生态保护修复对碳酸盐岩溶蚀速率的影响——以重庆市为例

岩溶区矿山生态修复、石漠化治理等生态保护修复工程,不仅改善了区内生态环境,而且有利于促进土壤、岩溶固碳增汇,对实现“双碳”目标具有重要意义。以重庆主城北碚矿山生态修复、渝东北巫山石漠化治理区等为例,通过野外标准溶蚀试片实验法和土壤取样测试分析法,研究不同生态保护修复措施下土壤碳库、碳酸盐岩溶蚀速率等变化特征,探讨不同生态修复方式对碳酸盐岩溶蚀速率的影响。结果表明:灰岩矿山修复区、石漠化治理区,土壤无机碳(SIC)含量较高,约为土壤有机碳(SOC)的4.5倍,且对碳酸盐岩溶蚀速率有一定的抑制作用;修复时间越长,土壤有机碳(SOC)含量越高,但SOC含量与碳酸盐岩溶蚀速率的相关性不显著;从夏季(监测期7、8月遭受极端高温干旱)至秋、冬、春季,土下及地表试片溶蚀速率明显增大;不同生态保护修复方式或植被恢复类型,碳酸盐岩溶蚀速率明显不同,北碚矿山修复区月桂林>草灌从(橘树)>草灌从(桃树)>花椒树>李子树,巫山生态修复区石漠化治理林地>封山育林林地>石漠化治理果园。

乌麻河喀斯特小流域核桃林土下溶蚀速率研究

通过前人对岩溶溶蚀速率的研究,验证了不同土地利用方式产生的土壤理化性质差异与变化对岩溶溶蚀速率有较大的作用、岩溶区内 CO2浓度的时空变化对溶蚀速率的促进作用。因此结合贵州省喀斯特地区具体情况,本文通过野外标准灰岩溶蚀试片法,在乌麻河喀斯特小流域具体研究喀斯特岩溶区核桃林土下溶蚀速率的变化。内容测定了在可变条件下,在人工林、人工草、坡改梯石漠化措施下、自然草地条件下、自然裸岩上一年四季试片绝对溶蚀量、溶蚀速率,并结合土壤有机碳含量、土壤含水量、土壤呼吸、土壤 CO2等野外现场测定数据分析,研究溶蚀速率的影响因素。

基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命研究

边坡服役寿命的预测能够定量、精确地评价灰岩边坡的长期安全性,但其预测模型尚未成熟。因此,为解决计算灰岩边坡服役寿命这一难题,提出基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命优化计算方法。将灰岩边坡服役寿命作为目标函数,根据溶蚀速率和抗剪参数衰减速率计算灰岩边坡服役若干年后结构面贯通段和非贯通段的有效长度以及结构面的抗剪参数;结合滑体的平衡方程以及结构面贯通段和非贯通段的屈服条件,建立灰岩边坡长期服役的稳定性非线性数学规划模型,使用“序列二次规划法”求解数学规划模型,获得边坡的服役寿命。经验证,本文算法得出的边坡安全系数与有限元法数值模拟计算结果的平均相对误差为2.47%,表明本文算法能较为精确地预测灰岩边坡的服役寿命。

南北地理分界线—秦巴山区碳酸盐岩溶蚀速率研究

溶蚀速率作为反映岩溶作用强度的一个量化数据,其研究有助于岩溶区生态系统的恢复,对石漠化治理研究也有较为重要的意义。陕西秦巴地区是中国地理上重要的南北分界线,其气候、生态环境与南方存在明显差异,为应对日益严峻的岩溶生态环境退化问题,亟需针对陕西秦巴地区开展岩溶作用的研究。研究选取林地、灌丛、草地三种植被类型,利用标准溶蚀试片法获得溶蚀速率,分析不同植被类型、气候条件对溶蚀速率的影响,以及溶蚀速率与石漠化程度的关系。结果表明:三种植被类型地下平均溶蚀速率表现为林地>灌丛>草地的规律。降雨与溶蚀速率有显著的正相关性,相关系数R=0.84,而气温与其相关性不显著。在发育石漠化区域的溶蚀速率对比中,发现人类活动越频繁的地区,溶蚀速率越大,石漠化程度越高。

