農(nóng)業(yè)活動影響下的巖溶作用及碳匯效應(yīng)研究——以重慶市青木關(guān)地下河系統(tǒng)為例.pdf

1、現(xiàn)階段為應(yīng)對全球氣候變化,人類活動對巖溶作用的影響特別是對巖溶作用碳匯效應(yīng)的影響研究備受關(guān)注。研究表明,碳酸鹽巖的溶蝕及地下水中的HCO3-并不完全是碳酸風(fēng)化碳酸鹽巖的結(jié)果,隨著農(nóng)業(yè)和城市化的發(fā)展,大量N肥的使用、污水的排放以及酸雨的增加,硝酸和硫酸參與了碳酸鹽巖的溶蝕,而這種溶蝕作用并不消耗大氣或土壤中的CO2,但是會增加碳酸鹽巖的溶蝕量并增加水體中的HCO3-含量。以往利用水化學(xué)方法和標(biāo)準(zhǔn)溶蝕試片法估算巖溶地質(zhì)過程形成的CO2匯,其

2、結(jié)果明顯偏大。
　　 本文采用標(biāo)準(zhǔn)溶蝕試片法和水化學(xué)—流量法,并結(jié)合穩(wěn)定同位素;以受農(nóng)業(yè)活動影響強烈的重慶青木關(guān)地下河流域為研究對象,利用CTDP300多參數(shù)水質(zhì)自動記錄儀、WGZ-1型光電數(shù)字水位計、HOBO小型氣象站在線自動監(jiān)測電導(dǎo)率、水位以及降雨等數(shù)據(jù),并獲取流域耕地面積數(shù)據(jù)。于2010、2011年分月采集地下水樣,分析常規(guī)水化學(xué)和地下水溶解無機碳δ13C、δ34S、87Sr/87Sr,并采集各月土壤CO2濃度及δ13C數(shù)

3、據(jù),等;探討了巖溶作用對環(huán)境變化的敏感性,流域農(nóng)業(yè)活動對巖溶作用過程和碳匯的影響,發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)活動對巖溶作用過程產(chǎn)生明顯的影響,進而影響到巖溶地質(zhì)碳匯。
　　 青木關(guān)地下河水的物理化學(xué)具有明顯的時空變化特征。地下河水化學(xué)pH、Ec、T、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、HCO3-、Cl-、SO42-和NO3-以及不同土地利用下溶蝕速率表現(xiàn)出不同時間尺度的變化特征(年、月、日及暴雨尺度)。巖溶作用隨環(huán)境變化表現(xiàn)出的不同尺度變化特征,充

4、分說明了巖溶作用的速率較快,對環(huán)境變化的敏感性強,其積極參與了短時間尺度的碳循環(huán)過程,對大氣CO2的回收具有重要意義。
　　 研究區(qū)內(nèi)不同土地利用類型下,土壤pH值、土壤有機質(zhì)、土壤CO2及溶蝕速率差異顯著。不同土地利用類型不同季節(jié)影響土下溶蝕速率的主要影響因素不同。農(nóng)業(yè)活動能顯著增加碳酸鹽巖的溶蝕量,青木關(guān)地下河流域農(nóng)業(yè)活動所增加的碳酸鹽巖溶蝕強度大約10.98t/km2·a,在整個流域內(nèi)其所消耗的CO2量約19.14t/a(

5、實際上不消耗CO2),占根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶蝕試片所計算得出的整個流域CO2消耗量的6%。
　　 地下水水化學(xué)及δ13Civic值證實青木關(guān)地下河流域人類活動帶來的硝酸和硫酸參與了碳酸鹽巖的溶蝕,地下水中的DIC是碳酸、硝酸、硫酸共同溶蝕碳酸鹽巖形成的。各月碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生DIC占地下水中總DIC的比例,在55.53%～81.25%之間,雨季(62.98%)普遍低于旱季(74.86%);硝酸和硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生DIC占地下水中總DI

6、C的比例在18.75%～44.47%,雨季(37.02%)高于旱季(25.14%)。青木關(guān)地下河流域碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC總量為14.67×106mol/a,巖溶作用產(chǎn)生的凈CO2匯的量為7.335×106mol/a或0.323×109g/a,碳匯強度為0.732×106mol/km2·a。硝酸和硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC為7.48×106mol/a,約占DIC總量的33.8%,單位面積耕地上硝酸和硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生DIC的強

7、度為1.89×106mol/km2·a。
　　 地下水δ15N證實地下水硝態(tài)氮污染主要來源于化肥、土壤有機氮、糞便和生活污水;地下水δ34S值為5.2396‰～11.07‰,SO42-濃度在0.52-0.97mmol/L,,雨水δ34S值為2.34‰6.06‰,SO42-濃度在0.09～0.17mmol/L,地下水SO42-主要來源于生活污水、雨水以及農(nóng)業(yè)活動。地下水中的NO3。、SO42-離子并不完全來自于硝酸和硫酸溶蝕碳酸鹽

8、巖的反應(yīng),這與根據(jù)水化學(xué)計算得出的結(jié)論相一致。地下水87sr/86Sr值證實不同季節(jié)施肥和酸雨影響強度和硝酸硫酸溶蝕碳酸鹽巖的比例施肥期間＞雨季＞旱季。這與水化學(xué)計算的碳酸溶蝕碳酸鹽產(chǎn)生的DIC占總DIC的比例和硝酸硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC占總DIC的比例相一致。地下水δ13CDIC理論值與實測值基本符合,也證實研究結(jié)果是可信的。地下水δ15N、δ34S、87Sr/86Sr和δ13CDIc同位素值證據(jù)說明了研究方法與結(jié)論是正確的可靠