表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例
重庆金佛山岩溶区不同植被条件下土壤-植被系统CO_2浓度日变化
重庆金佛山岩溶区不同植被条件下土壤-植被系统CO_2浓度日变化李林立;况明生;张远瞩;蒋勇军;沈立成;李元庆【期刊名称】《农村生态环境》【年(卷),期】2005(21)3【摘要】对重庆金佛山典型岩溶区林地、裸地表层岩溶生态系统CO2浓度进行短时间尺度变化的野外观测结果表明,林地与裸地不同深处土温变化幅度由地表向土壤深部逐步降低,裸地地表温度和不同深度土温波动幅度均较林地大。
林地与裸地各层次土壤CO2浓度变化与土温呈较好的相关关系。
林地各层土壤CO2浓度波动微弱,变幅小于裸地。
林地与裸地土层中CO2浓度随土层深度增加而增高。
植被各层的温度和温度变化幅度从大到小依次为林层、灌层和草层。
林层温度最大值滞后于气温约3h。
【总页数】4页(P67-70)【关键词】表层岩溶生态系统;CO2;温度;短尺度【作者】李林立;况明生;张远瞩;蒋勇军;沈立成;李元庆【作者单位】西南师范大学资源环境科学学院【正文语种】中文【中图分类】X16【相关文献】1.重庆岩溶区土壤-植被生态系统探讨 [J], 王春晓;谢世友;王建锋;楚玉春2.重庆金佛山岩溶区不同植被条件下土壤-植被系统CO2浓度日变化 [J], 李林立;况明生;张远瞩;蒋勇军;沈立成;李元庆3.干旱-半干旱地区不同植被条件下土壤含水量变化及植被建设途径分析 [J], 李玲芬;延军平;刘冬梅;陈锋;丁金梅4.黄土区不同植被类型条件下土壤分离速率变化特征及其影响因素 [J], 蒋平海;周正朝;李静;葛芳红5.重庆金佛山岩溶区表层岩溶生态系统CO_2浓度分析 [J], 李林立;高波;蒋勇军;况明生;谢世友;刘玉;张远瞩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
垂直气候带岩溶动力系统特征研究-以重庆金佛山国家级自然保护区为例
垂直气候带岩溶动力系统特征研究-以重庆金佛山国家级自然保护区为例垂直气候带岩溶动力系统特征研究-以重庆金佛山国家级自然保护区为例利用CTDP300多参数自动记录仪对重庆金佛山国家级自然保护区碧潭泉和水房泉的降雨量、水位、水温、pH值、电导率进行了监测.结果表明,不同海拔高度的表层岩溶泉水化学对环境变化十分敏感,且具不同的表现形式,气温和土壤CO2浓度是引起水化学动态变化的两个重要因子.位于海拔较低的碧潭泉气温,土壤CO2浓度相对较高,岩溶作用也相对强,位于海拔较高的水房泉则相对较弱.受气温控制,前者的水温、pH表现出明显的白天高,夜间低的昼夜变化规律.降雨过程中,至少有两种效应在影响水化学性质:雨水的稀释效应和CO2效应,前者对碧潭泉水化学变化影响较大,降雨可引起泉水电导率、水温及pH的显著下降,降雨强度越大,下降速度与幅度越大,而从泉水电导率下降、pH值略有上升看,两者均对水房泉的水化学变化产生了影响.作者：章程蒋忠诚何师意蒋勇军李林立王建力 ZHANG Cheng JIANG Zhongcheng HE Shiyi JIANG Yongjun LI Linli WANG Jianli 作者单位：章程,ZHANG Cheng(西南大学地理科学学院,重庆,400715;中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西,桂林,541004)蒋忠诚,何师意,JIANG Zhongcheng,HE Shiyi(中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西,桂林,541004) 蒋勇军,李林立,王建力,JIANG Yongjun,LI Linli,WANG Jianli(西南大学地理科学学院,重庆,400715)刊名：地球学报ISTIC PKU英文刊名：ACTA GEOSCIENTIA SINICA 年，卷(期)：2006 27(5) 分类号：P4 关键词：岩溶动力系统水化学变化垂直气候分带重庆金佛山。
垂直地带性岩溶生态环境特征初探——以金佛山国家自然保护区为例
最高峰风吹岭 ， 海拔 ２ ５ ｍ 是大娄山脉东北段的最高 ２ｌ ，
峰 ．地 理 坐 标 北 纬 ２ 。０ ～２ ￣０ 。 东 经 １７０ ８５ ９２ ０ ￣０ ～ １ ７２ ０ ￣０ ，区 内面积 ４ １ｋｒ．金佛 山 １８ ４ ｒ ｉ ９ ８年被 列 为全
炭 系地 层 的缺 失 ．三叠 纪 以后 金佛 山地 区结 束 了海侵 历史 ， 隆升为 陆地并 接受 风 化剥 蚀 ， 使得 二叠 系灰 岩 出 露 地表 ， 在气 、 、 液 固三 相系 统介 质 中开始 岩溶发 育 ． 由于不 同海 拔 高度 出露 的 地层 岩性及 气候 特 点 的 差 异 ，形成 了各 自不 同的地 表地 貌形 态 ．山体 下 部 由 寒 武系 、 陶系 的石 灰 岩 、 奥 白云岩组 成 ．地貌 形态 多呈 岩 溶洼地 、 波峰 台原 、 断块 山地和 峰丛洼 地 ， 部分 为垄
