珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO_2汇的效应

对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2·a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2·a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。

论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对〈中国岩溶作用产生的大气CO_2碳汇分区估算〉一文的商榷》的答复

岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2～3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。

水生生态系统的碳循环及对大气CO_2的汇

水生生态系统 ,特别是海洋无疑是大气 CO2 的一个巨大的汇。海洋对大气 CO2 的汇以及大气圈和海洋之间碳的变换量在很大程度上取决于混合层碳酸盐化学、水中溶解碳的平流传输、CO2 通过空气——海水界面的扩散、海洋生物生产和所产生的有机碳化合物的沉降等 ,现在已建立和发展了多种海洋碳子模型以对 CO2 的汇进行估测。根据国内外研究资料 ,综述了水生生态系统碳循环过程及“生物泵”作用机制等方面的研究进展 ;介绍了两大类主要的海洋碳子模型 :厢式模型和普通环流模型 ,采用这些模型对海洋碳汇的估算约为 1 .2～ 2 .4 Gt C/a;分析了湖泊、河流等对大气 CO2 汇的特点及向海洋的转移 ,并对影响水体生态系统碳循环和大气 CO2

大气CO_2汇:硅酸盐风化还是碳酸盐风化的贡献?

至今人们仍普遍认为:是硅酸盐的化学风化碳汇作用在控制着长时间尺度的气候变化,而碳酸盐的化学风化作用不具有这一功能,因为碳酸盐溶解过程中消耗的所有CO_2又通过海洋中相对快速的碳酸盐沉积而返回大气。本研究发现,碳酸盐溶解的快速动力学特性(比硅酸盐快100倍以上)以及硅酸盐流域中少量碳酸盐矿物在控制流域溶解无机碳(DIC)上的重要作用,再加上水生生物光合作用对DIC的利用,使得由碳酸盐风化形成的大气CO_2汇以往被严重地低估至实际值的1/3左右,达到4.77亿吨C/a,从而使得碳酸盐风化碳汇占整个岩石风化碳汇达到94%,而硅酸盐风化碳汇仅6%左右。因此,我们认为碳酸盐风化碳汇不仅控制了人类社会目前关注的短时间尺度的气候变化,而且在自水生光合生物出现以来的地质长时间尺度气候变化的控制上可能也是主要的。这无疑对传统的观点,即"只有钙硅酸盐风化才能形成长久的碳汇并控制地质长时间尺度的气候变化"提出了质疑。

中国岩溶作用产生的大气CO_2碳汇的分区计算

根据中国岩溶碳汇计算的需要,将我国岩溶地区划分为南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区4种类型区,各区的岩溶面积分别为56.48万km2、32.58万km2、55.60万km2和200.1万km2。各区岩溶水的径流模数和岩溶作用强度存在差异,南方岩溶区比其他区的岩溶作用强度明显大得多。以取得的调查监测和统计资料为依据,对4种类型区和中国的岩溶碳汇量进行了重新计算,南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区岩溶碳汇量分别为1 909.9万tCO2/a、600.5万tCO2/a、580.1万tCO2/a、608.6万tCO2/a,由此获得中国岩溶碳汇总量为3 699.1万tCO2/a。该结果比前人的研究更全面地反映了当前我国岩溶地区碳水钙无机循环产生的大气CO2汇量。

CO_2失汇与北半球中高纬度陆地生态系统的碳汇

化石燃料消耗及热带林破坏导致约 7.0 Pg C· a- 1 (1Pg=10 9t)的 CO2 向大气排放 ,其中 3.0～ 3.4Pg C·a- 1 的 CO2 被用于大气 CO2 浓度的升高 ,约 2 .0 Pg C· a- 1 的 CO2 被海洋吸收 ,而陆地生物圈被认为是 CO2 净吸收与净排放基本达到平衡。因此 ,在人工源 CO2 中 ,尚有 1.6～ 2 .0 Pg C· a- 1的 CO2 去向不明。这就是著名的 CO2 失汇之谜。大气成分监测、CO2 通量测定以及模型模拟等方面的研究都表明 ,北半球陆地生态系统是一个重要的碳汇 ,但其值存在很大的不确定性 ,且具有较大的时空变化。全球温暖化、CO2 施肥效应 ,氮和磷沉降的增加以及人工植被的扩大是形成碳汇的主要因素。为减少碳汇估计值的不确定性 ,除加强长期定位监测、改良现有估测模型外 。

