典型表层岩溶泉水短时间尺度动态变化规律

通过多功能自动化监测记录仪CTDP300,对金佛山表层岩溶泉碧潭泉物理化学性质的昼夜变化过程进行了研究.短时间尺度监测表明,岩溶动力系统对环境变化比较敏感,响应及时,水的物理化学性质昼夜动态变化在不同气候条件下有不同表现.在无雨条件下,水温的变化与气温基本一致,电导率峰值区滞后温度数小时,这可能与植被从光合作用向呼吸作用转变导致大气CO₂浓度产生较大的梯度变化有关,而这种梯度十分有利于岩溶作用的进行,但由于植被覆盖和地质构造等因素的差异,滞后时间有较大不同;在暴雨期间,虽有植被和土壤的阻挡和调蓄作用,降雨对碧潭泉岩溶水还是有较强的稀释作用,但开始降雨后数小时左右,表层岩溶带高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和CO₂效应逐渐占主导地位.     

桂林典型岩溶区土壤CO_2通量及其■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CO_2通量及其■的季节性演变规律,旨在揭示野外条件下土壤CO_2及其■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CO_2的影响过程。结果表明：岩溶区土壤CO_2通量及其■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CO_2通量较高,土壤■偏轻,且土壤CO_2通量与土壤温度呈显著正相关关系。此外,夏季10 cm处土壤CO_2通量明显高于0 cm,且该处■也偏轻于相差并不明显,0 cm;冬季10 cm处土壤CO_2通量与0 cm而该处■却仍是偏轻于在日时间尺度上0 cm。10 cm土壤■明显偏轻于0 cm。     

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。      

典型表层岩溶泉短时间尺度动态变化规律研究

本文以广西马山县弄拉岩溶动力系统监测站为例,通过人工及自动记录,分别对表层岩溶泉水的物理化学特征变化进行了研究.短时间尺度监测表明,岩溶动力系统对环境变化十分敏感,响应及时.在不同的气候条件下,水的物理化学特征多日与昼夜动态变化有不同的表现.在正常气候(无雨)条件下,水温的变化与气温变化基本一致,pH与电导率之间具有较好的负相关关系,电导率峰值区滞后最高温度约4~5 h.这可能与植被从光合作用向呼吸作用转变导致大气CO2浓度产生较大的梯度变化有关.而这种梯度十分有利于岩溶作用的进行.暴雨期间,稀释作用可贯穿整个降雨过程,但降雨1~2 h后,表层岩溶带的高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和CO2效应逐渐占主导地位,而稀释作用对弱降雨过程仅作用于降雨的开始阶段.因此有必要把水、岩、CO2气体作为一个整体来解释表层岩溶作用的水文地球化学行为.     

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。     

不同植被条件下表层岩溶泉动态变化特征对比研究--以广西马山县弄拉兰电堂泉和东旺泉为例

以广西马山县弄拉岩溶动力系统监测站为例,通过人工及自动记录,分别对表层岩溶泉水的物理、化学指标的多日和昼夜变化规律进行了研究.在不同的植被条件下,水的物理、化学指标的多日与昼夜动态变化有不同的表现.在次生林条件下, 泉水物理化学指标动态变化相对稳定:电导率较高,在599~603μs/cm之间,钙离子浓度变化在73~90mg/l之间,岩溶作用强度较大;在灌丛条件下,泉水电导率较低,为435~460μs/cm,钙离子浓度在52~83mg/l之间,多日和昼夜变化幅度较大,说明灌丛区表层岩溶泉更易受地表环境变化的影响,敏感性更强,总体上岩溶作用强度不及次生林区.     

两种地质背景条件下群落物种组成及多样性与土壤因子的相关性研究

为对比岩溶和非岩溶条件下物种组成及多样性的差异,明晰不同地质背景造就的不同土壤因子对物种多样性的影响,在兼有岩溶区与非岩溶区的桂林毛村采用野外样地调查法对研究区进行物种组成及多样性的对比研究。结果表明:(1)研究区内共记录了123种植物,其中岩溶区占35科46属87种,非岩溶区占48科61属95种,非岩溶区植物科属种数量明显大于岩溶区;（2）岩溶区物种多样性为:草本样方>灌木样方>乔木样方;在非岩溶区为:灌木样方>乔木样方>草本样方;（3）不同地质背景造就了不同的土壤因子,其中土壤全氮含量对物种多样性影响最为显著。综上,岩溶区物种组成明显低于非岩溶区,物种多样性也不及非岩溶区,土壤因子与物种多样性之间存在相关性,土壤全氮对物种多样性影响最为显著,土层深度减弱了土壤因子与物种多样性之间的相关性。对比岩溶区与非岩溶区土壤因子与物种之间的关系差异,为区域生态系统恢复重建提供了理论基础。      

