我国岩溶地区碳汇研究进展与展望

20世纪90年代,我国率先开展了岩溶作用与碳循环研究。文章在系统总结相关研究进展的基础上,阐明岩溶碳汇的原理,提出基于地球系统科学理念的岩溶流域6种碳循环过程模式,揭示了岩溶碳汇的稳定性并回答有关学者对岩溶碳汇的质疑,从四大圈层的碳循环角度提出发掘岩溶地区碳汇潜力的新理念。在综述岩溶地区碳汇人工干预研究进展的基础上,分析了石漠化综合治理、岩溶土壤改良、水生生物固碳、加速岩溶过程等人工干预措施的碳汇潜力及研究应用方面的不足。提出了下一步岩溶流域碳汇调查研究监测和技术创新发展方向,以及固碳增汇试验示范工作思路。      

岩溶作用过程试验方法研究——以岩溶作用仪研制为例

通过对前人试验装置的分析,以岩溶作用原理及其影响因素为基础,结合仪器使用单位的试验需求,研制岩溶作用仪。通过分析不同的CO₂起源、岩溶发育深度、不同pH条件以及地下水循环深度的地质环境条件,提出了仪器的基本功能和适用条件,进行岩溶作用仪功能模块的论证设计和研制,并进行了验证性试验,且达到预期目标。得到如下成果:提出了四种岩溶作用模式,研制了五个岩溶作用功能模块,总结分析了功能模块与岩溶作用内在关系以及功能模块组合原则,提供不同地质环境条件下的岩溶作用试验。仪器可以实现:模拟地下水循环深度0～200 m,环境温度0～70℃,CO₂起源:表生、内生起源Pco₂=0.0～2.0 MPa,不同酸度背景条件:pH可控,不同水流速度条件下的沉积作用可控,岩溶裂隙张开度的沉积作用(可组合)。     

石漠化的地质指标体系

分析了岩溶石漠化地质指标的概念和特征,从影响石漠化环境的自然因子、人文因子,石漠化发育分布现状和所引发的后果或危害中提取相应的指标,依照影响（Cause）-状态（State）-后果（Result）框架构建了石漠化地质指标体系。探讨了石漠化地质指标的研究内容,包括指标的研究意义、指标变化的原因和指标监测的空间尺度、时间尺度、测量方法。     

峰丛洼地遥感图像山体阴影缺失的克里格修复

为了解决岩溶区峰丛洼地遥感图像山体阴影区域信息“缺失”的问题,以广西壮族自治区平果县果化镇生态重建示范区典型峰丛洼地的遥感图像为例,利用地统计学的方法分析了ETM图像B3,B4,B5波段的灰度值(digital number,DN)结构特征,对3个波段阴影区域的DN值进行了修复与验证.结果表明:研究区峰丛洼地3个波段的DN值主要受内在因子的作用,有显著的空间自相关性,自相关距离都在360 m以上;各波段验证值与修复值之间都具有极其显著的相关性,平均相对误差均在0.2％以下,具有较高的修复精度;峰丛洼地山体阴影缺失信息的修复可为岩溶区生态环境监控、石漠化评估等遥感解译精度的提高提供参考.     

广西岩溶地区森林群落及其生态因子的比较研究

调查研究了广西岩溶地区森林群落的植被类型和主要生态因子。结果表明,岩溶区森林群落土壤化学、物理性质因地质背景以及生物作用等的不同而有所差异;由于森林群落所处的经纬度、坡位、坡度、微地形地貌以及乔木郁闭度、气候情况等的不同,生态因子具有复杂多变的特征,岩溶区生境具有很强的空间异质性。由此认为不同岩溶区森林群落中名、特、优品种的出现主要与岩溶区特殊的地质背景有关。      

