基于GIS的農(nóng)業(yè)活動和城市化影響下西南地巖溶作用碳匯通量估算.pdf

1、隨著全球氣候變暖焦點問題關(guān)注度的提升，各界對溫室氣體的增匯減排也做出不同的努力。碳匯的研究更成為應對全球變暖的熱點，尤其是面積廣闊的巖溶區(qū)巖溶作用過程產(chǎn)生的碳匯效應備受關(guān)注。巖溶作用過程中以溶解無機碳(DIC)的形式消耗大氣或者土壤中的CO2。有研究表明，碳酸鹽巖溶解產(chǎn)生的DIC并不只是簡單來自于空氣或土壤中的CO2，隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市化的發(fā)展，人們在社會生產(chǎn)、生活中引入的非碳酸物質(zhì)，比如硝酸和硫酸也可以溶解碳酸鹽巖，增加DIC含量，

2、但是這種形式的溶蝕不消耗空氣、土壤CO2，因此對于碳酸鹽巖溶蝕產(chǎn)生CO2匯的精確計算，可以為全球碳循環(huán)模型理論的進一步完善提供幫助。
　　 本文以受農(nóng)業(yè)活動影響比較強烈的青木關(guān)地下河流域和受城市化進程影響較大的南山老龍洞地下河流域為研究代表點，以西南巖溶區(qū)為面研究區(qū)域，利用水化學流量法和標準溶蝕試片法，結(jié)合穩(wěn)定同位素，揭示巖溶作用特點及人類活動對巖溶作用碳匯的影響。利用自動化在線監(jiān)測技術(shù)獲取高分辨率的HCO3-和流量數(shù)據(jù)，探討影

3、響碳匯的因素;利用2010-2012年的水化學和δ13CDIC，定量分析人類活動對巖溶作用碳匯的影響。以ArcGIS為平臺，依托GIS的空間分析功能，獲取西南地區(qū)巖溶類型和土地利用類型數(shù)據(jù)，估算整個西南巖溶區(qū)的碳匯;由典型代表點的研究，推算巖溶作用的凈碳匯強度，并以點及面，構(gòu)建區(qū)域尺度凈碳匯模型。
　　 對以上目的研究，得出幾個主要結(jié)論:對青木關(guān)和南山點研究區(qū)每月野外實測的數(shù)據(jù)分析得到HCO3-與EC呈良好的線性正相關(guān)關(guān)系。從獲

4、取高精度的HCO3-和流量數(shù)據(jù)，計算出青木關(guān)流域平均每年產(chǎn)生HCO3-總通量為2214.37×104mol/a，單位面積產(chǎn)生HCO3-強度為194.24×104mol/km2·a。南山老龍洞流域大約每年產(chǎn)生HCO3-總通量為1503.1×104mol/a，單位面積產(chǎn)生HCO3-強度為119.29×104mol/km2·a。
　　 不同土地利用方式土下溶蝕速率具有時間和空間的差異。時間上具有季節(jié)變化性，整體上是夏季溶蝕速率＞秋季溶

5、蝕速率＞春季溶蝕速率＞冬季溶蝕速率，而土下垂直空間沒有很明顯的規(guī)律性。不同土地類型之間，青木關(guān)林地(64.15t/kkm2·a)＞水田(58.22t/km2·a)＞旱地(56.09t/km2·a)＞草地(36.73t/km2·a)，西南區(qū)域其余點的土下溶蝕速率也具有相似的規(guī)律。
　　 青木關(guān)和南山地下水的Ca2十、Mg2+和HCO3-濃度以及δ13CDIC同位素相關(guān)關(guān)系，證實了人類活動或者酸雨引入的硝酸和硫酸會增加碳酸鹽巖的溶蝕

6、量，但是不吸收土壤或者大氣CO2。青木關(guān)由碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC通量平均值為14.5×106mol/a，凈CO2匯319t/a，折合凈碳匯量為87t/a，與標準溶蝕試片法計算出的303.28t/a接近。南山每年由碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC總通量約為8.57×106mol，單位面積土地上碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC強度大約為6.803×105mol/km2·a;硝酸和硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC總通量為6.459×106mol/a

7、，巖溶作用產(chǎn)生的凈CO2匯大約為188.57t/a，單位面積土地上硝酸硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC強度大約為0.5127×106mol/km2·a。
　　 由青木關(guān)和南山兩個研究點水化學定量分析結(jié)果，碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC占地下水總DIC通量的均值63.07％，硝酸和硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC濃度占地下河總DIC濃度的比平均為36.63％。63.07％這個比例作為參數(shù)推到西南片區(qū)，建立區(qū)域尺度人類活動影響下的凈碳匯模型: