石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响

为探究石漠化治理对土壤中CO_2、CH_4变化特征及碳汇效应的影响,采用气相色谱法对重庆市南川石漠化治理示范区土壤中CO_2、CH_4浓度进行观测,结合土壤温度、土壤含水率、土壤容重和土壤有机碳对石漠化治理区(试验区)和对比区(未经过石漠化治理的荒草地)进行研究,并用溶蚀量数据估算岩溶区碳汇量。结果显示:土壤中CO2浓度随土壤深度的增加先增加后减小,变化范围为393～7 400mg·L^(-1);而土壤中CH_4浓度随土壤深度的增加先减小后增大,变化范围为1.13～3.42mg·L^(-1)。试验区土壤中CO_2浓度均值为2 131mg·L^(-1),CH4浓度均值为1.94mg·L^(-1);而对比区土壤中CO_2浓度均值为2 338mg·L^(-1),CH_4浓度均值为2.10mg·L^(-1)。土壤温度、土壤有机碳与土壤中CO_2浓度变化趋势呈显著正相关关系,而与土壤中CH_4变化趋势呈显著负相关关系,说明土壤温度和土壤有机碳是影响土壤中CO_2、CH_4浓度的主要因素;土壤温度与土壤中CO2浓度呈正相关关系且相关性随石漠化治理而变弱,说明经过石漠化治理土壤温度对土壤中CO2浓度的影响减弱。试验区岩溶试片溶蚀速率大于对比区,且经过石漠化治理,由岩溶作用产生的碳汇可提高0.66～9.42t·km^(-2)·a^(-1);说明石漠化治理对于岩溶区碳汇起到了促进作用。

典型岩溶丘陵区生长季土壤CO_2、CH_4通量研究

我国西南岩溶丘陵区生长季漫长,而土壤表面CO_2、CH_4通量受地表植被覆盖的影响较大。为探究岩溶丘陵区生长季有植被覆盖(有草)和无植被覆盖(无草)的土壤表面CO_2、CH_4通量及其日变化特征,采用静态箱-气相色谱法对重庆市南川岩溶丘陵区土壤表面CO_2、CH_4通量进行观测,结合土壤温、湿度进行研究。结果表明:岩溶丘陵区土壤表面在生长季表现为CO_2源、CH_4汇,有草的土壤表面CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,CH_4通量则无明显差别,说明在生长季地表植被覆盖是影响土壤CO_2通量的重要因素,而植被覆盖对土壤CH_4通量无显著影响,土壤表面有草和无草的CO_2通量分别为552、352 mg/m2·h,CH_4通量分别为-80、-75μg/m2·h(生长季6个月平均值)。在生长季日变化尺度上,土壤也表现为CO_2源、CH_4汇,有草土壤表面的CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,且二者的变化特征一致,CH_4通量受到植被覆盖的影响较小;生长季土壤CO_2、CH_4通量受土壤温、湿度的共同影响,其中土壤CO_2通量与土壤温度呈正相关关系,即土壤温度升高会促进土壤CO_2通量的提高,而土壤CH_4通量与土壤温度无相关关系,即土壤温度对土壤CH_4通量无显著影响;由于生长季土壤湿度变化较土壤温度小,因此土壤湿度对土壤CO_2、CH_4通量的影响较土壤温度小。