湿地生态系统CO_2源/汇研究综述

湿地生态系统独特的生态特性使其在温室气体的固定和释放中发挥了重要作用,湿地生态系统CO2源/汇成为全球气候变化研究中的热点问题。该文系统总结了近年来湿地生态系统CO2源/汇特征,探讨了自然环境因子以及人类活动对湿地CO2源/汇功能的影响。研究表明,目前绝大多数湿地生态系统是大气CO2的汇,湿地CO2源/汇特征表现出明显的时空变异性。气温是气象因素中影响湿地净生态系统CO2通量(NEE)变化的一个重要甚至首要因子;土壤状况因子包括温度、pH值等均对NEE有明显影响,但影响程度不同;湿地水文对CO2源/汇的影响主要表现在干、湿季以及水位变化对NEE的影响上;植被类型及干扰程度不同,湿地CO2源/汇功能具有很大差异;人类活动尤其是将湿地开垦为农田,会使湿地变成大气CO2的源,而生态修复则使湿地作为大气CO2汇的能力得到恢复。

岩溶水系统对大气CO_2的潜在影响——基于热力学的研究

认识不同条件下岩溶水释放或吸收CO2的反应过程是研究碳酸盐岩对碳循环响应的前提和基础。本文从吉布斯自由能的热力学原理出发,对全球不同岩溶地区162组岩溶水(河水、溪水、湖水等)进行了热力学研究,结果显示:1)河水、溪水、湖水和洞穴滴水等岩溶水所处的环境因方解石矿物沉积而释放CO2成为大气CO2一个潜在的源;2)地下水在所处的环境下由于方解石的溶解而吸收CO2,成为大气CO2一个潜在的汇;3)少数出露点的泉水所处的环境既可发生方解石的溶解而吸收CO2,成为大气CO2的潜在汇,也可发生方解石的沉积而释放CO2,成为大气CO2的潜在源;4)在洪水期,泉水的水化学特征变化并未导致对大气CO2潜在贡献在源汇之间的跨跃性转变。162组岩溶水数据中,所有河水与溪水皆无一例外地在释放CO2。结果表明,从吉布斯自由能的热力学原理出发,研究岩溶水系统对大气CO2潜在源汇的贡献,没有条件约束,是一种较好的途径。

土壤碳酸盐是一个重要的大气CO2汇吗？

风化碳汇概念被提出至今已有18年(Berner,1992).而今,我们可以用最新的数据对其地质含义进行重新评估.近来,Ryskov等人以碳同位素的分析数据为基础认为:在过去5000年干旱时期的成土过程中,俄罗斯的土壤以土壤碳酸盐的形式将大气中的CO2固定下来,其中黑钙土的固碳速率为2.2kgCm-2a-1、深栗钙土为1.13kgCm-2a-1、浅栗钙土为0.86kgCm-2a-1.然而,他们对数据的解释却是间接而缺乏说服力的,因此,其观点很可能误导读者.Dart等人则持有相反的观点,他们的研究表明,澳大利亚风化层碳酸盐形成并没有吸收任何额外的CO2,而仅是在库与库之间进行简单迁移的结果.本文从以下两个问题对上述观点及其解释进行评述:(1)土壤碳酸盐的成因:硅酸盐风化和碳酸盐风化的比较;(2)用碳同位素示踪土壤碳酸盐来源存在的问题.得出的结论是:土壤碳酸盐可能根本不是一个重要的大气CO2汇,也即是说,碳酸盐风化成因的土壤碳酸盐没有吸收任何额外的CO2;另一方面,由于硅酸盐风化过程相当缓慢,其形成的土壤碳酸盐在短时间尺度内对大气CO2汇的能力很弱.

