外源酸对喀斯特地区风化碳汇的影响：以典型喀斯特小流域为例

Weathering process of the lithosphere is the most important sink in global carbon cycle, carbonic acid is the main agent during the weathering course, whereas some external acids involved and impact on the carbon cycle. This study plans to collect the rain water, river water and ground water of typical watersheds in different Karst areas (farming land, forest and stony desertification zone) for analyzing. The concentrations of main ions, C-13 isotope ratio of DIC (dissolved organic carbon), S-34 isotope ratio of sulfate and N-15 isotope ratio of nitrate would used for distinguishing the sources of the external acids (sulfuric acid and nitric acid), as for tracing the chemical weathering course and mechanism of Karst region. Estimate the respective contribution rate of atmospheric CO2 and carbonate to DIC. Combined the runoff and watershed area, our study would account the contribution rate of external acids to the weathering carbon sink of each watershed, thus estimate contribution of external acids to the weathering carbon sink of the hole Karst region in southwest China. This study emphasizes on the multi-isotope tracing, which would reveal the chemical weathering process of Karst region influenced by external acids, and provide reliable supplement date for estimating of total carbon sink of carbonate weathering in Karst region, southwest China.

岩石的化学风化是全球碳循环过程中重要的碳汇，风化过程的主要介质为碳酸，外源酸(硫酸和硝酸)也参与了风化过程进而对碳循环产生影响。本项目拟选取西南喀斯特地区典型的小流域(农业耕作区、森林区、石漠化区)为研究对象，开展大气降水，河水和地下水的系统研究。通过水样主要阴阳离子含量以及DIC的C-13同位素值、硫酸根的S-34同位素值和硝酸根的N-15同位素值判定水体中外源酸的主要来源，探讨其参与喀斯特地区化学风化的过程和机理。结合流域径流量和面积等参数，估算在外源酸参与下对各个流域碳酸盐岩风化碳汇的贡献率，进而估算整个西南喀斯特地区外源酸对碳酸盐岩风化碳汇的影响，从而对全球碳循环过程提供基础科学数据。

岩石风化对大气CO2的消耗是全球碳循环的重要途径，而除了H2CO3以外，还存在其它的一些酸性物质（H2SO4等）参与了岩石的风化过程。在喀斯特地区开展外源酸的研究，有助于揭示外源酸参与到碳酸盐岩风化的过程和机理，进而确定外源酸的作用对风化速率以及碳汇的影响。本研究选取了贵州喀斯特地区三个代表性流域作为研究对象，采集了大气降水、地表水以及地下水样品，并分析了水体主要阴阳离子含量，以及水体中SO42-的δ34S值、DIC的δ13C值等水化学指标，初步探讨了喀斯特大地质背景下不同表生环境中水体的溶质来源，研究了H2SO4参与碳酸盐岩风化及其对DIC的影响，并采用δ34S值、δ13C值等地球化学参数研究了外源酸对喀斯特小流域风化碳汇作用的影响。主要的研究结果如下：不同流域水化学参数（pH值、TDS等）季节性变化存在差异，可能受地表覆盖度的影响。相比于地表覆盖程度高的森林地区，地表覆盖程度低的石漠化地区的水化学参数的季节性变化更为显著；同时，由于森林地区的植物及微生物活动频繁，使得森林地区水体的DIC的δ13C值更为偏负，因而其水体的δ13C值与HCO3-存在明显的负相关。而在石漠化较重地区，δ13C值却与SO42-存在正相关性，这就表明外源酸参与碳酸盐岩风化程度越高，水体δ13C值越偏向碳酸盐岩来源；对板寨河流域水体SO42-的δ34S同位素值进行分析结果显示，该流域地表水的δ34S同位素与该区大气降水和表土的SO42-的δ34S同位素值相近，揭示了该流域地表水体SO42-可能主要受大气降水以及表土的输入的共同影响。而在一些特殊的采样点，由于存在富含硫的地下煤层，其地下水SO42-的δ34S同位素值接近贵州煤的δ34S同位素平均值，这就说明参与碳酸盐岩风化的外源酸有多种来源。本研究的结果证实了外源酸大量参与了喀斯特地区碳酸盐岩的风化过程，并且也揭示了不同地表环境下，碳酸盐岩风化过程中产生DIC 的来源和机理存在差异，为进一步定量计算该区的风化碳汇值提供了参考依据。