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第 １ ６卷第 ２期
２０ ０ ７年 ６ 月 文 章 编号 ：６ １ ９７ ２ ０ ）２— １５— ６ １ ７ —１４ （０ ７０ ０ ２ ０
地 质 与 资 源
ＧＥ ＯＧ ＡＮＤ ＲＥ ＯＵＲＣ ＯＬ Ｙ Ｓ ＥＳ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ． １１ ２
２ ．中 国地 质科 学院 岩溶 地 质研 究所 ， 国土 资源 部岩 溶动 力学 重点 实验 室 ， 西 桂林 ５ １０ ） 广 ４０４
摘
要： 由于特殊 的地理环境 ， 金佛 山 自然保护 区的垂直地带性岩溶生态特征 明显 ．通过研究发现 ， 金佛山在不 同海拔地质
背景基础上 。 土壤 、 物种多样性 和山上 山下两种不 同特征的岩溶动力系统 ．土壤分带性主要表现为 ： 山下 向山顶依次为黄 从 壤、 暗黄壤 、 黄棕壤和棕壤 ．物种多样性 主要表现为 ： 植被种类繁多 ， 动物类 型复杂多样 ， 同类地 区所罕见的 。 是 大大丰富了我 国野生生物基 因库 ．岩溶动力 系统 主要表现为 ： 土壤 Ｃ ： Ｏ 和水 化学 特征 的差异显著 ， 从而形成 了山上山下两个不同特征的岩
重庆喀斯特山地典型表层岩溶泉水化学分析
重庆喀斯特山地典型表层岩溶泉水化学分析林明珠;谢世友;林玉石【期刊名称】《地下水》【年(卷),期】2009(031)004【摘要】表层岩溶泉是储存于表层岩溶带的地下水,为近地面的表层地下水系统,它的普遍分布是西南岩溶峰丛区居民聚集和繁衍的重要条件.本文选取重庆市南川区典型的岩溶峰丛区 6 个较有代表性的表层岩溶常流泉点,分析表层岩溶泉水化学特征.研究发现:① 6 个泉点泉水化学类型以HCO3·SO4-Ca 型为主,其次为HCO3·SO4-Ca·Mg 型,个别为 HCO3-Ca 型;②常规水化学指标中,受人类活动的影响,各泉点泉水 HCO3- 含量较高,SO42-和 NO3- 含量偏高.③各泉点微量金属元素除 As 和 Ba 未达地下水质量标准 GB/T 14848-1993 Ⅰ类水体标准,其余测试指标均符合Ⅰ类水体标准.【总页数】4页(P4-6,14)【作者】林明珠;谢世友;林玉石【作者单位】西南大学地理科学学院,重庆,400715;西南大学地理科学学院,重庆,400715;中国地质科学研究院,岩溶地质研究所,广西,桂林,541004【正文语种】中文【中图分类】P641.12【相关文献】1.典型表层岩溶泉锶、钡水文地球化学特征 [J], 祁晓凡;蒋忠诚;邓艳2.典型表层岩溶泉域旱季与雨季溶蚀速率分析——以重庆金佛山水房泉流域为例[J], 罗健;李林立;李欢欢;张德怀3.表层岩溶地下水出露地表后的脱气作用——以重庆市南川区柏树湾表层岩溶泉溪流为例 [J], 周小萍;沈立成;王鹏;徐尚全;林明珠4.典型表层岩溶泉域植被对降雨的再分配研究 [J], 邓艳;蒋忠诚;徐烨;岳祥飞;李旭尧;梁锦桃5.喀斯特山地不同土地利用对表层岩溶泉水化学特征的影响 [J], 林明珠;谢世友;衡涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
典型表层岩溶泉域旱季与雨季溶蚀速率分析——以重庆金佛山水房泉流域为例
角色 “ ， 中不 同土 地 利用 方 式 可 使 土壤 理 化 性 质 其 产生 一系列 的变化 ， 而影 响到岩 溶作 用 的方 向和强 从
度 。在土壤 岩溶 作 用 过 程 中 ， （ Ｏ ） 液 （ 、 气 Ｃ ： 、 Ｈ Ｏ） 固 （ 酸盐 ） 碳 三相 共 同参 与 了 物质 和 能量 的交换 、 化 转
２ ２ ０１
典型 表 层 岩 溶 泉域 旱 季 与 雨 季溶 蚀 速 率 分 析
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以重庆 金 佛 山水 房 泉 流域 为例
罗 健 ， 林 立 ， 欢 欢 ， 德 怀 李 李 张
（ ． 南 大 学 地 理科 学 学 院 ， 庆 ４０ １ ； ２ 西 南 大 学 岩 溶 环 境 与 石 漠 化 治 理 研 究 所 ， 庆 ４ ０ １ ） １西 重 ０ ７ ５ ． 重 ０ ７ ５
面积 １３ ０ｋ 最 高峰 风 吹 岭海 拔 ２２ １ｍ。地 质 构 ０ ｍ ， ５ 造 上 ，金佛 山属 于一个 宽缓 的 向斜 ， 以二 叠 系 为核 部 ， 志 留系 、 陶系和寒 武 系 为两 翼 ， 奥 呈东 北 一西 南 走 向。 水 房泉 流域位 于 向斜 轴部 ， 二叠 系 栖 霞 组 石 灰岩 组 由 成 ， 条带 状分 布 ， 形地 貌上 表 现 为一 海拔 ２０ ０ ｍ 呈 地 ０ 左 右 的较大 面积 的缓坡 与平 台 ， 育 大型 的地 表 、 发 地下 岩溶形 态 （ １ 。金 佛 山 属 亚 热 带湿 润 季 风性 气 候 图 ） 区， 云雾 多 、 日照少 ， 全年 雨 量 季 节 分 配不 均 。流域 内 多年平 均气 温 ８ ２℃ ， ． 降雨 量 １４ ４ ５ ｍ ３ ． ｍ。 流域 附 近 植 被 主要 为 亚热带 常 绿 落 叶 阔 叶林 、 疏 的 灌 丛 和草 稀 甸 ， 于高原 面上 的温带 岩溶 生态 系统 ， 属 岩溶 兼有 高 山
