桂林峰丛洼地岩溶动力系统CO2特征及变化规律

桂林岩溶水文地质试验场属于典型的峰丛洼地地区.峰丛洼地表层岩溶动力系统与土壤CO2密切相关,土壤CO2体积分数以及表层岩溶带土壤CO2溶蚀量的变化受气温和降雨影响.对不同部位不同深度的土壤CO2体积分数进行了野外监测,并利用多参数自动记录仪监测了泉水的水化学,揭示了CO2体积分数的变化规律.其变化特征表现为:①土壤CO2体积分数的季节变化在泉水水化学上和土壤CO2溶蚀量上均能反映出来;②土壤CO2体积分数的变化具有季节性;③50 cm处的CO2体积分数较20 cm处大;④土壤层对泉水水化学起到重要调蓄作用.     

岩溶区碳循环与大气CO2的源汇关系：以贵州岩溶区为例

全球碳循环的研究表明，人为ＣＯ２收支存在不平衡现象，据不同的估算，其未知汇为（１．８±１．４）×１０＾１５ｇＣ／ａ或（２．０～４．７）×１０＾１５ｇＣ／ａ。通过对贵州高原岩溶区岩溶作用带及其相邻圈层碳循环的观测，研究表明，岩溶作用带的碳循环强度与其相邻圈层（土壤层，生物圈，大气圈）的碳循环强度密切相关，表层带岩溶泉水中的ＨＣＯ＾－３与上部圈层的ＣＯ２浓度呈较好的正相关关系。同时，在不同生态，地质条     

运用GIS和溶蚀试验数据估算中国岩溶区大气CO2 的汇

岩溶动力学开放研究实验室在全国18点进行了岩石试片试验,以此为依据,通过利用GIS综合叠加分析碳酸盐岩、降雨量、气温和植被分布图,将全国划分为18个区并进行岩溶作用产生的大气CO2汇的估算。全国岩溶区大气CO2 汇的总量为1423万t /a。除了岩溶面积之外,降雨量、植被和气温对大气CO2 的汇有很大影响,单位面积CO2 的汇以雨量最丰富的桂林岩溶区值最大,最干旱的格尔木区最小;森林区则明显高于裸露岩溶区。      

亚热带森林岩溶区土壤CO2迁移动态初步研究

贵州茂兰是研究森林覆盖下岩溶表层系统结构特征、运行规律的重要基地.本文初步研究了该地区碳迁移的若干特征 (1) 土壤剖面中CO2浓度变化.秋、冬季土下CO2浓度,50cm处始终高于20 cm处,而在春、夏季土壤剖面中CO2浓度变化幅度大,20cm处的浓度时常高出50cm处. 土下20cm、50cm处CO2浓度在不同季节的变化趋势是夏季(32 833×10-6、 38 666×1 0-6)春季(24 416×10-6,28 800×10-6)秋季(6 450×1 0-6),14 216×10-6＞冬季(3 833×10-6,8 833× -6),土下CO2浓度变化趋势与温度和降雨量有较好的正相关关系.20cm处的CO 2浓度变化与温度的相关系数r＝0.89,与降雨量的相关系数r＝0.70;50cm处的CO 2浓度变化与温度的相关系数r＝0.69, 与降雨量的相关系数r＝0.66.(2)土壤呼吸释放C O2的速率有类似的变化规律夏季为339.68mg.m-2.h-1、为281. 74mg.m-2.h-1、秋季为206.59mg.m-2.h-1、冬季为65.53mg.m-2.h-1.年均排放量为1.96kg.m-2.yr- 1.(3)随水排泄HCO3-1是岩溶表层泉碳迁移的重要组分.表层泉水的H CO3-1浓度的季节变化与气温、月降雨量、土下20cm处CO2浓度存在着负相关,其相关系数r＝-0.57、-0.71和-0.47,而与表层泉水的pH值之间没有显著的相关关系.这与非森林岩溶区的观测结果有一定的差异,内在的机理需要对相关的生物学的指标进一步的研究;(4)野外溶蚀试片的测试结果表明,夏季的岩溶作用强度是春季的2.6倍.     