不同土地利用方式土下岩溶溶蚀速率及影响因素

以重庆中梁山为例,通过野外埋放标准溶蚀试片、土壤CO2收集装置和进行亮蓝染色示踪试验,测试不同土地利用方式下不同土层碳酸盐岩溶蚀速率、土壤CO2浓度、土壤溶解性有机碳(DOC)含量及土壤含水量、土壤pH值和孔隙度等性质,探讨不同土地利用方式土下溶蚀速率差异及其影响因素。结果表明不同土地利用方式对土壤理化性质产生影响,形成特定的岩溶微环境,进而影响土下不同层次的岩溶作用:土壤CO2浓度是影响林地和草地旱季土下溶蚀速率的重要驱动力;土壤含水量和供水能力是影响旱季不同土地利用方式溶蚀速率的关键因素;菜地产生的酸性物质较多,土壤pH值最低,其平均溶蚀速率高于林地;土壤DOC随水下渗迁移性强,是林地土下50 cm处溶蚀速率高于土下20 cm处的原因之一。该文为西南岩溶区土下岩溶机理、岩溶碳汇提供理论依据和数据参考。

土壤环境因子对土下岩溶溶蚀速率的影响——以重庆金佛山国家自然保护区为例

通过野外溶蚀试片和测量土壤CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量的方法,探讨不同土地利用方式下土壤环境因子及其相互耦合对岩溶溶蚀速率的影响。研究结果表明,金佛山国家自然保护区不同土地利用方式下的平均溶蚀速率差异显著,总体表现为:竹林地>林地>草地>灌丛地>灌草丛地。不同土地利用方式下的土壤pH值与溶蚀速率呈很好的负相关,土壤水分含量、孔隙度与溶蚀速率呈正相关。山顶岩溶作用明显强于山下,这与重庆市百年一遇的大旱不无关系。土壤环境中CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量影响着岩溶溶蚀速率,同时这些土壤环境相互耦合也影响着岩溶溶蚀速率。

北方不同植被下土壤岩石试片的溶蚀速率及碳汇分析--以山西汾阳地区为例

通过山西汾阳不同植被条件下的对比溶蚀实验,并结合土壤有机碳和无机碳含量测试分析及土壤水分含量和CO2浓度野外现场测试,揭示出北方半干旱条件下的溶蚀速率特征及其影响因素,结果表明:(1)不同植被条件下的土下试片溶蚀速率差异明显,林地的地面以下溶蚀速率最大,为0.551 1mg/(cm2·a),分别是灌丛[0.258 5mg/(cm2·a)]和草地[0.254 7mg/(cm2·a)]的2.13倍和2.16倍;表明随着植被的正向演替,碳酸盐岩溶蚀速率有增加的趋势。(2)试片溶蚀速率主要受土壤有机碳、无机碳、水分控制,受土壤CO2浓度影响小;其中土壤有机碳含量、土壤水分与试片溶蚀速率呈正相关,土壤无机碳含量与试片溶蚀速率呈负相关;高浓度的无机碳使部分试片经过溶蚀后重量不减反增,造成试片溶蚀速率偏低。(3)以林地、灌丛、草地条件下试片土下平均溶蚀速率计算出研究区岩溶碳汇强度为1.815tCO2/(km2·a),与前人根据水化学径流法计算的结果[8.69tCO2/(km2·a)]相比偏小。这意味着由溶蚀试片法来计算我国岩溶碳汇量可能会比实际偏小。

岩溶山区土壤性质及其对土下溶蚀速率的影响

以重庆中梁山岩溶山区为例,通过野外溶蚀试片法和测量土壤孔隙度、容重、水分、有机碳含量和pH值的方法,探讨雨季和全年不同土地利用方式下土壤性质变化及其对土下岩石溶蚀速率的影响。结果表明:不同季节不同土地利用方式下土下岩石溶蚀速率差异显著,雨季溶蚀速率要大于全年溶蚀速率,雨季溶蚀量对全年溶蚀量贡献较大,雨热同期有利于岩溶作用的进行。总体上,不同土地利用方式下土下岩石溶蚀速率大小顺序为:林地>草地>菜地>耕地,其中林地最大,耕地最小。土壤有机碳、pH值、孔隙度和水分等相互联系,相互作用共同影响土下岩石溶蚀速率。人类活动能够改变土壤理化性质,促进或抑制岩溶作用的进行。林地利于碳酸盐岩石的溶蚀,促进石灰岩地区溶蚀成土速率,在岩溶区提高植被覆盖率是防治石漠化的有效措施。

