西南典型流域岩溶地质作用的碳汇效应研究

选择西南岩溶区岩性相似、土地利用方式相异（林地、农业、城市化）的三个地下河流域，通过野外定位动态监测、实验室分析获取高时间分辨率的地下水化学、土壤CO2、降水和气温等数据，考虑大气、土壤、岩石、水和生物各圈层间的相互作用，利用水化学-流量和标准溶蚀片法来研究不同土地利用方式不同时间尺度岩溶地质作用的速率及对环境变化的响应过程；利用地下水化学和碳、氮、硫同位素数据，定量评估人类活动引入的硝酸和硫酸对岩溶地质作用的的影响与碳源效应；通过监测地下水转变为地表水后DIC的时空变化规律及实验室模拟方法定量评估岩溶地质作用碳汇的稳定性；在揭示岩溶地质作用碳汇效应的关键控制过程和机理基础上，构建流域尺度的碳汇评价模型定量评估不同土地利用方式下岩溶地质作用的碳汇效应；为区域及全球尺度的岩溶地质作用碳汇效应研究提供新思路，从而为完善碳循环模型、解决遗漏汇问题及应对全球气候变化的国家层面战略决策提供科学依据。

选择西南岩溶区岩性相似、土地利用方式相异的地下河流域为研究对象，通过野外定位动态监测、实验室分析获取高时间分辨率的地下水化学、土壤CO2、降水和气温等数据，重点围绕岩溶地质作用速度和对环境变化的敏感性、人类活动（旅游业、农业与城市化发展）对岩溶地质作用过程的影响，以及岩溶地质作用碳汇的稳定性这三个与岩溶地质作用碳汇效应有关的科学问题展开研究，结果表明：(1) 岩溶地质作用快速响应着外界环境的变化，不同时间尺度上其变化幅度存在明显差异，暴/大雨尺度>季节尺度>年际尺度>昼夜尺度，暴/大雨事件中导致岩溶地质作用速度变化的主要因素为降水和土壤CO2浓度的变化，季节尺度上影响岩溶地质作用的主要因素为温度、土壤CO2浓度和降水，年际尺度上影响岩溶地质作用的主要因素为降水和温度的变化，而昼夜尺度上影响岩溶地质作用的主要因素为温度；(2) 由于强烈的人类活动(旅游、农业和城市的发展)的影响，岩溶地质过程受到强烈干扰，表现为地下水中DIC浓度和 δ13CDIC明显升高，地下水中部分DIC（本研究数据：18%-32%）来自硝酸或硫酸对碳酸盐岩的溶蚀，但此过程并不消耗土壤/大气CO2，以往将地下水DIC的一半认为是消耗土壤/大气CO2的观点需要改变；(3) 岩溶地质作用形成的碳汇（DIC）被沉水生植物和微生物的光合作用利用转变为有机碳，从而形成比较长久的碳汇，尽管岩溶地表水生系统不同季节水生植物利用DIC的能力存在差异，但光合作用对DIC的利用量明显高于脱气与碳酸钙沉降而损失的DIC量，因此岩溶地质作用形成的DIC是比较稳定而长久的碳汇，同时发现了岩溶水生系统C-N耦合循环的存在；（4）构建了流域尺度新的碳汇的定量评价模型。研究成果不仅定量评估了岩溶地质作用不同时间尺度上对环境变化的响应过程，更为重要的是揭示了岩溶作用碳汇形成与稳定的关键控制机理，改变了传统的岩溶碳汇评估方法，为区域及全球尺度的岩溶地质作用碳汇效应的研究提供新思路与方法。