岩溶作用碳汇强度计算的溶蚀试片法和水化学径流法比较——以陈旗岩溶泉域为例

溶蚀试片法和水化学径流法是计算岩溶作用碳汇强度的两种重要方法,利用这两种方法对贵州普定陈旗岩溶泉系统的岩溶作用碳汇强度分别进行了计算,结果发现:通过溶蚀试片法估算出的岩溶作用碳汇强度仅为水化学径流法估算值的1/6左右,这主要是因为陈旗岩溶泉域内埋放溶蚀试片处的上覆土体中含有石灰岩角砾和土骨架中存在少量原生与次生碳酸盐矿物,这些碳酸盐的先期溶蚀大大降低了下部试片的溶蚀量。可见,溶蚀试片法具有一定的局限性,即在该方法应用之前,必须对试片上覆土体的碳酸盐矿物含量进行分析,以评价该方法的适宜性。

岩溶作用及其碳汇强度计算的“入渗-平衡化学法”——兼论水化学径流法和溶蚀试片法

岩溶作用通过碳酸盐岩溶解时消耗大气或土壤CO2成为重要的碳汇过程。本文首先简要介绍了定量评价岩溶作用及其碳汇强度的水化学径流法和碳酸盐岩溶蚀试片法及其优缺点,即水化学径流法仅适用于边界清楚且为全排型的流域,而试片法仅适用于土壤中不含碳酸盐矿物的条件。继而推导出了岩溶作用及其碳汇强度计算的"入渗-平衡化学法"(或称"潜在最大溶蚀法"),该方法的优点在于只要知道了相关地区的基本气候资料,如温度、降水和蒸发蒸腾数据,即可计算出该地区的岩溶作用及其碳汇强度。

可溶岩化学溶蚀试验方法研究综述

可溶岩中存在大量的溶洞、溶隙、溶孔、管道等溶蚀现象,易造成山体崩滑、地面塌陷、洪涝等灾害,因此研究可溶岩的化学溶蚀速率可以预测岩溶的发展趋势,为岩溶地质灾害早期识别与安全评价提供保障。文章在大量文献调研的基础上,综合分析国内外学者围绕可溶岩化学溶蚀试验方法取得的成果,得到以下认识:(1)可溶岩化学溶蚀试验方法不断成熟和完善,研究深度和应用范围逐步拓展。(2)可溶岩化学溶蚀的测定方法很多,根据试验开展的条件主要分为室内溶蚀试验和野外溶蚀试验,其中标准溶蚀试片法以其操作简单被广泛采用。(3)现有的可溶岩化学溶蚀测定方法的原理及适用性不同,需要综合运用多种试验手段得出相对可靠的试验结果。根据这一科学问题的研究现状,下一步应着重开展大尺寸可溶岩室内溶蚀试验研究,建立模型试验系统真实模拟野外可溶岩的溶蚀过程,并加强从微观角度刻画可溶岩的溶蚀过程。另外需要综合运用多种野外试验方法开展研究,避免或降低单一试验方法可能带来的较大误差,建立野外溶蚀试验和室内溶蚀试验的关联,以期通过室内短期的试验研究推测野外长时间尺度下的溶蚀状态。

半干旱区岩溶碳汇原位监测方法适宜性研究

选择正确的方法准确计算北方干旱半干旱岩溶区的岩溶碳汇量,有助于提高我国岩溶碳汇效应估算精度和改进全球碳循环模型。利用水化学径流法和标准溶蚀试片法对山西马跑神泉域的岩溶碳汇量进行了计算,结果表明,标准溶蚀试片法计算出的流域碳汇量和碳汇强度为386.15t/a和1.821t/（km^2·a）,水化学径流法的结果为2 084.08t/a和9.83t/（km^2·a）,试片法计算结果仅为水化学径流法的1/5。试片溶蚀速率和土壤无机碳质量分数呈负相关关系,进一步表明土壤无机碳质量分数高（是有机碳质量分数的2.85~5.06倍）是造成试片法计算结果偏小的主要原因：高含量的无机碳在半干旱气候条件下容易沉积,从而使试片溶蚀速率偏小;流域边界清楚,水化学和流量易于监测,利用水化学径流法计算岩溶碳汇强度结果更为准确。因此,在半干旱地区,计算岩溶碳汇效应宜采用水化学径流法。