基于SPSS的岩溶地下水质变化及其影响因素——以重庆市金佛山表层岩溶地下水为例
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｏ ａ ｔ ｒＡｎ ｌｓｓ ｉ ｈ ｓ ｓ ｍｅ ｔｏ ｐｉ ｔ ｆＦ ｃｏ ａｙ ｉ ｎ ｔ ｅ Ａｓ ｅ ｓ ｃ ｏ ｎ ｆ
Ｉｆ ｅ ｃ ａ ｔ ｓ ｏ ａ ｓ ｒ ｕ ｄ ｔ ｒＱｕ ｌｙ ｌ ｎ ｅ Ｆ ｃｏｒ ｆＫ ｒｔＧ ｎ ｗａｅ ａｉ ｎｕ ｏ ｔ
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ｃｅ ｉ ｌ ａａ ｉｅ Ｈ， ， （ ０－ ， （ ａ ） Ｐ Ｍｇ ） Ｐ Ｎ ） Ｐ（ ） Ｐ Ｓ 一 ， （ Ｏ ｈ ｍ ｃ ｔ， ． ．ｐ Ｐ ＨＣ ３） Ｐ Ｃ ， （ ， （ ａ ， Ｋ ， （ Ｏ ） Ｐ Ｎ ；）ａ ｄ ａｄ ｎ
Ｐ Ｃ 一 ｎｔｅｋｒ ｐ ｎ ｓ ｔ ｉ ｏＭｏｎａｎ ｒ ｎｗ ｔｒ ａ ｐｅ ｅ ｏｌ ｔ ｔ ６ｓｅ ａｕ ｒ ， ０ ９ （ １ ）ｉ ｈ ａｓ ｓｒ ｇ ｎ ｕ ｔ ．Ｇ ｏ ｄ ａ ｍ ｌｓ ｒ ｃｌ ｃｅ ａ ３ ｉ ｓ ｎＪｎ ａ ２ ０ ． ｔ ｉ ａＪ ｆ ｉ ｕ ｅｓ ｗ ｅ ｅ ｄ ｔ ｉ ｙ
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岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量
ke ScL(湖泊科学),2021,33(3)：854-865DOI10.18307/2021.0318©2021by Journal cf Lake Sciences岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量”杨诗笛吴攀V,曹星星1,2二刘闪"2,廖家豪"2(1：贵州大学资源与环境工程学院，贵阳550025)(2:贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室，贵阳550025)摘要：为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压SCO?)的时空分布规律及其扩散通量，以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成，利用PHREEQCI软件计算水体pCO2，并基于Cole提出的气体扩散模型估算水一气界面二氧化碳(CO?)的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期P C02的变化范围为0.44-645.65“atm,平均值为(55.94±124.73)|xatm；枯水期变化范围为35.48~707.95|xatm,平均值为(310.46+173.54)|xatm；丰水期水体整体pCO?低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处PC。
?较高,而中西部区域pC()2欠饱和的特征.水一气界面CO?的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27~27.16mmol/(m2-d),平均值(-34.49+12.93)mmol/(m2-d),枯水期变化范围为-33.36~28.15mmol/(m2-d)，平均值(-8.02±15.85)mmol/(m2・d)，与其他岩溶湖库相比，水生植物丰富的草海在两个极端水文期C02扩散通量相对较低，总体表现为大气C02的汇.关键词：岩溶湿地:pCO2；CO2扩散通量;时空分布;草海Spatiotemporal distribution of carbon dioxide partial pressure and its diffusion flux in surface water of Karst wetland*Yang Shidi1,2,Wu Pan1,2,Cao Xingxing1,2**,Liu Shan1,2&Liao Jiahao1,2(1:School of Resources and Environmental Engineering,Guizhou University,Guiyang550025,P.R.China)(2:Key Laboratory erf Karst Geological Resources