典型岩溶槽谷区土壤CO2浓度变化对隧道建设的响应——以重庆市中梁山岩溶槽谷为例

为了解重庆市中梁山岩溶槽谷区隧道建设对土壤CO2浓度变化特征的影响,于2017年12月1日至2018年11月25日对中梁山岩溶槽谷区的隧道影响区和非隧道影响区典型的白蜡树林(FC)和于2017年3月22日-2018年1月18日对耕地(CU)、灌丛(SH)、竹林(BA)下土壤CO2浓度及其相关的环境因子进行研究,探讨了隧道影响和非隧道影响的岩溶区土壤CO2浓度变化规律及其影响因子。研究表明:隧道影响区(A区)土壤CO2浓度低于非隧道影响区(B区),A区A-CU、A-SH、A-BA和A-FC土壤CO2浓度的平均值分别为4479.26、6053.10、8152.70 mg/m3和17162.47 mg/m3,B区B-CU、B-SH、B-BA和B-FC分别为6244.67、6647.01、9422.94 mg/m3和18396.09 mg/m3。但隧道影响区和非隧道影响区的土壤CO2浓度具有相同的垂直和季节变化趋势,在垂直方向上,土壤CO2浓度随土壤深度的增加而增加,在季节变化上,雨季(夏季和秋季)土壤CO2浓度大于旱季(冬季和春季)。经相关分析发现土壤温度是影响土壤CO2浓度变化的主控因子,土壤CO2浓度随土壤温度的升高而升高,降水较多时土壤含水率过高,会抑制土壤CO2的生产,同时,土壤理化性质也对土壤CO2浓度具有一定的影响。隧道影响区土壤CO2浓度的变化受外界环境变化的影响大。

喀斯特槽谷典型植物水分利用效率对隧道建设的响应

隧道工程建设对喀斯特槽谷地区地下水循环系统的破坏,引起地下水位下降,可能影响周围生态环境。依托重庆中梁山喀斯特槽谷,对旱、雨两季隧道影响区与无隧道影响区不同深度土层(0—20 cm、20—40 cm)土壤含水量以及典型植物(常绿乔木、常绿灌木)瞬时水分利用效率(Instantaneous Water Use Efficiency,WUEinst)进行对比分析,探究植物水分利用效率对隧道建设的响应。结果表明:在不同影响区,主要由蒸发与降水引起土壤含水量在垂直和季节变化上的趋势相似,但隧道影响区土壤含水量在旱、雨两季均显著高于无隧道影响区;不同影响区植物WUEinst存在明显的季节差异,旱季各植物种WUEinst显著高于雨季。而旱、雨两季隧道影响区植物叶片WUEinst显著高于无隧道影响区;此外,植物WUEinst与土壤含水量相关性分析结果表明,不同影响区植物WUEinst与土壤含水量均呈显著负相关关系,但相对于无隧道影响区,隧道影响区植物WUEinst对土壤含水量的变化更加敏感。以上结果表明,隧道建设导致地下水资源漏失,土壤含水量减少,进而改变了植物水分利用特性,使隧道影响区植物种应对一定程度的水分胁迫时采取更保守的水分利用策略。

岩溶区石漠化土壤CO2浓度和地表CO2通量研究

【目的】探讨我国南方喀斯特石漠化地区CO2浓度分布和时空排放规律及岩区土壤有机碳含量、土壤温度及土壤含水率等环境因子对CO2浓度及释放速率的影响。【方法】采用静态密闭箱-气相色谱法,对2017年1~12月重庆市南川石漠化治理示范区岩溶碳汇试验区坡改梯及对照区非坡改梯的土壤CO2浓度和地表CO2通量进行原位监测。【结果】非坡改梯地区土壤CO2浓度比坡改梯地区大,坡改梯和非坡改梯地区土壤CO2浓度大多数随着土壤深度增加呈下降趋势;非坡改梯地区地表CO2释放通量高于坡改梯地区;土壤CO2浓度及释放通量均随季节有明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与地表CO2释放通量呈显著正相关关系,在个别月份出现显著变化,表现为巨大的源与汇。【结论】土壤CO2浓度主要受土壤有机碳、土壤温度、土壤含水率、土壤微生物及人为因素共同影响,地表CO2通量变化与植被覆盖、人类活动及土壤CO2浓度密切相关。