中国岩溶作用产生的大气CO2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1909.9万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3699.1万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。      

岩溶土壤中CO2浓度、水化学观测及其与岩溶作用关系

本研究选择了具有我国南方岩溶石山地区特点的桂林丫吉村试验场为研究场区,对其岩溶土壤的ＣＯ２浓度变化、岩溶泉水和土壤水水化学指标、石灰岩的溶蚀作用进行了定位长期观测。观测结果显示:（１）土壤ＣＯ２浓度的季节变化在泉水和土壤水水化学上均能反映出来;（２）两个土壤剖面的石灰岩溶蚀试验结果均表明,溶蚀强度随不同土壤深度的ＣＯ２浓度的变化基本是一致的,但土壤水分的差异会造成溶蚀强度的正叠加;（３）两个土壤剖面由于所处小环境、土壤结构和与下垫面灰岩关系不同,使得其中ＣＯ２浓度历月变化特征有一定差异。      

土壤中的CO2及其对岩溶作用的驱动

作者以桂林岩溶试验场和陕西鱼洞河两个观测站为例,分析了我国南、北方土壤ＣＯ２的动态、差异及其对岩溶作用的驱动规律,进一步结合气候条件（气温、降水）等的分析,揭示了南、北方岩溶发育差异的根源。     

桂林典型岩溶峰丛洼地碳储量功能研究

为了揭示不同发展模式下土地利用变化对碳储量的影响,以桂林市阳朔县兴坪镇西塘村的岩溶峰丛洼地为对象,采用InVEST模型对岩溶峰丛洼地的碳储量进行评估,并模拟2种情境（生态保护模式、经济发展模式）下植被类型对碳储量的影响。结果表明：研究区碳储量总量是16 641.68 t,碳密度是221.30 t·hm⁻²,经济总价值是1 997.00 万元,单位面积价值是26.56 万元·hm⁻²;人工林、自然林、经济林生态系统碳储量分别是339.38 t·hm⁻²、261.79 t·hm⁻²、150.34 t·hm⁻²,经济价值分别是40.72 万元·hm⁻²、31.42万元·hm⁻²、18.04万元·hm⁻²,且土壤碳储量是生态系统中最大碳库;自然林和经济林中土壤是最大的碳汇,而人工林中土壤和地上植被的碳汇较大;生态保护模式下研究区碳储量经济价值是2 252.14 万元,相比于现状增加了254.89 万元;经济发展模式下研究区碳储量经济价值是1 595.30 万元,相比于现状损失了401.95 万元。该研究成果为桂林漓江风景名胜区核心景区和桂林喀斯特世界自然遗产地确定未来发展模式和石漠化治理提供参考。     

岩溶洞穴大气中二氧化碳含量的预测——以贵州某些洞穴为例

洞穴大气中二氧化碳收支取决于下列几个因素:(1)游客呼出量;(2)洞外流入量;(3)洞内流出量;(4)洞内自然生成量;(5)洞穴次生本底量。据此,本文建立了洞穴大气二氧比碳含量的增长模式,并对贵州几个未开放洞穴二氧化碳含量及日变化规律进行预测。     

论岩溶生态系统

在我国西南地区,岩溶生态系统脆弱,在人类活动影响下,石漠化问题严重。滇黔桂岩溶地区石漠化综合治理已列入我国国民经济和社会发展的“十五”计划中。同时,第三个国际岩溶对比计划,即:IGCP 448“全球岩溶生态系统对比”(2000～2004年)正在进行,我们有必要深入研究岩溶生态系统的结构、功能和运行机制等问题。 根据生态学的定义,生态系统是指在无机和有机之间,由生产者(植物)、消费者(动物)和分解者(微生物)构成的系统。但根据美国地质学会编的Glossary of Geology,生态学被定义为“研究生物与其环境之间关系的科学”,而生态系统被定义为“生态学的单元”。据此,我们可以把“岩溶生态系统”定义为“受岩溶环境制约的生态系统”。其内涵既包括岩溶环境如何影响生命,也包括生命对岩溶环境的反     

On the Karst Ecosystem

In this paper the author gives a definition of the karst ecosystem and discusses the characteristics of the karst environment and karst ecosystem and the relationship between life and the karst environment. Finally he clarifies the structure, driving force and functions of the karst system.     