and Environment Ministry of Education,Guizhou University,Guiyang 550025,P.R.China)Abstract:In order to explore the temporal and spatial distribution of the partial pressure of carbon dioxide(pCO2)and辻s diffusion flux in the surface water of karst wetland,the largest karst wetlands in China,Weining Chaohai,Guizhou Province,was selected as the research object.The surface wetland water of Lake Caohai was systematically collected through the method of grid placement in July(wet season)and December(dry season),respectively,in2019.The physicochemical parameters and ion composition of the water samples were measured,the pCO2of the water was calculated by PHREEQCI,and the diffusion flux of carbon dioxide(C02)at the water-air interface was estimated base on the gas diffusion model proposed by Cole.The results show that the variation of pCO2in the surface water of Lake Caohai wetland ranges from0.44jiatm to645.65jiatm in the wet season,with an average value of(55.94±124.73)jiatm,while35.48jiatm to707.95piatm in the dry season,with an average value of(310.46±173.54)|xatm.In general,the distribution ofpCO2was higher in dry season than in wet season,and higher in the eastern lake are-a and the entrance of river to the lake but undersaturated in the midwest area of the study region,spatially.The diffusion flux of C02in Lake Caohai wetland water ranges from-43.27mmol/(m2■d)to27.16mmol/(m2・d),with an average value of (-34.49±12.93)mmol/(m2*d)in the wet season,while ranges from-33.36mmol/(m2*d)to28.15mmol/(m2・d),with an*2020-06-22收稿;2020-08-27收修改稿.国家自然科学基金项目(41807376)、贵州省科技计划项目(黔科合平台人才[2018]5781号)、贵州省人才基地项目(RCJD201X21)、喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室开放课题项目(KST2017K06)和贵州大学人才引进项目(贵大人基合字(2019)24号)联合资助.**通信作者;E-mail：xxcao@.杨诗笛等:岩溶湿地表层水体CC>2分压时空分布特征及其扩散通量855average value of(-8.02±15.85)mmol/(m2・d)in the dry pared with other karst lakes and reservoirs,Lake Caohai, which is rich in aquatic plants,has relatively low CO2diffusion flux during the two extreme hydrological periods,and is generally a sink of atmospheric C02.Keywords:Karst wetland；pCO2;C02diffusion flux；spatiotemporal distribution；Lake Caohai湿地是陆地生态系统的重要组成部分,可为全球及区域环境提供多种生态系统服务功能，其中包括固碳作用湿地与其他陆地生态系统最大的区别在于有大量适水生的植物，其中许多沉水植物和藻类已被证实具有利用水体中碳酸氢根(HCO打进行光合作用的能力⑵，因而进入湿地系统的HCO?