岩溶地表河旱季有色溶解有机质组成及来源:以金佛山碧潭河为例

岩溶水体中的有机碳汇是岩溶碳汇的重要组成部分,为探明地处亚热带的岩溶地表河——碧潭河水体CDOM的组成及来源,于2017年1~3月开展从上游至下游9个点位的调查,利用三维荧光光谱结合紫外-可见吸收光谱以及常规水化学指标,分析碧潭河CDOM组成和来源及其影响因素.结果表明:(1)碧潭河水体中HCO_3^-的质量分数>70%、Ca^(2+)+Mg^(2+)的质量分数>80%,为主要阴阳离子,水化学性质主要受岩石风化作用的影响;(2)水体CDOM在旱季主要由类腐殖酸(C1)、类富里酸(C2)和类酪氨酸(C3)组成,FI、BIX、HIX以及β:α的平均值分别为2.06、0.87、4.35和0.69,较高的FI、BIX、β∶α以及较低的HIX显示碧潭河水体CDOM在旱季整体而言具有较强的自生源特征;(3)水体中DIC质量浓度与C2、C3荧光强度得分的相关性系数分别为0.515(P<0.05)和0.644(P<0.01),表明水生生物光合作用固定DIC对水体中CDOM的形成起到重要作用,该过程是对岩石风化碳汇的转换和稳定.

旱雨季岩溶地表河不同河段正构烷烃相态组成变化和来源解析

岩溶作用产生的无机碳可以在水生植物、微生物等作用下形成有机质,转化为较稳定的内源有机碳,这为寻找全球遗漏碳汇提供了新的突破口,而加强对岩溶区有机质的溯源研究是重要手段.为探究金佛山岩溶地表河溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的含量、组分及来源,于2017年3月20日、9月26日分别在石钟溪上、中、下游进行采样,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对三相态正构烷烃的组分进行定量分析.结果显示,旱季溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的平均含量分别为737 ng·L^(-1)、6108 ng·L^(-1)和7149 ng·g^(-1),雨季三者的平均含量分别为7129 ng·L^(-1)、8146 ng·L^(-1)和6213 ng·g^(-1).正构烷烃的含量整体表现为雨季高于旱季,以溶解态正构烷烃表现得最为显著,这主要由外源高等植物输入增多所致.旱季上、下游正构烷烃含量差异明显,以沉积物正构烷烃表现得最为显著,自上而下整体保持微升态势;雨季外源输入量较大,差异性减弱,整体变幅较小.不同季节降雨和气温的变化导致水动力条件、浊度及水温的不同,深刻地影响着不同相态和不同河段正构烷烃的来源和迁移.整体上,随着海拔降低,高等植物贡献度降低,水生植物和低等生物贡献度增高.当水动力条件较弱和浊度较低时,造成内源溶解有机质增多,同时会出现溶解态至颗粒态乃至沉积物的缓慢沉降迁移.

