山西馬跑神泉泉域與廣西龍寨地下河流域碳匯特征對比.pdf

1、自工業(yè)革命以來，大氣CO2含量增加了25%，其產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球氣溫升高，海平面上升，對人類生產(chǎn)和發(fā)展產(chǎn)生的威脅，減少大氣CO2含量成為全人類的共同問題。碳酸鹽巖是地球上的最大的碳庫，其通過巖溶作用參與全球碳循環(huán)，巖溶作用通過吸收CO2對碳酸巖產(chǎn)生溶蝕，形成一個(gè)CO2的匯，對降低大氣中CO2濃度，減輕氣候變暖具有重要作用。我國是一個(gè)巖溶大國，巖溶區(qū)面積約占國土面積的1/3強(qiáng)，巖溶碳匯潛力巨大，因此，為了估算巖溶作用對碳循環(huán)的作用，

2、有必要明確氣候、地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境條件影響巖溶作用的機(jī)理。本文選取山西馬跑神泉泉域和廣西龍寨地下河流域，分別代表我國北方巖溶區(qū)和南方巖溶區(qū)，通過水化學(xué)-徑流法和野外溶蝕實(shí)驗(yàn)法估算流域碳匯通量，對比不同氣候、地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境條件對巖溶作用對巖溶作用的影響，得出如下結(jié)論：
　　（1）氣候條件決定了南、北方巖溶區(qū)不同的巖溶動力條件，從而影響了巖溶碳匯能力。南方巖溶區(qū)龍寨地下河流域年降雨量為1525mm，地下水系統(tǒng)對大氣降水響應(yīng)較劇烈，雨季流量

3、大，旱季流量小，最大值為最小值的42.5倍，年均徑流模數(shù)為13L/（km22s）；北方巖溶區(qū)的馬跑神泉泉域年均降雨量為444mm,地下水系統(tǒng)對大氣降水響應(yīng)相對微弱，全年流量基本穩(wěn)定，年均徑流模數(shù)為2.6L/（km22s）。南方巖溶區(qū)的龍寨地下河流域含水介質(zhì)以管道為主，地下水的流動以管道流為主，流速大；巖溶作用強(qiáng)烈；北方巖溶區(qū)的馬跑神泉泉域含水介質(zhì)以裂（孔）隙為主，水流速低，巖溶作用相對較弱。
　　(2)地層巖性控制了流經(jīng)該地區(qū)的水

4、的地球化學(xué)組成和類型，馬跑神泉與龍寨地下河流域均為裸露碳酸鹽巖區(qū)，主要離子化學(xué)組成相似，陰離子中HCO3-占絕對優(yōu)勢，SO42-<10%,陽離子以Ca2+、Mg2+為主，而且HCO3-與Ca2++Mg2+有很好的相關(guān)關(guān)系，表明HCO3-主要來自碳酸鹽巖的風(fēng)化過程，因此水中的HCO3-有一半是在碳酸鹽巖的溶蝕過程中來自大氣或土壤中CO2。而馬跑神泉下游的郭莊泉域?yàn)楦采w巖溶區(qū)，由于受南北陡立巖帶中奧陶統(tǒng)石膏的影響，SO42-含量較高，為SO

5、42HCO3-Ca2Mg水。SO42-/HCO3-當(dāng)量比為0.44，表明存在H2SO4條件下的碳酸巖溶蝕。
　　(3)采用水化學(xué)-徑流法估算馬跑神泉泉域和龍寨地下河流域的CO2通量分別為7.84t/（km22a）和32.13t/（km22a），龍寨地下河流域的CO2通量是馬跑神泉泉域的4.1倍，南方巖溶區(qū)的碳匯通量遠(yuǎn)大于北方巖溶區(qū)。另外，南方巖溶區(qū)碳匯通量年內(nèi)差異大，豐水期占62％，平水期占32％，枯水期僅占6％，北方巖溶區(qū)碳匯通

6、量年內(nèi)分布則較均衡。
　?。?）野外溶蝕試驗(yàn)的研究表明：南方巖溶區(qū)的溶蝕速率明顯高于北方巖溶區(qū)，柳江流域平均溶蝕速率為2.87mg/cm22a，為馬跑神泉泉域（0.71mg/cm22a）的4倍。馬跑神泉泉域林地的溶蝕速率最大為0.91mg/cm22a，分別是灌叢和草地的1.4倍和1.6倍，且地上部分溶蝕量大于地下部分；柳江流域林地的溶蝕速率3.18mg/cm22a，分別是草地和灌叢的1.1倍和1.3倍，但與北方相反，地面溶蝕量小于

7、地下溶蝕量，由此可見，植被條件明顯了影響巖溶碳匯的強(qiáng)度，隨著植被的正向演替，巖溶碳匯通量有增加的趨勢，因此，提高流域碳匯量要從加強(qiáng)石漠化的預(yù)防和治理，促進(jìn)植被的正向演替著手。
　　(5)植被及土壤條件對巖溶碳匯具有很大影響，隨著植被的正向演替，土壤有機(jī)碳的含量逐漸增大，馬跑神泉林地、灌叢和草地土壤總碳量分別為2.66%、2.17%和2.11%；柳江流域分別為4.43%、3.58%和1.83%。馬跑神泉草地、灌叢和林地的有機(jī)碳含量分

8、別為0.91%、1.01%和1.62%；在柳江流域草地、灌叢和林地的有機(jī)碳含量分別為1.79%、3.24%和4.18%。柳江流域土壤碳主要以有機(jī)碳的形式存在，林地、灌叢和草地土壤有機(jī)碳分別占土壤總碳的94%、91%和98%；馬跑神泉泉域土壤碳則無機(jī)碳所占比重較大，林地、灌叢和草地?zé)o機(jī)碳含量分別占總碳的39%、53%和57%；土壤中有機(jī)碳含量隨深度的增加而降低，無機(jī)碳隨深度則無明顯變化規(guī)律。
　?。?）在影響巖溶碳匯作用的因子中水為