广西龙虎山植物功能群物种多样性垂直格局

以样带法沿海拔梯度调查了广西龙虎山自然保护区植物群落、常绿植物功能群及落叶植物功能群物种多样性。垂直格局分析表明:乔木层α多样性垂直格局没有随海拔变化的明显规律;乔木层α多样性垂直格局在常绿植物功能群与落叶植物功能群之间差异较大,而在常绿植物功能群与群落物种多样性格局之间比较一致;乔木层β多样性垂直格局在群落、常绿植物功能群、落叶植物功能群之间大体一致;植物物种多样性垂直格局是垂直梯度上多种环境因子综合作用及不同植物功能群对垂直梯度环境因子不同响应的结果。地形和岩性的生态梯度分析表明:α多样性垂直格局与地形变化较一致,但没有随岩性变化而变化的明显规律;群落β多样性、落叶植物功能群β多样性与常绿植物功能群的β多样性垂直格局随岩性变化的趋势大体一致,但没有表现出随地形变化的明显趋势。      

泰国西部岩溶地貌和水文地球化学特征及其与中国西南岩溶的对比

泰国岩溶面积约占中南半岛岩溶面积的1/4,横跨近11个纬度。泰国岩溶作用强烈,地貌奇特,类型多样,既有典型的高原坡立谷岩溶,也有典型的峰丛洼地谷地和滨海峰林岩溶地貌,因而在全球岩溶对比研究中具有重要地位。本文在初步查明泰国岩溶分布、典型岩溶区的水文地球化学特征的基础上,分析了泰国岩溶发育的主要特点和动力条件,并与中国西南岩溶作了对比,旨在推动中国与中南半岛岩溶的对比以及全球现代岩溶的对比研究。      

中国岩溶碳汇潜力研究

为了应对全球环境变化,中国地质科学院岩溶地质研究所等单位在地质调查项目的资助下,在中国典型岩溶流域开展了岩溶碳汇调查,建立了岩溶碳汇观测网站,深化了岩溶碳汇过程、影响因素和形成机理研究,发现了岩溶区外源水、土地合理利用、植被恢复和水生光合作用等增加岩溶碳汇的途径,取得了大量的科技创新进展。在调查研究的基础上,将我国岩溶区划分为南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区4种类型区,利用GIS技术计算各区的岩溶面积和岩溶碳汇量,获得中国岩溶碳汇总量为3699.1万tCO2/a,这是我国344万km2岩溶区碳水钙无机循环产生的大气CO2汇。该项研究进展在2011年的《Science》通讯报道中获得高度评价。     

岩溶地区水文地质环境地质综合调查工程进展

近年来,由中国地质调查局组织实施的“岩溶地区水文地质环境地质综合调查”工程,按阶段任务目标,基本查明了我国南方岩溶区岩溶地下水资源赋存分布规律和开发利用潜力,发现了石漠化、地下水污染、内涝灾害等环境地质问题,揭示了岩溶作用对油气资源、矿产资源、岩溶旅游资源、碳循环和环境地质问题的控制机制,启动了“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划,在岩溶动力学理论、岩溶石笋高分辨率测年、岩溶人工增汇和岩溶地下水探测等方面实现了重大科技创新。建立的不同类型区岩溶地下水富水模式、成井模式、有效开发利用模式以及石漠化区综合治理模式,经实践表明具有推广应用价值,可为岩溶水资源可持续开发利用、石漠化综合治理、地下水污染防治和岩溶贫困区脱贫攻坚提供技术支撑。     

表层岩溶带及其水循环的研究进展与发展方向

表层岩溶带是现代岩溶学一个很重要的概念,表层岩溶水对于解决西南岩溶山区居民的干旱缺水问题具有重要意义。近年来,不但揭示了表层岩溶带的特征、形成的动力条件机理及其含水层特征、开展了表层岩溶的自动化监测、研究了表层岩溶水与生态环境的相关性,还对西南表层岩溶水资源进行了初步评价。今后一段时期内表层岩溶水的主要研究方向是开展表层岩溶水与管道水的耦合关系研究、生态环境调蓄表层岩溶水的功能研究及表层岩溶水资源评价。