喀斯特石漠化治理区土壤CH4和CO2排放研究

本研究采用静态密闭箱-气相色谱法,于2016年12月到2017年11月对重庆市南川石漠化治理示范区4个岩溶碳汇试验区(金银花地JYH、人工造林地杨树林YSL、坡改梯PGT、经济作物花椒林地HJ)及3个对照区(荒地HD、非坡改梯FPGT、弃耕地QGD)的土壤甲烷、二氧化碳的浓度及排放通量进行原位观测,探讨我国南方喀斯特石漠化地区甲烷和二氧化碳浓度分布和时空排放规律,及岩溶区土壤温度、土壤含水率等环境因子对甲烷、二氧化碳排放的影响。结果表明:不同植被类型下土壤CO2的浓度范围为5 003.64~19 163.23 mg/m^3,土壤CH4的浓度范围为5.35~7.46 mg/m^3。土壤CO2的排放通量具有随季节变化土壤CO2排放通量随季节明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与CO2排放通量呈显著正相关关系。土壤CH4释放速率没有明显的季节变化规律,在个别月份出现显著变化表现为巨大的源与汇,主要是受到土壤温度、土壤含水率及土壤微生物的共同影响。本研究采用静态密闭箱-气相色谱法,于2016年12月到2017年11月对重庆市南川石漠化治理示范区4个岩溶碳汇试验区(金银花地JYH、人工造林地杨树林YSL、坡改梯PGT、经济作物花椒林地HJ)及3个对照区(荒地HD、非坡改梯FPGT、弃耕地QGD)的土壤甲烷、二氧化碳的浓度及排放通量进行原位观测,探讨我国南方喀斯特石漠化地区甲烷和二氧化碳浓度分布和时空排放规律,及岩溶区土壤温度、土壤含水率等环境因子对甲烷、二氧化碳排放的影响。结果表明:不同植被类型下土壤CO2的浓度范围为5 003.64~19 163.23 mg/m^3,土壤CH4的浓度范围为5.35~7.46 mg/m^3。土壤CO2的排放通量具有随季节变化土壤CO2排放通量随季节明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与CO2排放通量呈显著正相关关系。土壤CH4释放速率没有明显的季节变化规律,在个别月份出现显著变化表现为巨大的源与汇,主要是受到土壤温度、土壤含水率及土壤微生物的共同影响。

基于GIS与地理探测器的岩溶槽谷石漠化空间分布及驱动因素分析

岩溶区土地石漠化已成为中国西部继沙漠化和水土流失后的第三大生态问题,近年来岩溶槽谷区石漠化表现出增加趋势。通过获取槽谷区石漠化、岩性、坡度、海拔、降雨量、土地利用、人口密度和第一产业生产总值等数据,利用GIS空间分析功能和地理探测器模型,探讨了岩溶槽谷区石漠化空间分布特征及驱动因子。主要结论为:①岩溶槽谷区总石漠化面积为21323.7 km^2,占研究区土地面积的8.3%,其中轻度、中度和重度石漠化面积分别是11894.8 km2、8615.8 km2和813.1 km^2,分别占石漠化面积的55.8%、40.4%和3.8%;②从石漠化的空间分布来看,槽谷区石漠化主要发生在连续性灰岩中,轻度、中度和重度石漠化面积分别为占槽谷区相应石漠化类型面积的22.1%、22.4%和1.9%;槽谷区石漠化主要发生在15°～25°的坡度范围,轻度、中度和重度石漠化面积分别为占槽谷区相应石漠化类型面积的27.1%、18.2%和2.3%;从海拔来看,主要分布于400～800 m范围内,轻度、中度和重度石漠化面积分别为占槽谷区相应石漠化类型面积的24.9%、18.4%和0.2%;从土地利用类型来看,主要发生于山地旱地中;从人口密度来看,集中分布于100～200人/km^2中;从第一产业生产总值来看,集中分布于25亿～50亿元中;③地理探测器的因子探测器揭示了岩性(q=0.58)、土地利用(q=0.48)和坡度(q=0.42)3个因子是槽谷区石漠化形成的主要驱动因子,交互式探测器进一步揭示了岩性与土地利用类型(q=0.85)、坡度与土地利用类型的组合(q=0.75)共同驱动槽谷区石漠化的形成。