岩溶关键带及其碳循环研究进展

岩溶关键带的范畴包含了大气-(降水)-植被-土壤-裂隙-基岩-水组成的“碳-水-钙”循环强烈的表层岩溶带以及岩溶管道-洞穴-地下河-隔水层组成的巨大岩溶地下空间,岩溶关键带碳循环是岩溶地球系统科学研究的前沿方向。总结概括了岩溶地球系统科学发展至今的岩溶关键带范畴内碳循环及其对大气CO2源汇效应的研究成果,包括早期碳运移模型、当前主流的区域岩溶碳汇量的计算方法和结果以及“生物碳泵”的新发现等,讨论了当前岩溶碳循环研究框架过于单一或不一致以及碳周转时间尺度等问题,提出应对岩溶关键带碳输入、赋存以及碳输出的各个环节做出系统化监测,通过联网在线高分辨率监测站点的建设以及“3S”技术实现点位到区域的研究,使岩溶碳汇在全球碳循环模型中的重要性更具说服力。     

表层岩溶带土壤温度和体积含水率对夏季暴雨事件的响应

为揭示表层岩溶带土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应机制,利用HOBO土壤温度和体积含水率监测仪,连续监测2014年7-8月20 cm和70 cm土壤温度与体积含水率。结果表明:研究区域20 cm土壤温度呈日变化,这种日变化格局主要受到大气温度日变化的影响,70 cm土壤温度总体上呈上升趋势,主要受到夏季大气环流使气温升高的影响。夏季暴雨事件降低了20 cm深度的土壤温度、增加其土壤体积含水率,并且导致70 cm处土壤温度先增高后降低、土壤体积含水率升高。土壤体积含水率较低情况下,暴雨事件使得浅层较高温度土壤水快速向下移动引起升温,而后土壤体积含水率到达一定阈值后,便能够快速响应降水事件。研究表明,岩溶地区不同深度土壤温度和体积含水率受到夏季降水事件的影响存在差异。浅层土壤能够快速的响应暴雨事件,深层土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应不仅受到降水量阈值的影响,而且也受到表层土壤温度和体积含水率的制约。      

基于探地雷达解译的喀斯特坡地表层岩溶带空间分布特征研究

表层岩溶带作为喀斯特关键带区别于其他区域地球关键带的近地表岩土结构标志层,对于水分和养分下渗、赋存、滞留、植被水分养分利用等方面具有重要作用,是岩石-土壤-植被系统中生物地球化学过程最为活跃的关键地带。描述和认识表层岩溶带对认知喀斯特关键带结构信息、研究水土物质循环过程、揭示表层与地下水资源利用规律等方面具有十分重要的理论和现实意义。本文利用探地雷达技术,探测黔中高原黔西县东南部喀斯特坡地,共计测线35条,测点799个,提取表层岩溶带发育厚度并分析空间分布特征,得到以下结论：喀斯特高原峰丛地貌区表层岩溶带发育较好,发育厚度集中在2~8m之间,最深可达18.8m。表层岩溶带发育空间分布异质性强,坡地表层岩溶带厚度发育异质性变化强于坝地。地面物质组成和表层岩溶带发育厚度关系密切,坡地石质化比例提高,表层岩溶带发育较深,地面物质组成可作为高原型喀斯特坡地反映表层岩溶带发育程度的综合代用性指标。本次研究还指示了喀斯特坡地土地石质化是表层岩溶带地质历史时期不断溶蚀发育演化、土壤地质历史持续漏失的结果。表层岩溶带的发育为水土漏失提供了空间基础,水土漏失也进一步加剧了岩土界面的水岩反应过程,促进了表层岩溶带的进一步发育以及地表土体下沉、基岩裸露、土地石质化景观的出现。

     

地表温度和地表辐射温度差值分析

依据实验数据,研究利用标准黑体源对红外辐射计测定值进行标定的方法;分析天空比辐射率的变化特性;计算天空环境辐射,与长波辐射计测定值进行比较;推算考虑天空环境辐射和地表比辐射率后的地表温度,研究地表温度与地表辐射温度的差值。结果表明：①地表辐射温度未经标准黑体源标定与标定后的差值绝对值在0.1～1℃之间;②天空比辐射率的变化范围为0.75～0.85,不同下垫面天空比辐射率日变化趋势非常一致;③用空气温湿度计算的天空环境辐射与长波辐射计测定值的差值较小,相对误差平均为3.1%,但是天空37°热红外辐射计观测值与长波辐射计测定值差值较大,相对误差平均值达到38.1%;④地表温度高于地表辐射温度,差值在0.2～1.5℃之间。     

