三岔河流域水文特征与化学风化碳汇效应

在喀斯特地区的流域产汇流过程中,由于富含碳酸的水体对可溶岩的溶蚀作用,导致河流断面输出大量溶解无机碳(DIC),反映了流域化学风化消耗大气CO2的强度,与流域水文过程密切相关。为了正确估算流域水文过程中化学径流及其碳汇效应,解析水文特征对流域地表过程中碳的生物地球化学行为的影响规律,以喀斯特地貌广布的三岔河流域三个水文站断面为例,研究了河源区河流水文特征与碳汇效应。结果表明:处于亚热带湿热环境下的喀斯特流域在观测水文年内,碳汇强度远大于非喀斯特的花岗岩流域且具有显著的季节变化,绝大部分的碳汇发生在高温多雨的6-11月。相关分析表明,流域碳汇强度与流域气温、降水和径流量呈显著的正相关关系;流域碳汇强度与河流总溶解固体物(TDS)浓度、DIC浓度呈显著的负相关关系。丰水期径流对河流TDS和DIC有明显的稀释效应。流域碳汇强度主要决定于河流TDS和DIC输出载荷而非河流TDS和DIC的浓度,与流域水文特征密切相关。     

土地利用空间差异对典型喀斯特泉域化学风化碳汇的影响

为了研究土地利用等人类活动对岩溶作用碳汇的影响规律,采用野外调查和遥感影像相结合的方法,获取2个毗邻的典型喀斯特特小流域土地利用数据特征。利用现场实测水体理化参数,采用径流系数法分别计算其碳汇通量和碳汇强度。对比分析两流域的土地利用类型和岩溶碳汇强度的差异,结果显示:1)陈旗和灯盏河2个喀斯特流域的化学风化碳汇具有显著的季节变化特征,其碳汇强度分别为1.24×106和1.44×106 mol/(km2·a)。2)流域内土地利用类型及其上、下游配置关系,尤其是水田的上、下游配置差异,是导致岩溶作用碳汇强度差异的重要原因。人类活动是调控岩溶作用碳汇的有效途径之一。     

中国喀斯特关键带岩石风化碳汇评估及其生态服务功能

喀斯特地区的岩石风化固碳被认为是全球遗漏碳汇之一,中国喀斯特地区的分布面积达344万km²,目前对其岩溶碳汇缺乏精确、系统的评估,对碳汇产生的机制仍存在争议。本文通过对喀斯特地区碳汇研究的回顾,详细介绍了适用于喀斯特地区固碳速率的估算方法,并对喀斯特地区的岩石风化碳汇进行再评估,然后将地球关键带科学概念引入喀斯特生态系统,阐述喀斯特关键带碳汇研究对生态系统服务和功能的意义。研究结果表明,中国喀斯特地区每年因岩溶作用产生的碳汇为4.74 Tg C yr^-1,未来中国需要加强岩石—土壤—水体—生物—大气复杂交互系统的基础数据收集,以明确各界面碳通量,对喀斯特关键带碳汇进行多尺度、多方法、全方位联合评估,在改善喀斯特生态系统功能、科学管理区域和国家碳收支及全球变化研究等方面为政府和学者提供参考。     

全球主要河流流域碳酸盐岩风化碳汇评估

碳酸盐岩风化吸收的大气CO₂主要以HCO₃ ^-形式连续地经由河流从大陆输送到海洋,成为陆地生态系统的重要碳汇。目前主要河流流域的碳酸盐岩风化碳汇估算存在不确定性,分布格局尚不清晰。基于GEMS-GLORI全球河流数据库提供的全球10万km ²以上主要河流流域多年平均监测数据,利用水化学径流法估算出全球主要河流流域碳酸盐岩对CO₂的吸收速率为0.43±0.15 Pg CO₂ yr ^-1,平均CO₂吸收通量为7.93±2.8 t km ^-2 yr ^-1。CO₂吸收通量在不同气候带下差异显著,热带和暖温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域年吸收速率的62.95%。冷温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域的33.05%,仅次于热带地区。本文划分出全球CO₂吸收通量的9个关键带,关键带的交汇处CO₂吸收通量较高。喀斯特出露流域碳酸盐岩对CO₂吸收通量的均值为8.50 t km ^-2 yr ^-1,约为非喀斯特流域的3倍。全球喀斯特出露流域碳酸盐岩风化碳汇在全球碳循环、水循环及碳收支平衡估算研究方面占据重要地位。     

