施秉典型白云岩流域的岩溶碳汇通量及其土地利用控制

The human beings are threatened by the global warming because of the increasing concentration of atmosphere CO2. Karst carbon sink are of great importance for balancing the atmospheric CO2 and mitigating climate change. It has been proved through the previous researches on limestone karst areas that the carbon sink from carbonate weathering compose an important part of the continental carbon sink. However, the studies on carbon sink in dolomite basins are insufficient. The solubility of dolomite under natural conditions is much higher than that of limestone, and the dolomite strata or strata inter-bedded with dolomite occupy a big proportion of carbonate outcrops, therefore, important attention should be paid on the research on carbon sink in dolomite areas which would increase the potential of karst carbon sink. In this project, Shibing Dolomite Basin in Guizhou Province was selected to research the karst carbon flux in dolomite areas and the adjusting mechanisms through land use, using methodologies including high resolution water chemistry-runoff monitoring and dolomite erosion tablets, to prove the hypotheses, including: (1) the dissolution intensity of dolomite is only decided by water cycling and solubility. Chemostatic behaviour is also suitable for dolomite basin; (2) carbon sink flux in dolomite areas is higher than that in limestone areas because of the higher solubility of dolomite; (3) land use plays an important role in adjusting carbon sink flux in dolomite basins. Relevant achievements of this research will provide new scientific supports on accurate assessment on the karst carbon sink potential and land use adjustment mechanisms of humid subtropical areas of China.

大气CO2浓度增高所致全球变暖威胁着人类生存，岩溶碳汇对稳定大气CO2与气候变化意义重大。以往在石灰岩为主的流域开展的相关研究表明碳酸盐风化碳汇是陆地碳汇的重要组成。然而，有关白云岩流域的岩溶碳汇研究却显不足。自然条件下白云石溶解度大大高于方解石，加上白云岩与含白云石地层占整个碳酸盐岩出露面积比例较大，因此白云岩岩溶碳汇研究对于增加岩溶碳汇潜力值得关注。本研究拟选择工作基础较好的贵州施秉白云岩流域，利用高分辨率水化学-径流法和白云岩溶蚀试片法开展白云岩岩溶碳汇通量及其土地利用控制机理研究，进而验证如下假说：(1)白云岩溶蚀强度仅取决于水循环强度和溶解度，化学稳定性行为同样适用于白云岩流域；(2)白云石较高的溶解度使得白云岩流域岩溶碳汇通量高于石灰岩流域；(3)土地利用对白云岩流域岩溶碳汇具有重要的控制作用。相关研究成果将为我国对湿润亚热带岩溶碳汇潜力精确评估和土地利用调控提供新的科学支撑。

化石燃料使用、大气CO2浓度增高、全球剧烈变暖威胁着人类生存。岩溶碳汇对稳定大气CO2浓度与缓解气候变化意义重大。以往在石灰岩流域开展的研究表明碳酸盐岩风化碳汇可能是陆地碳汇的重要组成。然而白云岩流域的岩溶碳汇研究却显不足。自然条件下白云石的溶解度要大大高于方解石，加上白云石与含白云石地层占整个碳酸盐岩出露面积的比例较大，因此有关白云岩岩溶碳汇的研究对于精确评估岩溶碳汇潜力意义重大。本研究选择贵州施秉黄州河白云岩流域为研究区，利用高分辨率水化学径流法、白云岩溶蚀试片法、入渗化学平衡法开展白云岩岩溶碳汇通量及其土地利用控制机理的研究，主要的研究内容有：（1）施秉黄洲河白云岩流域的水文地质条件；（2）该流域的水文水化学动态变化特征；（3）该流域的岩溶碳汇通量；（4）该流域不同土地利用的岩溶碳汇强度。通过野外人工定点定期采样、高时间分辨率的水文水化学数据自动记录，已取得较为丰富的关键数据，其中包括流域水文地质资料、流域气象要素、重点岩溶泉及流域出口断面的流量、水中HCO3-、水中CO2分压、方解石饱和指数、白云石饱和指数等关键数据以及土壤二氧化碳和溶蚀试片数据。通过对水文水化学、土壤二氧化碳浓度、溶蚀试片和相关遥感影像数据进行分析，得到如下结论：（1）白云岩流域产汇流类型多样，属于山区雨源型河流；（2）白云岩流域由于其特有的扩散型含水介质使其在流域尺度上和不同的时间尺度上具有流域化稳性行为；（3）白云岩流域岩溶碳汇通量为57.58tCO2•km-2•a-1，大于在相同气候条件下的其它石灰岩流域的岩溶碳汇通量；（4）不同土地利用类型的岩溶碳汇强度大小依次为：旱地>林地>水田，岩溶碳汇可能不随着地类的正向演替而增加。以上研究揭示了湿润亚热带季风气候下典型白云岩流域的岩溶碳汇通量及其土地利用控制机理，为我国今后对湿润亚热带岩溶碳汇潜力精确评估和土地利用调控提供新的科学支撑。