相关，表层带岩溶泉水中的ＨＣＯ＾－３与上部圈层的ＣＯ２浓度呈较好的正相关关系。同时，在不同生态，地质条     

亚热带森林岩溶区土壤CO2迁移动态初步研究

贵州茂兰是研究森林覆盖下岩溶表层系统结构特征、运行规律的重要基地.本文初步研究了该地区碳迁移的若干特征 (1) 土壤剖面中CO2浓度变化.秋、冬季土下CO2浓度,50cm处始终高于20 cm处,而在春、夏季土壤剖面中CO2浓度变化幅度大,20cm处的浓度时常高出50cm处. 土下20cm、50cm处CO2浓度在不同季节的变化趋势是夏季(32 833×10-6、 38 666×1 0-6)春季(24 416×10-6,28 800×10-6)秋季(6 450×1 0-6),14 216×10-6＞冬季(3 833×10-6,8 833× -6),土下CO2浓度变化趋势与温度和降雨量有较好的正相关关系.20cm处的CO 2浓度变化与温度的相关系数r＝0.89,与降雨量的相关系数r＝0.70;50cm处的CO 2浓度变化与温度的相关系数r＝0.69, 与降雨量的相关系数r＝0.66.(2)土壤呼吸释放C O2的速率有类似的变化规律夏季为339.68mg.m-2.h-1、为281. 74mg.m-2.h-1、秋季为206.59mg.m-2.h-1、冬季为65.53mg.m-2.h-1.年均排放量为1.96kg.m-2.yr- 1.(3)随水排泄HCO3-1是岩溶表层泉碳迁移的重要组分.表层泉水的H CO3-1浓度的季节变化与气温、月降雨量、土下20cm处CO2浓度存在着负相关,其相关系数r＝-0.57、-0.71和-0.47,而与表层泉水的pH值之间没有显著的相关关系.这与非森林岩溶区的观测结果有一定的差异,内在的机理需要对相关的生物学的指标进一步的研究;(4)野外溶蚀试片的测试结果表明,夏季的岩溶作用强度是春季的2.6倍.     

碳酸盐岩土壤CO2的动态特征及其对溶蚀作用的驱动

由于气候及人类活动等环境因素的影响，直接观测碳酸盐岩－大气系统中ＣＯ２剖面的动态及行为比较困难，作者以碳酸盐岩发育的土壤作为ＣＯ２产生，贮存，运移的介质，对土壤剖面中ＣＯ２的分布及动态特征，不同深度标准石灰岩溶蚀试片的溶蚀作用以及岩溶地下水的水化学参数进行了观测研究，并结合以往的研究资料，对岩溶作用的气体动力学机制进行了探讨，获得如下新认识，（１）土壤剖面ＣＯ２分布特征与气候密切相关，在旱季，土壤     

岩溶土壤系统对空气CO2的吸收及其对陆地碳汇的意义——以桂林丫吉村岩溶试

以桂林丫吉村岩溶实验场为例 ,对湿润亚热带岩溶土壤系统进行了土壤植被系统CO2 浓度变化、土壤有机质分解的CO2 产生等野外观测以及实验室土壤灰岩土柱系统模拟实验。实验表明在土壤地球化学条件的控制下 ,岩溶土壤系统存在着对空气CO2 的显著吸收效应 ,其值可达 2 2～ 130 g/ (m2 ·a) ,并以此为依据估算了中国岩溶土壤系统对大气的碳汇约为 4× 10 13g/a。因而揭示了岩溶土壤系统可能是十分重要的陆地碳汇 ,在讨论全球碳汇饱和问题中必须重视这一碳汇的变化。     

桂林典型岩溶区土壤CO2通量及其δ13CCO2季节性特征

通过选用静态暗箱/气相色谱法,探讨桂林毛村典型岩溶区土壤CO2通量及其δ13C CO2的季节性演变规律,旨在揭示野外条件下土壤CO2及其δ13CCO2对环境因子变化的影响机制。同时野外原位监测大气温度、压强、土壤温度等环境参数来明确环境因子对土壤CO2的影响过程。结果表明:岩溶区土壤CO2通量及其δ13C CO2在季节时间尺度上呈现出相似的季节性变化规律,夏季土壤CO2通量较高,土壤δ13C CO2偏轻,且土壤CO2通量与土壤温度呈显著正相关关系。此外,夏季10 cm处土壤CO2通量明显高于0 cm,且该处δ13C CO2也偏轻于0 cm;冬季10 cm处土壤CO2通量与0 cm相差并不明显,而该处δ13C CO2却仍是偏轻于0 cm。在日时间尺度上10 cm土壤δ13C CO2明显偏轻于0 cm。      