湖北省2019-2021年岩溶碳汇估算及其驱动因子分析

碳酸盐岩在水循环过程中的碳汇效应显著,加之岩溶地貌在我国分布广泛,所以探求岩溶碳汇潜力的研究对制定区域增汇策略具有重要意义。选取位于西南岩溶区的湖北省为重点研究区域,基于水化学径流法及入渗-平衡化学法进行定量化计算和比较,利用ArcGIS空间分析技术整体评估湖北省2019-2021年岩溶碳汇的空间格局与量级,探索更适宜应用于区域尺度的岩溶作用碳汇估算方法,综合分析岩溶碳汇的驱动因子,发掘更大的增汇潜力。研究结果表明:(1)采用入渗-平衡化学法估算3 a碳汇强度大小为2020年>2019年>2021年,丰水年(2020年)岩溶碳汇总量约为枯水年(2019年)的6倍,3 a年均碳汇强度为12.84 t/(km^(2)·a),碳汇总量达163.89×10^(4) t/a;(2)相较于水化学径流法,入渗-平衡化学法计算结果更为准确,获取数据资料较为简单,大小空间尺度都具有一定的普适性;(3)碳汇作用变化是高度动态的,气候变化下变化幅度主要由径流深决定,碳汇强度随径流深增大而变强,土地利用类型调控着岩溶作用碳汇强度;(4)鄂西南地区岩溶作用强烈,可建立岩溶碳汇试验区,定量评估人工干预所带来的增汇效果。研究结果不仅提供了精确易行的岩溶碳汇估算方法,而且确定了湖北省岩溶碳汇的量级与空间格局,摸清了碳汇强度驱动因子的共同耦合作用,体现了岩溶碳汇的人为可调控性以及复杂性,进一步为环境保护政策、人工增汇措施的制定提供了可靠的科学依据。

湿润亚热带典型白云岩流域的化学剥蚀速率——以贵州施秉黄洲河流域为例

针对白云岩岩溶作用过程研究较为缺乏、白云岩地区的化学剥蚀速率报道较少等问题,本文以中国南方喀斯特施秉世界自然遗产地内黄洲河典型白云岩流域为研究区,采用流域水化学径流法,通过获得的2015年3月～2016年3月水文年内钙、镁离子的月平均浓度和高时间分辨率的流量数据,结合白云岩流域的水化学稳态行为,计算出该白云岩流域的化学剥蚀速率为46.91 mm/ka,与其他相似气候条件下白云岩流域的化学剥蚀速率相当,但比以石灰岩为主的碳酸盐岩流域的化学剥蚀速率高38%。这主要是因为在自然条件下,亚热带典型白云岩在地域尺度上有足够的时间达到溶解平衡态,进而使白云石较高的溶解度成为影响其化学剥蚀速率的主要因素。

全球主要河流流域碳酸盐岩风化碳汇评估

碳酸盐岩风化吸收的大气CO2主要以HCO3^-形式连续地经由河流从大陆输送到海洋,成为陆地生态系统的重要碳汇。目前主要河流流域的碳酸盐岩风化碳汇估算存在不确定性,分布格局尚不清晰。基于GEMS-GLORI全球河流数据库提供的全球10万km^2以上主要河流流域多年平均监测数据,利用水化学径流法估算出全球主要河流流域碳酸盐岩对CO2的吸收速率为0.43±0.15PgCO2yr^-1,平均CO2吸收通量为7.93±2.8tkm^-2yr^-1。CO2吸收通量在不同气候带下差异显著,热带和暖温带CO2年吸收速率占全球主要河流流域年吸收速率的62.95%。冷温带CO2年吸收速率占全球主要河流流域的33.05%,仅次于热带地区。本文划分出全球CO2吸收通量的9个关键带,关键带的交汇处CO2吸收通量较高。喀斯特出露流域碳酸盐岩对CO2吸收通量的均值为8.50tkm?2yr?1,约为非喀斯特流域的3倍。全球喀斯特出露流域碳酸盐岩风化碳汇在全球碳循环、水循环及碳收支平衡估算研究方面占据重要地位。