可被水生植物和藻类吸收固定，形成稳定的内源有机碳•岩溶湿地是一类广泛分布于岩溶地区或以岩溶水为主要补给水源的特殊内陆淡水湿地⑶，加之岩溶作用(Ca(-)Mg”CO3+CO2+H2O^(1-x)Ca"+%Mg"+2HC0：)可将大气/土壤中的二氧化碳(CO?)以HCO：形式存储在岩溶水体中，因而富含高浓度HCO?的岩溶水为湿地内水生植被的生长提供了丰富的碳源，使无机碳向有机碳转化，这让湿地生态系统在转化岩溶作用产生的无机碳为有机碳方面具有重要地位.因此,正确评价岩溶地区湿地水一气界面CO?的源汇效应,对深入了解水生植被参与下的岩溶碳汇稳定性具有十分重要的意义.CO?分压SCO?)是影响水体表面向大气释放CO?的重要因素之一⑷，当表层水体中pCO2高于大气时，可通过分子扩散、对流传输等途径在水一气界面处释放CO?,此时水体便成为“碳源”，相反则为“碳汇因此,"CO?不仅是揭示水生生态系统碳源、汇效应的重要指标,还可通过相关模型估算水一气界面C02的扩散通量，该指标现已广泛应用于水库⑷、湖泊「何、河流9训、海洋u等水一气界面的CO?源汇特征及其扩散通量研究.我国西南地区是世界最大的岩溶连片分布区，具有碳库巨大及碳循环活跃等特点,是进行区域和全球碳循环研究的重要场所.目前关于西南地区岩溶水体水一气界面PCO2及其扩散通量的相关研究主要集中在岩溶地表河流问及岩溶水补给型湖、库水体g⑷方面，而对于水生植被丰富的岩溶湿地水体则相对缺乏.贵州省威宁县草海是我国最大的天然岩溶湿地,有研究表明,草海流域由于岩溶作用产生的溶解性无机碳每年有58.8%被固定在水生植物中，说明该湿地内水生植物对稳定区域岩溶碳汇效应具有十分重要的作用•关于草海水一气界面CO?扩散通量仅有陈忠婷等［间利用通量箱进行初步揭示，但前人仅对草海部分点位进行了一期观测，并不能代表草海湿地水一气界面整体的CO?释放特征.基于此，本文以草海湿地表层水为研究对象，分别于丰、枯水期利用网格布点法对全湖覆水区域进行了样品采集，以期揭示该湿地表层水PC。
重庆金佛山岩溶区不同植被条件下土壤植被系统co
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农村生态环境
第 21 卷
农村生态环境 2005，21（3）：67 - 70
Rural Eco-Environment
重庆金佛山岩溶区不同植被条件下土壤-植被系统 CO2 浓度日 变化
李林立，况明生，张远瞩，蒋勇军，沈立成，李元庆 （西南师范大学 资源环境科学学院，重庆 400715）
摘要：对重庆金佛山典型岩溶区林地、裸地表层岩溶生态系统 CO2 浓度进行短时间尺度变化的野外观测结果表明，林地与裸地 不同深处土温变化幅度由地表向土壤深部逐步降低，裸地地表温度和不同深度土温波动幅度均较林地大。林地与裸地各层次土 壤 CO2 浓度变化与土温呈较好的相关关系。林地各层土壤 CO2 浓度波动微弱，变幅小于裸地。林地与裸地土层中 CO2 浓度随土 层深度增加而增高。植被各层的温度和温度变化幅度从大到小依次为林层、灌层和草层。林层温度最大值滞后于气温约 3 h。 关键词：表层岩溶生态系统；CO2 ；温度；短尺度 中图分类号：X16 文献标识码：A 文章编号：1001 - 5906（2005）03 - 0067 - 04
图 2 金佛山岩溶区林地气温与土温日变化 Fig. 2 Diurnal variation of air temperature and
soil temperature in woodland
A：引至地面部分；B：水平插入土层部分
图 1 CO2 收集装置示意［9］ Fig. 1 Sketch of CO2 collector
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表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例胡毅军;蒋勇军;李林立【摘要】本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩洛水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量.计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份.水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量.泉水HCO3 -含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响,HCO3 -含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象.