湿润亚热带典型白云岩区不同土地利用的土壤CO2浓度特征及其影响因素

以中国南方岩溶施秉世界自然遗产地杉木河流域的子流域——黄洲河岩溶小流域为研究区,对3种不同利用方式土地（林地、旱地、水田）中的土壤CO2浓度进行为期一年的观测,并采集土壤样品,分析其理化性质。结果显示:（1）不同土地利用方式下土壤CO2的年平均浓度为:水田（21 008×10-6）>林地（9 038×10-6）>旱地（5 660×10-6）;（2）一年中林地与旱地的土壤CO2月浓度曲线与月均气温曲线的变化形态具有相似性,年变化规律总体上表现一致:1-7月土壤CO2浓度逐渐升高,8月浓度达到峰值,分别为16 157×10-6和13 458×10-6;（3）水田土壤CO2浓度在1-3月逐渐下降,3月出现最低值11 727×10-6,3-12月逐渐升高,8月开始波动升高,在10月达到峰值（29 993×10-6）;（4）白云岩区土壤CO2浓度有显著的季节变化规律（夏秋高、冬春低）;（5）气温、降雨对林地和旱地土壤CO2浓度有显著影响,而对水田土壤CO2浓度影响不显著;（6）土壤有机碳含量的差异对土壤CO2浓度有一定影响,且土壤pH增高,其土壤CO2浓度也随之增大。      

岩溶与非岩溶区稻田土壤CO2固定细菌的丰度比较

以桂林毛村岩溶试验场稻田土壤为研究对象,以cbbLR1、cbbLG1和cbbM为CO2固定细菌的指示基因,采用荧光定量PCR技术,对比三者在岩溶区、混合区与非岩溶区中的丰度。结果表明,cbbLG1基因在岩溶区的丰度显著高于混合区和非岩溶区,最大值为1.42×109拷贝·g-1;cbbLR1和cbbM基因在混合区的丰度显著高于岩溶区和非岩溶区,最大值为2.06×109拷贝·g-1和3.35×107。相关性分析表明,cbbLG1的丰度与土壤中有机碳质量分数、全氮质量分数及阳离子交换量显著相关;三个cbbL基因对pH的敏感度不同：pH与cbbL G1基因呈显著正相,而与cbbM基因呈显著负相关。     

土地利用和覆被变化对岩溶区土壤CO2浓度的影响

通过选择3个具有不同地质背景、气候条件等环境特征的山西汾阳马跑-郭庄岩溶泉域、湖南湘西大龙洞地下河流域、广西桂江流域,对流域内具有代表性的不同土地利用方式和覆被类型下垫面土壤20~50cm深处CO2浓度进行检测。结果显示,土地利用方式和覆被变化对3个流域岩溶土壤中20cm、30cm、40cm和50cm深处CO2浓度具有明显的影响作用:湖南湘西大龙洞地下河流域多数样地土壤CO2表现为随土层的加深先增加后降低的双向梯度;山西马跑-郭庄泉域玉米地的土壤CO2浓度比种植马铃薯的高,且随着覆被条件由草地→灌丛→林地的改善,土壤的扰动性变小,CO2浓度差趋于减少,变幅趋于稳定。各个流域相同覆被类型,群落结构和优势种变化越小,土壤CO2浓度变幅越小。      

岩溶地区山地森林土壤CO2 的同位素组成研究

岩溶地区山地森林土壤中CO2 的δ13 C值较大气CO2 的δ13 C值低,自地表向下,随着土壤深度的增加,δ13 C值减小, CO2 含量增高,变化的拐点在土壤的表层;在拐点深度之上, CO2 含量略有升高,δ13 C值急剧降低;在拐点深度之下, CO2 含量呈线形上升,δ13 C值趋于定值;土壤CO2 的δ13 C端元值为- 21. 485‰。自地表以下,随着土壤深度的增大,δ18O值以近线形的关系减小。     

桂林岩溶洼地生态系统中大气CO2动态及环境意义

对桂林岩溶试验场岩溶洼地生态系统中大气ＣＯ２动态的昼夜观测结果说明,岩溶洼地对大气ＣＯ２具有一定的调蓄作用,并促进岩溶发育;植被的光合呼吸作用是制约大气ＣＯ２日动态直接的因素,而土壤ＣＯ２向大气的排放居次要地位。     

论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对<中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇分区估算>一文的商榷》的答复

岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2~3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。      