酸雨对碳酸盐岩溶蚀速率影响的试验研究

研究了桂林市酸雨对白云岩和灰岩的溶蚀速率。试验结果表明:白云岩和灰岩在酸雨浸泡液中的电导率和pH总体上随着时间呈线性变化;在同等条件下,灰岩的溶蚀速率比白云岩大,但两者的溶蚀速率在同一数量级上;在开放和封闭系统中,灰岩浸泡液的电导率变化趋势和pH变化趋势基本相似,但开放系统中灰岩的溶蚀速率比封闭系统的大3倍左右;同等pH值条件下,高雨水量时灰岩的溶蚀速率要比低雨水量的大3～4倍,因此,雨水的酸度、降雨量是影响溶蚀速率的重要因素。

重庆中梁山碳酸盐岩溶蚀速率对季节的响应研究

在重庆市中梁山岩溶槽谷,选取林地、园地、耕地和菜地4种不同土地利用类型,通过野外下三叠统嘉陵江组白云质灰岩石试片的溶蚀试验分析不同土地利用方式下溶蚀速率对季节的响应关系。结果表明:不同土地利用方式将造成土壤性质发生不同的变化,进而对岩石的溶蚀速率产生明显的影响。但无论是从夏半年还是从全年来看,试片的溶蚀速率的大小变化均表现为:林地>菜地>耕地>园地。夏半年在全年的试片溶蚀作用过程中贡献较大,其绝对溶蚀量占全年比例都大于50%;除林地、菜地和园地土下50cm试片外,其余试片的夏半年溶蚀速率都大于全年溶蚀速率。究其原因,主要是由于夏半年气温高,降水量大,使土壤中CO2和水分等增加,从而有利于岩溶作用的进行。

云南石林地质公园土岩、土根界面过程和土下溶蚀速率

综合考虑土下界面过程对溶蚀速率的影响,不仅有助于客观评价不同土地利用下土壤溶蚀速率的差异及其控制因素,也有助于判别特定气候条件下区域或流域尺度的现代岩溶作用与碳循环强度。在云南石林世界地质公园,选择近原生滇青冈林(密枝林地)、云南松林地(人工辅助恢复林)、荒草地、石漠地等4种土地利用类型及不同界面开展为期2年的标准溶蚀试片(试片为圆形,直径40 mm,厚约3 mm)试验研究,同步测定土壤理化性质、水分、土壤CO2。结果表明石林不同土地利用土下(土壤界面)平均溶蚀量为82.3 mg/a,最大年溶蚀量位于密枝林土下50 cm,达285.7 mg/a,最小年溶蚀量位于石漠地土下10 cm,为17.4 mg/a。总体上,土下年平均溶蚀量从大到小依次为密枝林地(182.6 mg),荒草地(76.4 mg),云南松林地(46.5 mg)与石漠地(23.8 mg)。土岩界面附近土下年溶蚀量为17.7~68.8 mg/a,均值为44.7 mg/a,从小到大依次为灌丛稀疏林(17.7 mg),石漠地(47.6 mg)与荒草地(68.8 mg)。土根界面附近土下溶蚀量为43 mg/a。土下溶蚀量要大于岩面溶蚀量,密枝林土下溶蚀量远远大于其它三种土地利用类型,荒草地和密枝林土下溶蚀量随土壤深度均呈现增加的趋势,尤其是后者的增幅相当显著,说明随着植被的正向演替可极大地促进岩溶作用的进行,提高碳酸盐岩溶蚀速率。石漠地岩土界面溶蚀速率约为岩面或正常土下溶蚀速率的2倍,为石柱水平土蚀凹槽的形成提供了岩溶作用动力学证据。利用密枝林地(原生性植被样本)土下溶蚀速率推断,石林形成鼎盛期的土下溶蚀速率为35.1~46.8 mm/ka。