白令海CO2源汇与控制因素研究进展

白令海是北冰洋太平洋扇区的边缘海,是亚北极生态系统向北极生态系统过渡的典型区域,白令海CO_2源汇的研究可为高纬度边缘海相关的研究提供重要的参考。在全球持续变暖的背景下,白令海正在发生着一些气候和环境的变化,这些变化对CO_2源汇以及控制CO_2源汇的生物地球化学过程产生重要影响。对目前白令海CO_2源汇特征及其控制因素相关研究进行了归纳总结,预测了白令海CO_2源汇的未来变化趋势并提出了展望。以往的研究都认为白令海是一个大气CO_2的汇区,但是碳汇研究结果差异较大,最近的研究结果表明白令陆架区的碳汇约–6.81 Tg C·a^(–1)(1 Tg=10^(12)g),整个白令海的碳汇约–34 Tg C·a^(–1)。在未来白令海气候和环境变化继续加剧的条件下,使得白令海碳汇增强或减弱的因素将同时存在,因此,未来白令海的碳汇是增强还是减弱尚无定论。

计划烧除对森林碳汇的影响分析

计划烧除释放大量CO2,对森林碳汇产生重要影响。通过分析计划烧除对种子、叶子、树种、森林群落演替的作用和影响,肯定计划烧除,特别是低强度的计划烧除可以促进森林碳的吸收和固定,提高森林碳汇能力,并估算计划烧除CO2释放量以及火烧后林下植物恢复碳汇量。同时根据我国森林资源现状,提出加强森林管理和增加森林碳吸收的措施和建议。

一种由全球水循环产生的可能重要的CO_2汇

关于全球CO2汇的位置、大小、变化和机制目前仍不确定,还存有争议.在理论计算和野外观测数据证明的基础上发现,可能存在一种由全球水循环产生的重要的CO2汇(以溶解无机碳-DIC的形式).这个汇达到0.8013PgC/a(约占人类活动排放CO2总量的10.1%,或占所谓的遗漏CO2汇的28.6%),它是由水对CO2的溶解吸收形成的,并随着碳酸盐的溶解及水生植物光合作用对CO2的消耗的增加而显著增加.这部分汇中有0.5188PgC/a通过海上降水(0.2748PgC/a)和陆地河流(0.244PgC/a)进入海洋,有0.158PgC/a再次释放进入大气,还有0.1245PgC/a储存在陆地水生生态系统中.因此,净沉降是0.6433PgC/a.随着全球变暖引起的全球水循环的加强、CO2和大气圈中碳酸盐粉尘的增加,还有造林地区的增多(会引起土壤CO2的增加进而导致水中DIC浓度的增大),这部分汇也可能增加.

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。

温带落叶阔叶林冠层CO_2浓度的时空变异

为了研究温带落叶阔叶林CO2浓度(摩尔分数,[CO2])的时空变化特征,利用帽儿山通量塔8层[CO2]廓线系统分析了[CO2]的时间动态及垂直梯度,并结合森林小气候的同步测定数据探讨了影响[CO2]时空变化的因子。结果表明:帽儿山温带落叶阔叶林的[CO2]及其垂直梯度具有明显的日变化和季节变化。在日尺度上,[CO2]呈"单峰"曲线,在夜间或日出前后出现最大值,日出后迅速降低,在午后达到最低值,日落时分又开始迅速升高。在季节尺度上,生长季的[CO2]日变幅明显大于非生长季,且冬季(1、2和12月)白天呈"V"型,其他季节白天呈"U"型,这与白天对流边界层的持续时间随季节的变化趋势一致。在垂直方向上,[CO2]及其日变幅随高度增加而降低,并且在生长季夜间湍流交换较弱时其垂直梯度最显著;植被冠层的光合作用改变了生长旺季白天的[CO2]垂直格局,使冠层高度的[CO2]最低;休眠季节该垂直梯度大大减弱。近地层日均[CO2]与土壤温度的趋势相似,呈单峰曲线;而林冠上[CO2]在5月初和10月各出现一次峰值,最低值出现在8月初,与植被光合作用紧密相关。日尺度上[CO2]及其垂直梯度主要受控于大气边界层和生态系统碳代谢过程;年尺度上近地层[CO2]主要受控于土壤呼吸,而林冠上的[CO2]则受生态系统光合作用和呼吸作用的共同控制。

苏北盆地油田封存二氧化碳潜力初探

油田二氧化碳封存是减少温室气体排放量最有效的途径之一,油藏中封存CO2主要有构造地层储存、束缚气储存、溶解储存和矿化储存等四种方式,CO2在油藏中的地质储存容量采用国际上通用的资源储量金字塔理论来进行潜力评价。本文通过分析油田CO2封存机理,结合江苏省苏北盆地的地质和构造条件,对苏北盆地油田进行CO2封存潜力研究。苏北盆地油田多为低渗透和含水油藏,在储存CO2的潜力上,东台坳陷优于盐阜坳陷,次级单元中又以高邮凹陷、金湖凹陷封存CO2潜力最大,一系列小型构造单元比较适合于CO2封存,并有利于后期的保存。在封盖能力上,苏北盆地在垂向上有明显的两分性,下部上白垩系和古新统盖层相对上部始新统盖层对CO2封盖性更好。估算得到苏北盆地油田埋存CO2的理论储存容量为1.5054×108t,有效储存容量为0.0828×108t～0.4421×108t,表明苏北油田封存CO2的潜力较大。