碳酸盐岩岩溶作用对大气CO2沉降的贡献

精确预测大气CO2的未来变化对于预测全球气候变化是至关重要的.为此,需要确定大气CO2的源和汇及其随时间的变化.本文作者利用已发表和未发表的资料对一些实例进行了分析:首先讨论了碳酸盐岩岩溶作用(包括碳酸盐溶解及再沉积的共同影响)对土壤CO2和径流变化的敏感性;接着利用水化学-流量方法和碳酸盐岩石片试验方法得出了我国和世界碳酸盐岩地区因碳酸盐岩岩溶作用从大气中吸收的净CO2总量,即碳酸盐岩岩溶作用对大气CO2沉降的贡献.它们分别是:中国每年1800万tC,整个世界岩溶地区1.1亿tC;最后,文章据DBL理论模型计算得出世界碳酸盐岩地区碳酸盐岩溶解吸收CO2一项产生的大气CO2沉降量为每年4.1亿tC,继而得出全世界碳酸盐岩地区因碳酸盐再沉积而释放CO2产生的大气CO2源项为每年3亿tC.     

岩溶发育对温室气体CO2的调节能力研究

温室效应是当今世界上许多国家及其政府关注的重要问题之一。从地质角度研究全球最大碳库－－碳酸盐岩在其岩溶发育过程中对温室气体ＣＯ２的调节能力,从而为更全面,定量地考察温室气体ＣＯ２循环提供新思路及依据。     

微动HVSR法在岩溶区探测地下河管道和溶洞的有效性研究

微动HVSR（Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio）法是一种简单有效的被动源地震勘探方法,当测点下方介质存在明显的速度变化时,HVSR曲线会呈现相应的异常形态。为探索该方法在岩溶区探测地下河管道和溶洞的有效性,选择桂林毛村地下河流域内的大岩前村作为研究区,并在此开展野外试验。研究区发育有一条地下河管道,通过精准的洞穴测量,获得了此地下河管道的平面位置和洞高等信息。在研究区的地下河管道上方地面布设3条物探测线,均进行微动HVSR法测量,并用探地雷达法测量作对比。结果表明,两种物探方法的异常位置与测线下方地下河管道的实际平面位置基本一致,证明微动HVSR法可作为一种有效的地下河管道和溶洞探测方法。     

土地利用对岩溶作用碳汇的影响研究综述

耦合水生光合作用的岩溶作用碳汇新模式的提出使得碳酸盐岩的风化过程成为寻找“陆地剩余碳汇”(residual land sink) 的新方向。传统意义上,碳酸盐岩风化在全球碳循环模型中被认为是未快速响应地表环境变化的地质过程,然而最新一系列研究表明人类土地利用显著改变了这一地质循环过程。文章总结了岩溶作用碳汇对不同土地利用/覆被变化的具体响应,并对其机理进行了系统分析。发现土地利用与覆被变化影响岩溶作用碳循环过程主要源自土壤CO2浓度和径流量变化以及外源酸（硝酸和硫酸）的介入。证据显示在土地利用对岩溶作用碳汇的调控中土壤CO2浓度与径流量是复杂且相互制约的两个机制,人类活动产生的外源酸干扰在不同层面上的影响也不同。由于地表水生生态系统所产生的内源有机碳（AOC）的巨大稳碳能力(水生碳泵效应)在以往的研究中并没有与碳酸盐岩风化过程相联系,因而其对土地利用变化的响应过程和机理是岩溶碳循环研究的最新方向。基于土地利用调控碳酸盐岩风化过程的复杂性和多样性特点,综合考虑岩溶作用产生的DIC(溶解无机碳)与AOC在不同土地利用情况下的相互关系以及定量分析各环境因素的具体效应成为了合理制定人为土地利用调控策略的必要前提,也是岩溶作用碳汇研究的未来发展方向。      

秸秆还田对岩溶区与非岩溶区土壤酶活性影响的对比研究

通过室内模拟试验,研究了岩溶区棕色石灰土与非岩溶区红壤对玉米秸秆有机物料降解过程中土壤pH值、秸秆降解率和酶活性的变化特征.结果表明:秸秆降解期间,土壤pH值在前期有下降的趋势,后期慢慢回升;秸秆降解速度最快主要集中在降解的最初30 d,之后呈缓慢上升趋势,到98d基本达到平衡,降解速度大大减慢;过氧化氢酶的变化不明显,土壤蔗糖酶、脲酶、纤维素酶和蛋白酶活性都在不同程度上呈现"前期上升,中期下降,后期上升" 的变化趋势.因素比较结果表明:除蛋白酶的活性是非岩溶区的大于岩溶区外,其它的基本上都是岩溶区的大于非岩溶区;从降解率来看也是岩溶区的要稍高于非岩溶区.由此认为,秸秆在岩溶区土壤中的降解作用比非岩溶区更强.