亚热带典型岩溶区地表溪流溶解无机碳昼夜变化特征及其影响因素

岩溶水体溶解无机碳（DIC）的转化过程是评价岩溶碳汇稳定性及效应的重要指标之一,为了解其在岩溶地下水补给的地表溪流中的变化特征和影响因素,于2013年7月8~14日对广西融安县官村地下河水补给的地表溪流进行7昼夜定位连续监测,利用高分辨率自动监测仪器每15分钟测定pH、溶解氧（DO）、水温（T）、电导率（SpC）等参数,人工每2小时采集水样用于测定常规离子和δ13CDIC等指标。结果表明溪流水体T,pH,DO,SpC,DIC（以HCO-3表示）,Ca2+,δ13CDIC,方解石饱和指数（SIc）以及水体二氧化碳分压（pCO2）等水化学指标均表现出明显的昼夜变化过程。SpC,DIC,Ca2+和pCO2等指标白天降低,夜间升高;T,pH,DO,δ13CDIC和SIc等指标白天升高,夜间降低。SIc变化范围为0.70~0.89,表明溪流中可能发生了碳酸盐的沉积。通过热力学参数计算表明水温（昼夜变化幅度为5.8℃）对水体pCO2的昼夜变化影响率为27.48%~54.88%。反映水体水生植物新陈代谢过程（光合作用和呼吸作用过程）的水体DO指标和水体δ13CDIC均在白天上升,夜间下降,而δ13CDIC和水体DIC呈明显负相关关系（R2=0.71）,这也证明溪流水体DIC的变化过程受到水生植物新陈代谢过程的影响,白天水生植物以光合作用为主,消耗DIC,释放O2,水体δ13CDIC上升;晚上以呼吸作用为主,消耗O2,释放CO2,增加DIC,水体δ13CDIC下降,其对水体pCO2的昼夜变化影响率为45.12%~72.52%。通过研究表明溪流溶解无机碳变化过程受到物理因素（太阳辐射和水温等）和生物作用（呼吸作用和光合作用）的共同影响,这为进一步了解岩溶地下水出露地表后溶解无机碳转化过程及岩溶碳汇稳定性评价提供了依据。     

斯洛文尼亚岩溶区草地昼夜尺度土壤CO2含量与土温滞后效应

土壤CO₂含量及其变化规律研究, 关系到土壤呼吸CO₂排放通量估算的准确性, 昼夜尺度土壤CO₂与土温滞后效应形成机理与影响因素是其核心研究内容。本研究以斯洛文尼亚典型岩溶区草地土壤系统为例, 开展土壤CO₂、土温与土壤水分高分辨率监测, 分析昼夜尺度土壤CO₂与土温滞后效应及其产生原因, 讨论滞后程度的多日演变规律及其与土壤水分的关系。结果表明, 生长季土壤CO₂含量、土壤温度和土壤水分变化分别为1986 ~ 6689 ppm、14.69 ~ 23.55 ℃和16.4% ~ 33.3%, 均值分别为3578 ppm、19.69 ℃和23.3%。土壤温度和土壤CO₂均呈现出白天上升夜间下降的昼夜变化特征, 后者昼夜变幅为176 ~ 780 ppm, 均值425 ppm。土壤CO₂与土温昼夜滞后环呈顺时针方向演变, 土壤干化阶段滞后环呈螺旋式下降, 降雨期间则表现为螺旋式上升。滞后环的出现主要受光合有效辐射和土壤温度控制, 也与土壤微生物种类密切相关, 滞后程度受土壤水分含量控制, 水分越高滞后效应越显著, 水分大于25%时, 滞后环宽度值高达300 ~ 800 ppm; 低水分时滞后效应减弱, 此时土壤CO₂与土温接近于线性相关。降雨期间土壤CO₂有快速下降现象, 暗示部分CO₂随雨水脉冲过程向下运移, 成为下伏碳酸盐岩溶蚀驱动力, 为准确估算岩溶区土壤呼吸排放通量和评价岩溶作用的土壤CO₂减源效应提供了科学依据。

     

丽江黑龙潭地下水系统温度场特征研究

研究旨在通过地下水温度场的特征来推导岩溶泉域的地下水活动,并验证岩溶地下水系统划分的合理性,文章以黑龙潭岩溶泉域为例,采用对比分析等手段,对泉域地下水温度的时空变化特征进行研究,并探讨各变化特征的指示意义。结果表明：在空间分布上,泉域内地下水温与高程呈反比关系;在时间分布上,降雨作为引起地下水温度变化的主导因子,汛期补给区入渗增加后引起地下水温升高,同时大量的补给加快了地下水径流速度,致使排泄区地下水温降低。此外,还根据不同岩溶系统地下水温度场的差异性特征及其指示意义,验证了黑龙潭泉域系统划分具有合理性。     

祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率的时空变化及其影响分析

采用美国Li-COR公司生产的LI-6400-09土壤呼吸室和LI-6400便携式光合作用测量系统,在2004年生长季节对祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率进行了连续观测.结果表明:在整个生长季祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率的空间变化为随着海拔梯度的增加,土壤呼吸速率逐渐减小,其变异系数逐渐增加;生长季节土壤呼吸速率晚间维持在较低水平,2:00-6:00最低,在7:00-8:30开始升高,11:00～6:00达到最大值,16:00～8:30开始下降,整个过程呈单峰曲线.土壤呼吸速率的日平均值介于(0.79±0.60)μmol·m^-2·s^-12.49±0.97μmol·m^-2·s^-1.土壤呼吸速率7⁸月份达到最大值(5.861μmol·m^-2·s^-1),5月与9月份次之,4月与10月份基本一致,整个生长过程总的变化趋势呈单峰曲线形式.亚高山灌丛林土壤呼吸的空间变异主要受温度、水分和植物根系的综合影响.     

土壤碳蓄积量变化的影响因素研究现状

土壤碳库的动态平衡影响作物产量和土壤肥力的高低，是土壤肥力保持和提高的重要研究内容。简要评述了土壤理化特性、温度和降水变化、大气CO₂浓度上升、人类的农业活动对土壤有机碳蓄积量的影响，介绍了当前对土壤碳蓄积量动态变化的研究进展，认为应加强气候变化和土地利用/土地覆被变化与土壤碳循环研究的结合，提高对陆地生态系统碳循环变化的认识，并需要从生态环境保护的利益和可持续发展的理论出发，进一步加强土地管理方式的改变，促进土壤有机质的积累，提高土壤对碳的固定。     

不同土地利用下岩溶水系统水化学日动态强度小波分析

土地利用/覆被变化会使岩溶水系统演化的化学驱动能——土壤CO2量发生变化,进而使得岩溶水系统的水化学日动态变化强度发生变化。小波分析方法可以有效识别岩溶水系统的水化学日动态变化强度,并给出定量化的指标。通过对亚热带季风气候区的贵州省陈旗、灯盏河与板寨岩溶水系统长达2年的水文水化学监测数据进行小波分析,发现有土壤覆盖但土地利用程度较高的岩溶水系统(陈旗和灯盏河),其排泄点水化学指标中CO2分压日动态强度要高于植被覆盖良好但岩石裸露的岩溶水系统(板寨)排泄点,说明岩溶水系统中土壤对水化学日动态强度的调控有着关键的作用。这一发现对于正确理解和评价不同土地利用下的岩溶作用及其碳汇强度差异有着重要的意义。     

陆面模式CLM4.5在青藏高原土壤冻融期的偏差特征及其原因

利用中国区域地面气象要素数据集制作的大气强迫场驱动通用陆面模式CLM4.5（Community Land Model version 4.5）对青藏高原区域进行离线模拟试验,模拟结果与D66、沱沱河（TTH）和玛曲（Maqu）3个站点的观测资料以及GLDAS（Global Land Data Assimilation System）-CLM2模拟结果进行了对比,并分析了陆面模式对冻融过程中土壤温度和湿度模拟的偏差及其可能原因。结果表明：CLM4.5对土壤温度模拟较好（平均RMSE≈3℃）,而GLDAS-CLM2计算的土壤温度偏高,偏差较大（平均RMSE>6℃）,且其偏差大于CLM4.5,尤其在冻融期;CLM4.5能较好地模拟出冻融过程中土壤湿度季节变化,但土壤湿度的模拟值与观测值存在一定偏差（平均RMSE≈0.1 mm³·mm^-3）,GLDAS-CLM2不能反映出土壤湿度在冻融过程中的变化特征。CLM4.5的模拟偏差主要来自大气强迫场,而GLDAS-CLM2的偏差除了大气强迫场的不确定性外,还来自于模式冻融参数化方案的不完善。大气强迫场中的气温和降水对土壤温度和湿度的影响在冻融期和非冻融期表现不同。在非冻融期,土壤温度的模拟主要受气温的影响（r>0.6）,气温偏差对土壤温度偏差的贡献率大于50%;土壤湿度的变化则主要受降水的影响,降水偏差对土壤湿度偏差的贡献率为20%~40%。在冻融期,受土壤水热相互作用的影响,气温和降水对土壤温度和湿度的作用效果减弱;土壤湿度的变化受气温影响显著,其贡献率为10%~20%。陆面模式中冻融参数方案的不完善是冻融过程中土壤温度和湿度偏差的重要来源之一。