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。      

北京典型溶洞土壤中的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。     

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。

     

亚热带岩溶平原区土壤CO2系统对地下水面升降的响应──活塞效应一例

地下水面是土壤生态系统内部的一个重要界面,使土壤CO²系统形成固有的垂直分 带性及分带结构。地下水面的季节性升降能够引起土壤CO²系统的强烈响应。首先使土壤空 气发生机械性整体对流。同时,还通过引发一系列其它物理、化学和生物变化,激发产生一个 局部扩散层,从而改变CO²剖面垂直分带结构。粘性土壤、土质不均和土壤液相部分有较大碳 酸盐容量是产生局部扩散层的主要内在原因。在中国南方岩溶平原区高台型地下水动态条件 下,地下水面季节性升降的活塞效应和气温年周期变化叠加,使土壤CO²剖面形态变化形成有 规律的序列演化旋回。这一规律可以帮助对土壤CO²进行中长期预测。     

西安灞河流域现代岩溶作用与CO2吸收量

本文探讨了灞河流域岩溶特征、CO²估算方法和CO²吸收量。观测资料表明,灞河流 域河水中ｐＨ值在冬春季高,夏秋季低,而ＨＣＯ３含量通常与ｐＨ相反。河水和黄土地下水中 ｐＨ值、ＨＣＯ３等化学成分含量与北方南部石灰岩区岩溶水基本相同,表明该区现代岩溶作用 明显,黄土地层也在不断吸收CO²,并对全球碳循环有重要影响。雨水富含CO²,其中约有 ８２％的CO²被岩溶过程吸收,１８％左右的随河水流失。根据一个流域CO²输入量和输出量,可 以计算岩溶过程中 CO²吸收量。计算表明,灞河流域现代岩溶过程中每年吸收的 CO²约为５６３２．８ｔ。     

亚热带森林岩溶区土壤CO_2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 ,5 0cm处始终高于 2 0cm处 ,而在春、夏季土壤剖面中CO2 浓度变化幅度大 ,2 0cm处的浓度时常高出5 0cm处。土下 2 0cm、 5 0cm处CO2 浓度在不同季节的变化趋势是夏季 (32 833× 10 - 6、 386 6 6× 10 - 6)春季 (2 4 4 16× 10 - 6,2 880 0× 10 - 6)秋季 (6 4 5 0× 10 - 6) ,142 16× 10 - 6>冬季 (3833× 10 - 6,8833× - 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。 2 0cm处的CO2 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 ;5 0cm处的CO2 浓度变化与温度的相关系数r =0 6 9,与降雨量的相关系数r =0 6 6。 (2 )土壤呼吸释放CO2 的速率有类似的变化规律 :夏季为 339 6 8mg m- 2 h- 1、为 2 81 74mg m- 2 h- 1、秋季为 2 0 6 5 9mg m- 2 h- 1、冬季为 6 5 5 3mg 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HCO3 - 1浓度的季节变化与气温、月降雨量、土下 2 0cm处CO2浓度存在着负相关 ,其相关系数r =- 0 5 7、     

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。      

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。      

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。      

我国南方岩溶区和北方黄土区的大气CO2效应

我国南方岩溶区与北方黄土区都是巨大的碳库。碳酸盐的溶蚀及再结晶是两个碳库与大气ＣＯ^２交换的重要过程。碳的区域平衡是评价化学风化消耗或逸散ＣＯ^２的基础。岩溶区与黄土区在地球化学风化的环境背景、溶蚀过程、产物运移和归宿等差异很大。黄土区化学风化消耗大气ＣＯ^２通量较岩溶区小。目前评价两类地区土壤与大气ＣＯ^２的源汇关系尚不成熟,需要定量认识土壤ＣＯ^２与下伏碳酸盐岩溶蚀或与下伏黄土次生碳酸盐化作用。岩溶区湖泊沉积物中有机质分解产生的ＨＣＯ^３－制约外源及内生碳酸盐溶解和自生碳酸盐形成。     

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。      

黄土塬区包气带土壤CO2的特征及成因

本文对甘肃省灵台县秋射村黄土包气带土壤CO₂浓度及其δ¹³C、土壤含水量及细菌总数等指标进行了观测。研究结果表明黄土剖面中土壤CO₂浓度远高于大气,不同黄土-古土壤层位的浓度有所差异,但没有明显的规律性。包气带-饱水带界面附近S₁₄层位的CO₂浓度最高,达4180μmol/mol。土壤CO₂的δ¹³C主要集中在-21.31‰~-15.37‰之间,与1/[CO₂]成正相关（r=0.7411）。表明灵台秋射剖面黄土CO₂除来源于微生物分解土壤有机碳外,也与碳酸盐矿物-H₂O-CO₂化学平衡中碳酸盐沉淀的脱气作用有关。利用两端元混合法估算得到微生物降解有机碳对土壤CO₂的贡献比例为40%~78%（平均65%）,碳酸盐矿物风化/沉积过程对土壤CO₂的贡献比例为22%~60%（平均35%）,有机碳的贡献随深度递减,碳酸盐矿物沉积过程的贡献随深度递增。研究结果进一步证明黄土深层碳库内部碳库之间发生着碳的转化迁移,与大气碳库之间也存在着碳迁移。因此现代碳循环过程给黄土古气候定量重建研究提出了新的挑战与机遇,未来黄土古气候研究需重新审视黄土中物质及能量的现代迁移转化过程。

     

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。      

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.     