相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的.%The study mainly focus on the Shuifang epikarst spring basin. By using the multi-parameter instrument CDTP300, interannual continuous data of conductivity, water temperature and water level are got. Annual and monthly CO2 consumption in two years are calculated by means of karst hydrochemistry-discharge method. The result shows that CO2 consumption of Shuifang Spring is relatively high in June, July and August; while it's low in January, February and December. The maximum value of CO2 absorptive quantity appeared in July and the minimum in January. The result also shows that the monthly discharge of the Shuifang Spring and rainfall are intensively correlated with the CO2 consumption, and the CO2 consumption in rainy season is muchlarger than dry season. The bicarbonate concentration of the Shuifang Spring is influenced by air temperature, rainfall, discharge and soil CO2. There are two months time-delay between the biggest monthly CO2 consumption and the highest bicarbonate concentration. Through this study it is found that the estimate of carbon flux in small watersheds by hydrochemistry-discharge method is more accurate than large watersheds and it may give an effective method to the further research on carbon sink for karstification and its control mechanism in epikarst zone.【期刊名称】《中国岩溶》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】6页(P169-174)【关键词】表层岩溶泉;CO2吸收量;相关性【作者】胡毅军;蒋勇军;李林立【作者单位】西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715;三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715;三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715【正文语种】中文【中图分类】P641.12;X141随着人类对全球变暖问题的不断重视,全球变化学科关于温室气体的研究不断深入,引出了全球碳循环的中心问题:全球CO2的收支不平衡,即遗漏CO2汇(M issing Sink)的存在问题[1-3]。
然而在众多针对碳汇的变化机制、过程和环境效应的研究当中对由地质过程引起的无机碳汇的变化重视程度还不够。
根据地球系统科学和岩溶动力学的观点与思想,岩溶作用是全球碳循环的重要组成部分,岩溶水通过水-岩作用以溶解无机碳(D IC)的形式固定大气中的CO2,构成了岩溶作用的碳汇效应[4]。