中国喀斯特关键带岩石风化碳汇评估及其生态服务功能（英文）

The karst critical zone is an essential component of the carbon(C) pool, constituting the global C cycle. It is referred to as one of the "residual land sink" that remains largely indeterminate. Karst area(2.2×10~7 km~2) comprises 15% of the world's land area, and karst area comprises 3.44×10~6 km~2 of area in China. Due to the complexity of karst structure and its considerable heterogeneity, C sequestration rate estimations contain large inaccuracies, especially in relation to the different methods used in calculations. Therefore, we reevaluated rock weathering-related C sink estimations in China(approximately 4.74 Tg C yr~(–1)), which we calibrated from previous studies. Additionally, we stipulated that more comprehensive research on rock-soil-biology-atmosphere continuum C migration is essential to better understand C conversion mechanisms based on uncertainty analyses of C sink estimations. Moreover, we stressed that a collective confirmation of chemical methods and simulated models through a combined research effort could at least partially eliminate such uncertainty. Furthermore, integrated C cycling research need a long-term observation of the carbon flux of multi-interfaces. The enhanced capacity of ecosystem C and soil C pools remains an effective way of increasing C sink. Karst ecosystem health and security is crucial to human social development, accordingly, it is critical that we understand thresholds or potential C sink capacities in karst critical zones now and in the future.     

中晚全新世以来玛曲高原的化学风化过程演变

在对玛曲高原东南部具有代表性的黄土-古土壤-风成砂沉积剖面进行常量、微量元素及地球化学风化参数分析的基础上,结合¹⁴C测年结果,探讨了中晚全新世以来玛曲高原的化学风化过程。结果表明:(1)不同地化学元素在剖面中的化学活性表现出明显的差异性,常量元素Ca、Si、Na以强烈迁移淋失为主,Fe、Mg则表现为明显富集;元素活动性及迁移顺序为Ca >Si >Na >Al >K >Fe >Mg;常量元素的迁移特征表明玛曲高原处于脱Ca、Na的初期化学风化阶段;微量元素除Sr迁移淋失显著外,Cu、Mn、Zn均呈现出强富集特征。(2)根据典型地化学元素记录的冷干-凉润-凉干-温湿的气候变化过程,结合化学风化指标将玛曲高原中晚全新世以来的化学风化过程划分为3.8 ka BP以前的风化较弱期、3.8~3.5 ka BP风化较强期、3.5~1.6 ka BP风化减弱期和1.6 ka BP以来的风化增强期4个阶段。     

梅州民俗旅游资源及其开发

从六大方面分析梅州民俗旅游资源的“客”性,指出其目前开发经营中存在的管理粗放、重点不显等问题。据此,结合山区经济现实,提出了应结合历史文化名城建设,塑造梅州“世界客都新形象;遵循流动表演－－定点展示－－建村观赏次序开发等进一步开发利用梅州民俗旅游资源的措施。     

喀斯特山地生态系统石漠化过程及其恢复研究综述

喀斯特石漠化一般经历顶极植被-灌草丛-石漠等3个阶段。在这一退化过程中喀斯特石漠化对环境的选择性导致喜Ca、耐旱和岩生性的植物生存,而生物量的移出和耐荫树种消退是退化的关键因素。退化过程中植被、土壤理化性质与环境形成正反馈关系,并具有退化方向上的一致性、退化过程的非同步性和退化速度的非线性等特点。喀斯特植被恢复时,其恢复对策经历了由早期更新对策向中期结构调整对策直至后期结构功能协调完善对策更替。喀斯特生态系统恢复的技术包括自然恢复、人工恢复与复合农林业综合治理技术。喀斯特区域恢复的核心是整体人地系统的生态优化。提出喀斯特生态系统石漠化过程及恢复研究的重点是适应性恢复与适应性管理的基础理论问题。     

山地水土要素时空耦合特征、效应及其调控

我国是一个多山的国家,山地面积约占陆域国土的65%1),其地理环境的差异性和复杂性,以及人类活动的强烈性,导致山区人地关系具有鲜明的特殊性。山地是具有多样功能的自然综合体,发挥着资源供给、生态服务、环境调节等不可替代的功能,是国家生存与发展重要的自然基础。生态文明建设和国家全面建成小康社会,使得山地问题越发得到广泛关注,山区发展越发得到重视。本文结合国家重点基础研究发展计划(973计划)项目"典型山地水土要素时空耦合特征、效应及其调控",主要介绍该项目研究围绕国家重大需求,以水土要素为核心,研究其时空耦合的差异性和资源、生态效应,通过水土耦合格局、过程的机理揭示,回答对应的科学问题,为山区国土空间的优化与调控提供科学依据。     