青藏高原的大气CO_2含量、岩溶溶蚀速率及现代岩溶微地貌

青藏高原是世界上最高、最大和最年青的高原。按照气候地貌学的观点,其干燥和寒冷的气候条件不利于岩溶地貌的发育。笔者在青藏高原上已发现了广泛分布的岩溶微形态。笔者用国际通用的石灰岩圆形切片,在西藏三个不同地点进行了12年的野外溶蚀试验,揭示出青藏高原的岩溶溶蚀速率是全世界最低的,在土层中还产生沉淀现象。通过在青藏高原不同高程上测量大气中CO_2分压,发现P_(CO_2)随海拔高度的增加而降低。在土壤、沉积物和岩石裂隙中的P_(CO_2)也呈现同样的变化趋势。由于CO_2含量直接影响天然水的溶蚀能力,因此可以断定低CO_2浓度是造成青藏高原上现代岩溶过程微弱的重要原因之一。其他主要原因包括干旱和寒冷气候条件。通过对不同微地貌上溶蚀速率的计算和形态分析,可以认为,分布于高原面上的所有岩溶微形态中,现代发育的岩溶微地貌形态仅仅是那些与生物岩溶过程有关的溶痕,其他岩溶微地貌形态可能是全新世温暖期的产物。

用Ca^(2+)离子浓度估算岩溶地区岩石溶蚀速率:以贵州普定为例

在探讨岩石溶蚀速率计算方法的基础上,根据研究区特殊的岩溶地质特征,提出了采用Ca2+浓度估算岩溶流域岩石溶蚀速率的新方法.首先,将Ca2+浓度换算成CaCO3浓度,结合实测流量,计算出实际流失的CaCO3,并换算成流域平均岩石溶蚀量,然后根据岩石的平均容重,计算出流域岩石溶蚀厚度,经过换算得到流域岩石溶蚀速率,该方法适用于可溶岩中碳酸钙的比例较大的闭合区域.贵州普定后寨河流域母猪洞子流域为可溶岩中碳酸钙的比例约98%的封闭的洼地,因此可以使用该方法进行计算.通过该方法对研究区岩石溶蚀速率的计算可知,该研究区的平均溶蚀速率为41.5 mm/ka,该研究区枯水期的岩溶溶蚀速率基本都小于丰水期的岩溶溶蚀速率,与前人对该地区的研究结果非常相近,说明该方法是可行的,为以灰岩为主的岩溶地区地质溶蚀研究提供了一种新的思路.

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。

不同植物群落对灰岩试块溶蚀速率的影响

用澳大利亚产的微侵蚀计,对湖南郴州礼家洞3个植物群落土壤和泉水中的灰岩溶蚀速率进行了精确测定。对取得的1 650个数据,用SPSS应用软件进行处理,发现乔木群落泉水和土壤中灰岩的平均溶蚀速率最高,分别为3.17 mm/a和0.63 mm/a。在测定灰岩溶蚀速率的同时,对泉水的水化学特征和土壤中的TOC进行了分析,发现乔木群落样地的泉水有更强的溶蚀力(较低的方解石饱和指数和较高的CO2分压)。乔木群落土壤中的TOC比灌丛、草丛的多。与灌丛、草丛相比,乔木群落对CO2汇的贡献最大。

混合岩溶流域碳酸盐岩溶蚀速率与岩溶碳汇——以漓江流域上游为例

碳酸盐岩矿物的化学风化速率要显著高于硅酸盐岩矿物,碳酸盐岩和硅酸盐岩混合流域中碳酸盐岩矿物风化对河流水化学的贡献占主导。为研究混合岩溶流域碳酸盐岩风化及岩溶碳汇特征,在漓江流域上游大溶江、小溶江、灵渠3个混合岩溶流域选取了24个点放置标准溶蚀试片并测试对应的土壤理化性质。基于雨季和全年试片溶蚀量和土壤理化特征,分析试片溶蚀量的主控因素及季节差异,定量评估大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度。结果表明:空中试片溶蚀量主要受控于降雨,植被会部分遮挡降雨,使试片溶蚀量显著下降,而地表和土下碳酸盐岩溶蚀受降雨和水文过程共同控制;雨季碳酸盐岩溶蚀更快,空中试片溶蚀量主要受控于降雨,而地表和土下试片主要受控于土壤水分的变化;基于溶蚀试片法,大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度分别为0.75、0.30和2.92 tC·km^(-2)·yr^(-1)。