桂林东区峰林平原岩溶地下水示踪试验与分析

为查明桂林东区峰林平原地下水系统的结构特征,在岩溶水文地质调查的基础上,通过人工取样并采用高分辨率野外荧光仪,对桂林东区峰林平原区投放的示踪剂荧光素钠的接收情况进行检测。结果表明：峰林平原区地下水的出露比较多,主要以沟渠、湖塘、民井等为主,其中1号点初现时间为第22天,最大视流速为19.5 m/d,平均视流速4.9 m/d,说明本试验段内地下径流为典型的面状流态,岩溶含水介质比较均匀。峰林平原区岩溶含水层结构岩溶化程度很高,呈网络状,存在统一的地下水位,岩溶发育较均一,同时也存在较大的裂隙甚至较大规模的管道和地下河系统,容易形成岩溶地下水优先流。     

桂林会仙岩溶湿地水化学昼夜动态变化 及其影响因素

岩溶区地表河流与岩溶湖水化学的动态变化及水生植物固碳作用的研究,有助于加深对岩溶作用的生物地球化学过程特性,即短时间尺度属性的认识。本文利用自动化高精度在线监测和高密度取样,探讨岩溶湖(地下河水补给)水化学的昼夜动态变化及不同水生植物的影响。受气温和水生植物光合作用的影响,白天水温、pH、溶解氧、无机碳同位素值呈同步上升,而Ca2+、HCO-3含量、电导率下降。沉水植物群落分布区水化学等指标昼夜变幅大于挺水植物群落分布区,水温、pH、Ca2+、HCO-3、溶解氧、无机碳同位素值在挺水植物区的昼夜变化幅度分别为442 °C、065、18 mg/L、08 mmol/L、1402 mg/L、-2.27‰(δ13CV-PDB),在沉水植物区则分别上升到632 °C、143、24 mg/L、15 mmol/L、2386 mg/L、-5.03‰(δ13CV-PDB),说明沉水植物区的钙沉降与固碳效率更高。结果可为深入认识岩溶湿地水生生态系统,估算岩溶区水生植物固碳潜力奠定科学基础。     

广西桂林市规划中心城区岩溶发育特征及分布规律

弄清规划中心城区岩溶发育特征及其分布规律,对于岩溶地区规划中心城区建设布局,特别是建设场地工程地质勘察具有重要的指导意义。桂林市规划中心城区,属于岩溶发育分布区。论文基于前人研究成果,采用资料收集、地面调查、高密度电法及钻探相结合的方法,开展桂林市规划中心城区岩溶地质调查,分析了岩溶发育类型与岩性及岩性组合、水文地质单元、埋藏深度及地质构造的关系,总结提出了桂林市规划中心城区岩溶发育特征及分布规律。研究表明,桂林市规划中心城区岩溶发育主要以浅表的融县组、桂林组为主,在褶皱轴部,或断层影响带内,在垂直节理裂隙和缓倾斜层面裂隙组成的裂隙系统中,岩溶发育较强;可溶岩与非可溶岩接触地段岩溶发育强;在低平谷地中的分水岭处岩溶发育亦较强烈;在水文网长期摆动的地段地面以上岩溶发育程度强烈。     

济阳坳陷CO2气藏同位素地球化学特征及成因

济阳坳陷CO2气藏主要发育在高青-平南深断裂中南段和阳信次级凹陷西北缘及商店火山岩穹隆构造内.气藏中CO2气体浓度为69%～97%,δ13CCO2值为-5.67‰～-3.35‰,CH4/3He值为(1.01～5.65)×108,3He/4He值为(2.80～4.49)×10-6,即R/Ra为2.00～3.21,40Ar/36Ar值为317～1791,CO2/3He值为(0.25～2.61)×109.以上地球化学数据表明,济阳坳陷气藏中CO2主要来源于地幔,且幔源CO2在成藏过程中有损失,或者有壳源CO2的加入,特别是部分碳酸盐岩变质成因CO2的加入.在对CO2气来源定性分析的基础上,还需要在各来源的定量区分和CO2气藏的成藏及其与岩浆活动的时空匹配关系等方面作进一步的研究.     