干旱区盐风化过程的初步研究

盐风化是干旱区一种重要的岩石风化过程。本文初步研究了盐风化作用的性质、机制和强度及其在地貌塑造和生产实践上的意义。盐风化包括盐结晶风化作用和盐水化风化作用两种类型。盐风化的强度在很大程度上取决于盐类矿物性质和气候条件。高温和干旱相结合的气候最有利于盐风化过程。通过对未风化岩石和风化岩石的对比,证明盐风化发展的速率很高。Tafoni是盐风化发展阶段的一种重要标志。     

青藏高原北部典型冰川流域化学风化研究

青藏高原生态环境对气候变化的响应是全球变化研究关注的重点问题。地表风化与气候变化之间具有紧密的联系,因此对冰川流域硅酸盐岩风化以及黄铁矿氧化进行定量研究可为理解高原气候变化提供关键性认识。本文以青藏高原北部祁连山典型冰川流域—老虎沟流域为研究对象,通过分析流域河水及降水的水化学和氢氧同位素,研究了冰川径流来源,河流溶质来源以及水文条件对溶质的影响,流域化学风化速率以及黄铁矿氧化对化学风化碳汇效应的影响。利用同位素径流分割得到地下水、冰川融水以及大气降水对冰川径流的贡献分别为18.2%、58.3%和23.5%,并进一步通过溶质产生模型讨论了冰川河流量对溶质的影响。通过反演模型计算得到碳酸盐岩、硅酸盐岩、蒸发岩和降水对河水阳离子的贡献分别为59.1%、20.1%、8.3%和12.5%,蒸发岩、降水和融雪、黄铁矿对SO₄^2-的贡献分别为14.4%、8.0%、77.6%。最终估算得到碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化通量分别为50.8 g/s和7.8 g/s,相应的CO₂吸收速率分别为24.4 t/(km²a)和5....     

青海湖种羊场风成沉积的常量元素组成及其化学风化指示

青海湖区是研究亚洲季风和西风环流强度变化和相互作用的良好区域。与青海湖湖泊钻孔沉积物一样,青海湖岸边广泛堆积的陆相风成沉积独立地记录了青海湖区晚第四纪以来的环境演变。过去对青海湖风成沉积的元素地球化学特征虽有过一些研究,但对于这套风成沉积的化学风化研究相当薄弱。通过对青海湖东岸种羊场剖面晚第四纪风成沉积的常量元素组成及主要的化学风化指标进行研究,结果表明:1)化学风化指标CIA(化学蚀变指数)、CIW(化学风化指数)、K2O/Na2O和Fe2O3/Mg O比值均反映了种羊场风成沉积经历了早期化学风化强度弱、中期强和晚期再度变弱的变化特征;2)在距今~5 ka时,风化指标显示化学风化作用最强,可能记录了青海湖区暖湿的气候特征;3)种羊场风成沉积的Fe2O3/Mg O比值与!fd%(频率磁化率的百分比)呈显著线性正相关(相关系数R2为0.939),指示在化学风化过程中Fe元素的富集对于磁化率增强具有重要贡献。     

大理点苍山地区白雀寺地层剖面的化学风化特征及其古环境

本文根据系统测定的大理点苍山－洱海地区白雀寺地层剖面的氧化矿物含量数据，对该剖面的风化系数和风化变率及其古环境意义进行了深入的探讨；在此基础上，选择出其中的硅铁化变率曲线，主要采用函数转换法就古环境中温度升降过程的波动幅度进行了推算，揭示出云南北部晚更新世大理冰期中存在着短时的气温回暖期，而在大理冰期内气候的冷暖波动较低，高纬地区的更加剧烈。经与低、高纬地区古气候变化曲线的比较研究，证明大理白雀寺     