岩溶槽谷区地下河硝酸盐来源及其环境效应:以重庆龙凤槽谷地下河系统为例

以重庆典型岩溶槽谷龙凤槽谷地下河系统为研究对象,于2017年5月～2018年4月收集大气干、湿沉降和两条地下河(凤凰河、龙车河)水样,利用水化学、δ^(15)N(NO_3^-)、δ^(18)O(NO_3^-)、δ^(18)O(H_2O)和δ^(13)C(DIC)同位素等数据来探讨岩溶地下河水NO_3^-来源及其环境效应.结果表明:①两条地下河水化学类型均属于HCO_3-Ca型,NO_3^-浓度变化范围在17. 58～32. 58mg·L^(-1)之间,平均值为24. 02 mg·L^(-1),雨季略高于旱季,存在明显污染迹象;②两条地下河水δ^(15)N(NO_3^-)、δ^(18)O(NO_3^-)值变化于-3. 14‰～12. 67‰和-0. 77‰～12. 05‰之间,均值分别为7. 45‰和2. 90‰,表现为旱季偏正、雨季偏负的特点,且两条地下河水NO_3^-来源无明显差异,动物排泄物和生活污水是全年稳定来源,降雨、化肥和土壤氮是雨季地下河水NO_3^-的主要来源,硝化过程是地下河系统氮的主要转化过程;③两条地下河水(Ca^(2+)+Mg^(2+))/HCO_3-的量比介于0. 65～0. 82之间,凤凰河均值为0. 75,龙车河均值为0. 70,δ^(13)C(DIC)在-12. 46‰～-9. 20‰之间,凤凰河均值为-10. 72‰,龙车河均值为-11. 10‰,说明各个来源的HNO_3和NH_4^+硝化形成的HNO_3参与了碳酸盐岩的风化过程;④地下河水中8%的DIC来源于HNO_3溶蚀碳酸盐岩,凤凰河、龙车河分别为9%和7%.

典型岩溶槽谷区土壤水δD和δ^(18)O时空分布特征:以重庆市中梁山岩溶槽谷为例

为了揭示岩溶槽谷区土壤水氢氧同位素的时空分布特征,以重庆市北碚区中梁山为研究基地,于2017年5月和2017年9月收集降水及3种不同土地利用方式(耕地、草地和林地)不同深度的土壤水,利用稳定同位素技术研究不同土地利用方式下0~15 cm、15~45 cm土壤剖面的土壤水氢氧同位素时空变化特征.结果表明:(1)土壤水δD和δ^(18)O的平均值分别为-50.0‰±33.6‰和-7.9‰±4.3‰,其值均在大气降水线(LMWL)周围,说明降水是该区土壤水的主要补给来源;(2)土壤水δD和δ^(18)O具有明显的季节变化,5月(土壤水δD和δ^(18)O的平均值-19.4‰±6.8‰和-4.1‰±1.0‰)>9月(土壤水δD和δ^(18)O的平均值-82.2‰±14.0‰和-11.9‰±2.2‰);(3)土壤水δD和δ^(18)O在不同土地利用方式下没有表现出明显差异;(4)土壤水δD和δ^(18)O随土壤深度呈梯度变化,5月耕地、草地和林地土壤水稳定同位素以垂直递减趋势为主,9月耕地和林地以递增趋势为主,草地以递减的趋势为主.

金佛山不同高程岩溶泉初春时期溶解态脂类生物标志物研究

为探究金佛山不同高程的表层岩溶泉入春时期溶解有机质的来源和转化特点,于2017年1、2和4月分别在水房泉(2045 m)和碧潭泉(730 m)进行采样,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对样品中脂类生物标志物(溶解态正构烷烃、脂肪酸)的组分进行定量分析.结果表明,水房泉和碧潭泉溶解态正构烷烃(T-ALK)含量变化范围分别为1546~19314 ng·L^(-1)和1089~12234 ng·L^(-1),平均含量分别为8036、5553ng·L^(-1);脂肪酸变化范围分别为4163~13048 ng·L^(-1)和5519~10079 ng·L^(-1),平均含量分别为8039和8421 ng·L^(-1).由于春季气温回升和降水增多,正构烷烃和脂肪酸含量总体均处于上升趋势.同时,基于正构烷烃分子参数CPI、OEP、TAR、L/H发现,溶解态正构烷烃以细菌源为主,高等植物源输入逐月升高,以低海拔处的碧潭泉变化更为显著.溶解态脂肪酸1、2月以细菌源为主,4月以真菌源和高等植物源脂肪酸为主,细菌源比重依然较高,且因不同海拔的生境不同导致碧潭泉的水生生物输入较水房泉更稳定.