岩溶区不同土地利用方式对溶蚀速率的影响研究

以重庆市中梁山岩溶区为例,选取草地、园地、耕地、菜地和林地等5种主要土地利用类型,通过野外溶蚀试片法获得溶蚀速率,分析不同土地利用方式下土壤性质对溶蚀速率的影响。结果表明:土地利用方式的不同造成土壤性质一系列的变化,对岩石的溶蚀速率产生明显的影响。对不同土地利用方式下平均溶蚀速率进行比较:林地>菜地>耕地>园地>草地;其中林地最大,可达303.92 mg/m2.d,明显高于其它土地利用方式。溶蚀速率受土壤pH值、有机碳、土壤水分和土壤孔隙度相互作用的共同影响,并不能笼统地说有机碳含量高就会对溶蚀速率有促进作用,土壤pH值成为影响溶蚀速率一个重要的控制因素。随着土壤深度的增加,土壤性质对溶蚀速率的影响减弱。林地可以促进碳酸盐岩溶蚀成土速率,有利于岩溶区土层不断增厚,同时林地具有较好的涵养水源功能,在岩溶区提高森林植被覆盖率具有重要意义。

不同碳酸盐岩岩性试片的溶蚀速率研究——以三姑泉域为例

评价岩性对溶蚀速率的影响以及查清不同的溶蚀模式,有助于提高岩溶碳汇强度估算精度,对于研究全球气候变化具有重大意义。采用溶蚀试片法及称重法,在山西晋东煤炭基地南部的三姑泉域干旱-半干旱岩溶区开展4种不同岩性、不同地貌单元以及不同埋藏深度的溶蚀试验研究。结果表明:对于不同的地貌单元,随着海拔的升高,溶蚀量呈现出逐渐减小的特征;对于不同的岩性试片,溶蚀量为石炭系生物碎屑灰岩>奥陶系泥灰岩>奥陶系灰岩>寒武系白云岩;对于不同埋藏深度的试片溶蚀量,从地上、表层到埋藏深度为0. 2 m处,溶蚀量逐渐减小;埋藏深度0. 2~0. 5 m溶蚀量增加。在酸性矿坑水的作用下,4种碳酸盐岩试片的溶蚀量显著变大。总结了区内两种溶蚀模式:水蚀过程会消耗一部分的CO2,属于碳汇过程;酸蚀过程会释放出一定量的CO2,增加了一部分碳源,这对于提高区内碳酸盐岩的碳汇强度计算精度具有重要意义。

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

溶蚀速率是岩溶进程的重要指标。通过对重庆金佛山水房泉流域内林地、草地、灌丛3种不同土地利用类型下不同深度旱、雨季溶蚀速率的影响因素分析发现,雨季土壤的溶蚀速率大于旱季,各土层溶蚀速率的趋势表现为:林地>灌丛>草地,而旱季溶蚀速率的变化规律不是很明显;雨季林地和灌丛的平均溶蚀速率随着土层深度的增加而减小;不同土地利用类型下的土壤pH值波动较小,且随着土层深度的增加,土壤酸性趋于减弱,溶蚀速率变小;雨季土壤CO2浓度与溶蚀速率均高于旱季。

路南石林现代喀斯特溶蚀速率研究

通过对路南石林风景区不同地貌部位、土层下不同深度和不同的自然环境下放置石灰岩溶蚀样片一年的溶蚀结果分析，对石林发育现代溶蚀速率得出这样的认识：（1）在除去石灰岩岩石对石林发育的影响后，降水量是溶蚀的主要动力;（2）在一般情况下，土下的碳酸盐岩溶蚀量大于地表2～3倍，但土下的溶蚀与土壤的持水特性和所处的地貌部位有关;（3）植被在石林发育过程中的作用并不如所预想的大;（4）路南大小石林从现代溶蚀速度看，其主要形成发育期应在中更新世，与大叠水瀑布是同期喀斯特的产物。