碳酸酐酶对碳酸盐岩溶解的催化作用及其在大气CO2沉降中的意义

CO2向H+和HCO3-的转换是一相对慢速过程.因此,其动力学可能决定碳酸盐岩的溶解速率.在灰岩和白云岩的溶解实验中,使用了自然界普遍存在的碳酸酐酶(CA)来催化这一CO2转换反应,结果发现,对灰岩而言,加入CA后,其溶解速率在高CO2分压时可增加10倍,而对白云岩,其溶解速率增加主要在低CO2分压时,可达3倍左右.这一发现表明,化学风化(包括碳酸盐岩溶解和硅酸盐风化)作用在大气CO2沉降和全球碳循环里的所谓丢失的汇中的重要性需要重新评价.毫无疑问,已往的研究由于未认识到CA在风化中的催化作用,因此低估了风化作用的速率,同样也低估了风化作用对大气CO2沉降的贡献.另一方面,也表明了研究自然界不同水体中CA分布及其活度和CA在自然界风化作用中的作用的必要性.     

重庆岩溶区气候变化对水文水资源的影响

本文以重庆岩溶区为研究对象,从水文水资源方面分析了气候变化对岩溶生态系统的影响。结合水文数据与气象数据,运用数学分析的方法主要研究了气温和降水对水文水资源要素的影响。从研究中可知道,岩溶区降水变化对径流量影响显著,呈显著正相关,并且年均降水量与年均径流量存在指数增长关系。同时由于降水的变化,导致重庆岩溶区干旱、洪涝和正常年交替出现,且旱涝持续时间长。气温是影响蒸发的重要因子,可能蒸散量随着气温的变化呈现出明显的季节变化和年际变化,气温升高,则蒸发量增加,反之则减少。从空间上,可能蒸散量大体上西部大于东部,北部大于南部。     