九江下蜀黄土和红土的化学风化特征

南方下蜀黄土和红土为研究亚热带地区的古风化强度提供了良好的地质记录。对九江两个下蜀黄土和红土剖面(JJ3和JJ4)的色度、磁化率和常量元素组成进行了研究。JJ3和JJ4剖面沉积物的磁化率和红度(a*)变化趋势较一致。与上地壳相比,九江下蜀黄土与红土的Ca、Na重度亏损,K轻度亏损。九江下蜀黄土的CIA值小于80,而红土的CIA值大于80。Rb/Sr比值和CIA值显著正相关(R2为0.95),二者可有效指示下蜀黄土和红土的化学风化程度。     

亚热带山地土壤的地球化学特征及其与新构造运动的关系

对亚热带峨眉山、天目山和凤阳山的列样品研究表明，高、低海拔土壤在矿质风化与淋溶、氧化铁富集与转化、粘粒矿物类型及分布等方面均酷为相似，而这些地球化学特性在相同温差水平带的土壤上却有明显区别，由此推算的新构造运动强度与前人研究结构基本一致。这对阐明山地土壤的发生分类及拓宽新构造运动研究方法等有一定参与价值。     

高纬度山地的坡面过程

本文主要对高纬地区,如斯堪的纳维亚、斯匹次卑尔根、格陵兰和北极地区的北美部分的坡面过程及其所产生的地形,进行了地貌形态的研究。在此,我们主要强调对坡面过程及其所产生的地形的现代过程的观察和观测,以及在漫长的历史时期,如自更新世大冰盖退缩以来的整个全新世期间,对地貌比较分析这两方面的研究。     

汉江上游弥陀寺黄土-古土壤序列的化学风化特征及其环境意义

对汉江上游谷地弥陀寺黄土剖面的地层序列和常量元素进行了研究,用光释光测年法(OSL)对地层进行了断代。结果显示:剖面中Na2O、Mg O、Ca O表现淋失,Fe2O3、K2O和Al2O3则相对富集,其中在古土壤中这些元素表现淋失或富集程度更为强烈;剖面具有斜长石风化为主的初级化学风化程度,以Ca、Na流失严重为特征;从马兰黄土L1→古土壤S0→全新世黄土L0,风化由弱变强再变弱。这些信息揭示了汉江上游地区晚更新世以来的环境尤其是气候的变化规律:18 000~11 500 a BP气候以干冷为主,进入全新世后逐渐转暖,8 500~3 100 a BP为全新世大暖期,气候温湿,3 100 a BP后气候又转凉,呈现出由"冷干→转暖→暖湿→干凉"的演变过程,同时弥陀寺黄土对6 000~5 000 a BP期间发生的气候波动冷事件也有记录响应。     

岷江上游山地森林生态气候效应

为探讨岷江上游地区山地气候特征及森林生态气候效应,利用岷江上游南、北坡林内外的小气候观测资料,对该地区南、北坡向山地的太阳辐射、气温(1．5m)、地表温、水汽压、相对湿度、风速等小气候特征及森林生态气候效应进行了比较分析,探讨了其分布规律以及彼此间的内在联系。结果表明：不同坡向,不同季节,各山地气候要素分布存在区别;而山地森林具有较显著的生态气候效应,可以降低气温和地表温,增加湿度,减小风速,其生态效应在不同季节和不同坡向存在差异;通过林内、外气象要素的回归分析,得知：林内外的气象要素除4月风速之外,大多数气象要素存在显著的林内外相关关系;其中,以气温和相对湿度的相关性最好。     

流域化学风化与河流水化学研究综述与展望

工业革命以来大气CO2浓度不断上升,其源汇机制和时空变化成为学界关注的焦点。岩石特别是硅酸盐类岩石的化学风化是全球生物地球化学循环的重要碳汇。控制化学风化速率的因素较为复杂,各因素作用的机理和重要性还不完全明确。源于人类排放的H2SO4普遍参与到化学风化过程中,这加快了流域化学风化的速率,但这一过程对碳汇效应的影响机理尚缺乏足够的研究。当前河流水化学研究中用来判断河水化学类型及离子来源的方法可分为定性和定量两类,前者有Gibbs图法、三角图法和端元图法等;后者包括质量平衡法和同位素示踪法等。目前对影响流域化学风化速率因素的研究多侧重于对单一环境要素与风化速率之间响应关系的分析,在今后的研究中有必要介入更为严谨的数理统计方法;有关硫酸参与流域化学风化过程的研究成果还较少,随着酸雨现象日趋严重,这一课题的重要性日渐突出;在短时间尺度上碳酸盐岩化学风化的碳汇效应不可忽视,今后应加强对其研究。