目前针对岩溶水碳汇的研究已经取得很多成果,IGCP379项目分别用石灰岩溶蚀试片法、水化学法和扩散边界层(DBL)理论[5]对我国的碳汇效应进行了初步估算,中国为1.774×107 tC/a[6];杨立铮利用水化学方法对我国南方六省的岩溶碳汇效应进行了估算,全年碳汇量为9.14×109 kg/a,并划分了4个等级的吸碳区[7];李彬利用贵州123条地下河无机碳含量计算出年碳汇效应为4.15×1011 gC/a,即消耗CO2 1.52×109 kg/a[8];陈鸿汉等利用水化学动力学方法对济南岩溶泉域的净CO2吸收量进行了计算,结果为1.7×107 kg/a[9];万军伟对湖北清江罗家坳地块地下水碳汇效应计算得出吸收量为1.833×107 kg/a[10]。
然而众多的研究都是以大面积的地下水流域为研究背景,以年为时间尺度利用水化学-径流量方法估算流域吸碳量,没有考虑短时间尺度地下水流量、气候变化等因素对水-岩作用和碳汇效应的影响。
本文以较小的岩溶泉域为研究对象,依靠高精度自动监测仪器获得年际连续数据,从短时间尺度研究了岩溶水碳汇效应及其影响因素,有助于深化岩溶作用碳汇过程及其控制机理的认识。
1 研究区概况本研究区域位于重庆市南川区金佛山景区。
金佛山位于我国四川盆地东南缘,是大娄山东段支脉的突异山峰,海拔1 400～2 251 m,为典型的喀斯特亚高山地质地貌。
在山顶部形成了海拔2 000 m左右的较大面积的缓坡和平台,小型溶蚀洼地、地下河管道和裂隙发育。
研究区云雾多,日照少,雨量充沛,湿度大,属亚热带湿润季风气候。
区内山体上部多年平均气温为8.2℃,年均降雨量约1 434.5 mm。
图1 水房泉流域地质剖面图(据李营刚,2009)Fig.1 Geologic profile of the Shuifang Spring watershed1.石灰岩(P2 c长兴组,P1 m茅口组);2.龙潭煤系地层(P2 l);3.洞穴、管道;4.水流方向;5.裂隙;6.落水洞;7.常年泉水房泉位于海拔2 050 m的金佛山山顶,出露于二叠系常兴组(P2 c)致密灰岩与龙潭煤系地层(P2 l)之间,地质构造上为一倾角很小的宽缓向斜(图1)。
泉域补给区面积1.11 km2,分布有一个呈东北-西南走向的大洼地,土壤厚度约0.8～1.2 m,洼地边缘落水洞发育,密度为6～7个/km2,是地下水的主要补给入口。
因茅口组灰岩地层裂隙、管道发育,其下有煤系隔水地层分布,泉水最终出露于山顶西南坡陡崖,常年流动,径流量为2 L/s,平均流速0.113 m/s。
2 实验和数据分析在水房泉出口处安装CDTP300多功能野外自动化监测记录仪(澳大利亚Greenspan公司),自动监测电导率、水温、水位和pH值,并设定仪器每隔15 min 自动测定并存储,精度分别为0.1μs/cm、0.01℃、0.01 cm和0.01,数据按月取回整理。
同时野外使用德国(W TW公司)M ulti350i便携式多参数水质分析仪现场测定水温、pH值、电导率,用标尺现场测定出口水位,测量精度分别为0.1℃、0.01pH单位、1μs/cm和0.1 cm;流速测定采用旋杯式流速仪测定,精度为0.001m/s。
用钙离子试剂盒(德国Aquanmerck)现场测定水中的 Ca2+、HCO3-浓度,精度为0.1 m g/L和0.1 mmol/L。
3 流量和二氧化碳吸收量的计算3.1 流量计算水房泉出口流量的主要根据CDTP300自动记录仪检测并经与实测校正过的水位和多次实测得到的泉口平均流速进行计算。
3.2 二氧化碳吸收量的计算水房泉泉水多年平均pH值为7.86,pH值为7～9之间时,水中溶解无机碳(D IC)主要以重碳酸根(HCO3-)的形式存在[11],主要水化学特征见表1。
表1 水房泉基本水化学特征Tab.1 Hydrochemical features of the Shuifang SpringpH Ec K+ Na+ Ca2+Mg2+ Cl- SO42-HCO3-/μs/cm,25℃ /mg/L 7.86 232 0.89 2.66 52 1.96 8.04 10.28 132水房泉水质属于 Ca-HCO3型,水-岩作用发生的主要化学反应如下所示:CaCO3+CO2+H2 O⇔Ca2++2HCO3- (1)由该方程可知,在达到平衡时,形成 2 mol的HCO3-,则吸收1 mol的 CO2,测得的HCO3-浓度后,即可得水中CO2的含量[12],计算式为:李林立对水房泉的研究[13]中得出,水房泉水体的电导率 Ec同[HCO3-]和[Ca2+]存在很好的相关性,本研究通过多次的野外实地监测也得到相似结论(图 2),其中:[HCO3-]=0.008 9 ×cond+0.316 2,R2=0.968 4;[Ca2+]=0.1946×cond+4.297 6,R2=0.976 8。
利用 Ec同[HCO3-]的线性方程和CDTP300每15 min记录的 Ec,可以求得每15 min水体的瞬时[HCO3-]。
图2 水房泉岩溶泉电导率同[HCO3-]和[Ca2+]线性关系图Fig.2 Linear relationshipbetween the electric conductivity and the[HCO3-],[Ca2+]of the water in Shuifang Spring为了便于计算,视瞬时值为15 min的平均值。