岩溶动力学的理论探索与实践

国土资源部岩溶动力学重点实验室的研究群体自1990年以来连续成功实施了3个国际岩溶对比计划项目,包括IGCP299、IGCP379、IGCP448,在岩溶形成、碳循环、岩溶生态和水资源等领域,为国际岩溶学术界提供了共同解决岩溶地区资源环境问题的机会,将地球系统科学思想引入现代岩溶学,建立岩溶动力学理论,有力地推动了国际岩溶学科的发展.目前正在执行的IGCP513"岩溶含水层与水资源"项目继续引领国际岩溶地质研究方向.相关成果为在中国桂林建立联合国教科文组织"国际岩溶研究中心"(IRCK)奠定了坚实基础.由此回顾了20多年来岩溶动力学理论在中国的发展过程.概述了其主要的科学成果和应用前景.指出了地球系统科学的引入、全球视野的研究和及时将理论用于解决岩溶地区的资源环境问题在现代岩溶学发展中的重要意义.经过20余年的不断探索,形成了岩溶动力学理论的基本思路,并创造性地总结了一套捕捉碳、水、钙循环的行踪的工作方法.通过全球对比,提出"岩溶形态组合"概念,将岩溶形态组合与岩溶形成环境条件建立对应关系,解决异质同相、同质异相这一令岩溶学者迷惘的问题.将岩溶学引入伞球变化研究,一方面把岩溶作用与全球碳循环紧密的联系在一起,通过对CO2H2O-CaCO3系统(岩溶动力系统)的定位观测,发现全球最大的碳库-碳酸盐岩体在伞球碳循环中仍甚活跃;另一方面,岩溶动力系统(KDS)对环境变化十分敏感,响应及时,其相关沉积物可记录全球变化.将岩溶地质过程与生态学联系在一起,将现代岩溶学理论的研究推向应用,与生产实践结合.在岩溶动力系统运行机制和运行规律、我国岩溶动力系统的类型划分和分布规律、在表生岩溶系统碳循环与大气CO2源汇关系、利用石笋记录重建古气候、古环境变化过程及中国西南岩溶生态系统研究等方面均获得了突出成果,如首次估算了我国和全球因碳酸盐岩溶蚀回收大气CO2的量,中国为1.774×107t/a,而全球为6.08×105t/a;证实了西南岩溶区典型表层岩溶泉水化学的季节、日变化与暴雨动态,表层岩溶泉水化学取样的频率需要重新审定,而且水文水化学的连续监测对于岩溶作用强度和岩溶作用碳循环的高精度评价是十分必要的;要了解岩溶系统水化学的变化,仅考虑水-岩相互作用是不够的,我们还必须重视CO2气体对岩溶系统中水化学变化的影响,即岩溶系统水化学动态的变化是CaCO3-H2O-CO2三者相瓦作用引起的,水-岩-气相互作用的概念必须引入岩溶水化学的研究中;揭示了过去0.16 Ma来亚洲季风和低纬度地区降雨变化的特征,说明太阳辐射强度增高,驱动了盛间冰期的出现,重建了荔波地区2.3 ka来古气候环境的演变历史,贵州董哥洞石笋提供了低纬度、低海拔地区,可较好定年,更接近水汽来源区的古气候变化的替代指标;石笋记录发现末次冰期以来存在有多次冷事件-Heinrich冷事件H1～H5跃变事件,新仙女木事件在我国南方的洞穴沉积物中具有显著的反映.对西南8省区市岩溶县、石漠化严重县统计和空间分布特征的分析研究表明地质地貌条件对岩溶区资源、环境和社会经济具有制约作用,认为西南岩溶区石漠化综合治理首先要在岩溶地质条件的基础上,结合气候、水文和社会经济状况,才能深入分析岩溶区石漠化的成因、危害和类型.划分出岩溶区石漠化综合治理区域8大区成为"西南岩溶石漠化综合治理规划大纲"编写的重要基础.     

亚热带森林岩溶区土壤CO_2迁移动态初步研究

贵州茂兰是研究森林覆盖下岩溶表层系统结构特征、运行规律的重要基地。本文初步研究了该地区碳迁移的若干特征 :(1)土壤剖面中CO2 浓度变化。秋、冬季土下CO2 浓度 ,5 0cm处始终高于 2 0cm处 ,而在春、夏季土壤剖面中CO2 浓度变化幅度大 ,2 0cm处的浓度时常高出5 0cm处。土下 2 0cm、 5 0cm处CO2 浓度在不同季节的变化趋势是夏季 (32 833× 10 - 6、 386 6 6× 10 - 6)春季 (2 4 4 16× 10 - 6,2 880 0× 10 - 6)秋季 (6 4 5 0× 10 - 6) ,142 16× 10 - 6>冬季 (3833× 10 - 6,8833× - 6) ,土下CO2 浓度变化趋势与温度和降雨量有较好的正相关关系。 2 0cm处的CO2 浓度变化与温度的相关系数r =0 89,与降雨量的相关系数r =0 70 ;5 0cm处的CO2 浓度变化与温度的相关系数r =0 6 9,与降雨量的相关系数r =0 6 6。 (2 )土壤呼吸释放CO2 的速率有类似的变化规律 :夏季为 339 6 8mg m- 2 h- 1、为 2 81 74mg m- 2 h- 1、秋季为 2 0 6 5 9mg m- 2 h- 1、冬季为 6 5 5 3mg m- 2 h- 1。年均排放量为 1 96kg m- 2 yr- 1。 (3)随水排泄HCO3 - 1是岩溶表层泉碳迁移的重要组分。表层泉水的HCO3 - 1浓度的季节变化与气温、月降雨量、土下 2 0cm处CO2浓度存在着负相关 ,其相关系数r =- 0 5 7、