对《中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇的分区计算》一文的商榷

对2011年《中国岩溶》第4期文章《中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇的分区计算》及其引用和认可的两个重要碳汇数据,就碳汇测定方法原理、参数取值、计算公式和计算结果做了一些讨论。认为,①由于参数取值不妥等原因,北方区计算结果可能偏大3倍以上;因运算有误以及径流模数评估不当,埋藏区岩溶碳汇计算结果可能偏大200多倍;②由于方法原理的固有缺欠,该文所引用的、用定点磨片溶蚀法取得的全球岩溶碳汇通量(6.08×108tC/a)可能偏大4倍;③所引用数据的原始计算中新提出的主要水循环碳汇项,由于考虑其地球化学产生机制过于简单,各项评估结果都可能偏大20倍以上;结果使给出的全球水循环碳汇净通量(0.6433GtC/a)偏大2倍多,实际上,比用化学通量法测定的全球碳酸盐风化碳汇值(0.2433±0.05GtC/a)大不了很多;水生光合碳汇截留量可能不会很大;④使用的化学径流碳汇计算公式,虽是当前国内外通用公式,但因属于只考虑大气/土壤CO2溶蚀的简化公式,需要对非大气/土壤CO2溶蚀做进一步校正;校正后全球岩溶碳汇通量将再减少35%左右;⑤综合分析现有测定结果显示,在有世界大河化学径流记录以来的100多年里,全球岩溶碳汇通量平均大概不会超过0.1±0.02GtC/a太多;由于其基数太低,即使进行人为干预,也只能是一个局部或附属的大气CO2汇(如附属于局部地区森林生长量的成倍增长);如果再考虑被碳酸盐风化作用临时吸收的大气CO2,绝大部分最终要因碳酸盐矿物再沉淀而重返大气,全球岩溶碳汇净通量可能比0.1±0.02GtC/a还要小1个数量级,即使在现今大气碳循环被严重扰动的条件下,似也不会成为一种重要的遗漏碳汇。     

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     

腾冲新生代火山区CO2气体释放通量及其成因

许多研究结果表明,休眠期火山主要通过喷气孔、温泉以及土壤微渗漏三种方式向大气圈释放温室气体。腾冲是我国重要的新生代火山区之一,同时也是主要的水热活动区,但是关于温室气体释放通量的研究却鲜有报道。本文首次估算了该地区土壤微渗漏和温泉水的CO2释放通量,并根据气体成分的分析结果探讨了这些温室气体的来源。2012~2013年连续两年使用密闭气室法现场测量了土壤微渗漏CO2通量,结果表明,马站、热海-黄瓜箐和五合-蒲川-团田三个地区通量较高,其中,热海-黄瓜箐地区平均通量最高,马站次之,五合-蒲川-团田地区最低。较高的土壤微渗漏CO2释放地区同前人推断的岩浆囊的分布在空间上具有较好的一致性;三个地区气体的3He/4He比值较高,三端元模拟结果表明,它们均有较高含量的幔源He释放;根据气体CO2/3He与δ13CCO,CO2模拟计算,CO2主要来源于碳酸盐矿物的脱碳作用和岩浆脱气。由此推断2的释放同深部的岩浆囊具有重要的成因联系,它为碳酸盐矿物的脱碳作用提供了主要的热源,同时也是重要的物质来源。根据土壤微渗漏CO2平均通量及火山、地热异常区的分布面积估算出三个地区土壤微渗漏CO2的释放通量分别为1.8×106t/a(马站),3.2×106t/a(热海-黄瓜箐)和2.0×106t/a(五合-蒲川-团田)。腾冲新生代火山区每年通过土壤微渗漏向大气圈释放CO2的量至少可达7.0×106t,为意大利Etna火山区释放CO2通量(1.4×107t/a)的二分之一。通过水岩相互作用计算温泉水中CO2气体的释放通量为4.9×104t/a。腾冲温泉气泡及温泉水向大气圈释放CO2气体的总通量为5.3×104t/a,远高于意大利Vulcano火山区温泉释放的CO2总通量(3.7×103t/a)。     

典型岩溶区土壤呼吸作用的昼夜变化特征及其影响因素

为揭示桂林毛村岩溶地区夏季表层土壤呼吸作用昼夜演变规律。本次研究选用静态暗箱/气相色谱法,监测了无降水影响下毛村岩溶区域的表层土壤呼吸通量的昼夜变化规律。同时野外监测表层土壤的温度、大气温度、大气压强等环境参数,以综合分析影响土壤呼吸作用昼夜变化的关键环境因子。结果表明:受到大气温度变化的影响,研究区域土壤表层温度呈现单峰型的昼夜变化规律,表层土壤呼吸作用也存在明显的昼夜变化特征。土壤呼吸最大值出现在12:40至14:40,最小值出现在4:40-6:40。土壤呼吸作用强度和变幅均是白天大于夜间。大气温度与土壤呼吸作用呈显著正相关关系（P<0.01）,说明在土壤含水量未超过阀值时,大气温度是影响土壤呼吸作用昼夜变化的关键环境因子。本次研究明确了土壤呼吸作用在昼夜变化上的变异性,对精确估算整个生态系统的碳收支有重要意义。