填闲作物既降低氮淋溶也减少土壤CO_2排放（英文）

我们研究了沙质施肥农业土壤有或没有填闲作物情况下的CO2大气排放。种植填闲作物的最初目的是降低氮淋溶,但我们也想通过本研究发现填闲作物在气候变化背景下是否有起着某种作用。填闲作物样地显示土壤CO2排放有所降低。因为早先的结果表明填闲作物有效减少了氮淋溶,我们建议把种植填闲作物作为应对气候及富营养化问题的有效措施。CO2排放的季节差异表明,施肥农业土壤在6月、相邻一块无管理措施的草地在8月,排放值分别达到最高。样地中填闲作物的CO2排放于7月和8月有所降低但之后的秋天里又有所上升。施肥农业土壤呈现出收获后土壤内CO2汇的特征,即土壤内CO2的收贮。NH4+加强着CO2汇而等量的NO3-增加了CO2排放,NH4+或NO3-的有效性似乎影响着土壤内CO2汇。

模拟污水对碳酸盐岩的溶蚀作用及其潜在的环境意义

碳酸盐岩是个巨大的碳源和钙源,在地球表面分布极广。随着近年来污水排放量的增加,对地表碳酸盐岩的溶蚀产生重大影响。为研究污水对碳酸盐岩的溶蚀作用及其环境效应,利用原子吸收分光光度计、pH计、酸滴定法、扫描电子显微镜-能量扩散X射线谱仪和X-射线粉晶衍射等,分别测定反应体系中的金属离子浓度、pH值、HCO3-浓度、碳酸盐岩被溶蚀前后表面形态和组分变化等指标。研究发现,模拟污水(含有几种重金属离子、H2PO4-、NH4+、脲和土壤微生物等)对碳酸盐岩的溶蚀结果有显著差异,如模拟污水对碳酸盐岩有强烈的溶蚀作用,使其释放更多的Ca和C;低浓度Pb(NO3)2溶液对碳酸盐岩溶蚀表现为吸收CO2;高浓度的Pb(NO3)2、CuCl2、CuSO4和土壤微生物扩增溶液对碳酸盐岩溶蚀表现为释放CO2;重金属盐溶液和复合污水对碳酸盐岩溶蚀后有次生矿物生成等。

新安江水库二氧化碳排放的时空变化特征

新安江水库是我国华东地区最大的水库,面积580 km2,平均深度30 m,水库水体处于中贫营养状态.为了研究新安江水库中CO_2排放的时空变化特征,2014年12月至2015年12月采用静态浮箱法收集水库表面以分子扩散方式排放的CO_2,使用气相色谱仪分析CO_2浓度.结果表明,新安江水库CO_2排放通量从上游入库河流[(120.39±135.41)mg·(m^2·h)^(-1)]至库区主体[(36.65~61.94)mg·(m^2·h)^(-1)]呈下降趋势,而大坝下游河流中CO_2排放通量[(1 535.00±1 447.46)mg·(m^2·h)^(-1)]显著增加,约分别是上游入库河流和库区主体的13倍和25~42倍.但随着与大坝距离增加,大坝下游河流中CO_2排放通量显著下降,如7 km处的CO_2排放通量仅为出库水体处的20%.在库区主体中,CO_2排放通量具有明显的季节变化:CO_2排放通量在秋、冬季时为正值,最大值出现在冬季(12月或1月),说明此时库区表层水体是CO_2排放源;而CO_2排放通量在春、夏季为负值,最小值出现在春季(3、4或5月),说明此时库区表层水体是CO_2吸收汇,这可能与春、夏季时水体中藻类繁殖有关.所以,在调查水库表面CO_2排放时,应对水库的上游入库河流、库区主体和坝下河流进行全面长期的观测,才能避免低估水库中CO_2排放总量.