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、     

桂林盘龙洞岩溶表层带土壤CO2浓度的季节变化研究

以桂林盘龙洞岩溶实验场为例,选择岩溶洼地里的坡地和洼地2个样地,通过长期定时监测土壤CO2浓度变化,表明:(1)土壤CO2浓度具有明显的季节性变化特征,夏季(6-8月)土壤CO2浓度是其它时期的2～3倍,并显示与气温、降水和生物活动密切相关;(2)洼地地段土壤CO2浓度比坡地地段要高,尤其夏季时洼地比坡地高近1000mg/m2;(3)在垂直剖面上,大多数的情况下土壤CO2浓度随土壤深度的递增而升高,但在雨季时坡地(-50cm与-80cm处)和洼地(-80cm与-100cm处)的土壤CO2浓度随深度的增加而降低。      

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.     

表层带岩溶作用:以土壤为媒介的地球表层生态系统过程— — 以桂林峰丛洼地岩溶系统为例

作者基于在桂林丫吉村岩溶试验场的长期、系统观测及有关实验研究进展,从影响岩溶作用的土壤化学因素、土壤CO2 及土壤有机碳行为等方面论证了土壤对于表层带岩溶作用的媒介及驱动意义,提出岩溶地球化学过程涉及到土壤中Ca2+ 的移出及交换释放,土壤CO2对系统空气CO2 浓度及HCO3- 排释的控制,并指出土壤有机碳是岩溶作用碳转移的重要媒介。作者认为表层带岩溶系统的发育演进为石质岩溶→生物岩溶→土壤岩溶→生态系统岩溶,因而表层带岩溶作用是以土壤为媒介的表层生态系统过程。      

岩溶土壤系统对空气CO2的吸收及其对陆地碳汇的意义——以桂林丫吉村岩溶试

以桂林丫吉村岩溶实验场为例 ,对湿润亚热带岩溶土壤系统进行了土壤植被系统CO2 浓度变化、土壤有机质分解的CO2 产生等野外观测以及实验室土壤灰岩土柱系统模拟实验。实验表明在土壤地球化学条件的控制下 ,岩溶土壤系统存在着对空气CO2 的显著吸收效应 ,其值可达 2 2～ 130 g/ (m2 ·a) ,并以此为依据估算了中国岩溶土壤系统对大气的碳汇约为 4× 10 13g/a。因而揭示了岩溶土壤系统可能是十分重要的陆地碳汇 ,在讨论全球碳汇饱和问题中必须重视这一碳汇的变化。     

岩溶土壤系统对空气CO_2的吸收及其对陆地系统碳汇的意义——以桂林丫吉村岩溶试验场的野外观测和模拟实验为例

以桂林丫吉村岩溶实验场为例 ,对湿润亚热带岩溶土壤系统进行了土壤植被系统CO2 浓度变化、土壤有机质分解的CO2 产生等野外观测以及实验室土壤灰岩土柱系统模拟实验。实验表明在土壤地球化学条件的控制下 ,岩溶土壤系统存在着对空气CO2 的显著吸收效应 ,其值可达 2 2～ 130 g/ (m2 ·a) ,并以此为依据估算了中国岩溶土壤系统对大气的碳汇约为 4× 10 13g/a。因而揭示了岩溶土壤系统可能是十分重要的陆地碳汇 ,在讨论全球碳汇饱和问题中必须重视这一碳汇的变化。     

土地利用和覆被变化对岩溶区土壤CO2浓度的影响

通过选择3个具有不同地质背景、气候条件等环境特征的山西汾阳马跑-郭庄岩溶泉域、湖南湘西大龙洞地下河流域、广西桂江流域,对流域内具有代表性的不同土地利用方式和覆被类型下垫面土壤20~50cm深处CO2浓度进行检测。结果显示,土地利用方式和覆被变化对3个流域岩溶土壤中20cm、30cm、40cm和50cm深处CO2浓度具有明显的影响作用:湖南湘西大龙洞地下河流域多数样地土壤CO2表现为随土层的加深先增加后降低的双向梯度;山西马跑-郭庄泉域玉米地的土壤CO2浓度比种植马铃薯的高,且随着覆被条件由草地→灌丛→林地的改善,土壤的扰动性变小,CO2浓度差趋于减少,变幅趋于稳定。各个流域相同覆被类型,群落结构和优势种变化越小,土壤CO2浓度变幅越小。      

典型岩溶断陷盆地溶蚀速率对海拔高度和土地利用方式的响应

采用标准溶蚀试片法,研究典型岩溶断陷盆地内不同海拔高度区域(中山区、平坝区和河谷区)6种土地利用方式下(弃耕地、草地、灌木地、松树林地、柏树林地及其他林地)的试片溶蚀速率,并分析其影响因素.结果显示:土下0–60 cm的试片平均溶蚀速率按大小排列顺序为:松树林地((3.98±0.41)mg·cm–2·a–1)>草地((3.59±0.45)mg·cm–2·a–1)>弃耕地((3.16±0.42)mg·cm–2·a–1)>灌木林地((2.90±0.44)mg·cm–2·a–1)>其他林地((2.21±0.18)mg·cm–2·a–1)>柏树林地((2.16±0.28)mg·cm–2·a–1);从土下5 cm到土下60 cm,试片平均溶蚀速率逐渐增加;试片溶蚀速率随海拔升高呈增加趋势,与海拔呈极显著正相关(R=0.328,p<0.01).以6种土地利用的土下试片平均溶蚀速率计算得出研究区平均岩溶碳汇强度为12.80 tCO2·km–2·a–1,林地、耕地、草地下岩溶年碳汇量为11613.11 tCO2·a–1,约为珠江流域岩溶年碳汇量的0.38％.影响不同土地利用下试片溶蚀速率的主控因子各不相同;降水、土壤有机质为试片溶蚀速率随海拔高度变化的主控因子;土壤水分、土壤CO2为试片溶蚀速率随土壤深度变化的主控因子.该研究成果可为区域石漠化治理、生态修复工作和碳汇效应研究提供参考依据.     

表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例

本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩溶水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量。计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份。水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量。泉水HCO3-含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响, HCO3-含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象。相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的。      

桂西北典型岩溶区水稻田成土剖面砷的垂向分布特征及其影响因素

调查分析桂西北典型岩溶矿区及其周边水稻田成土剖面砷含量及相关土壤参数垂向分布特征,研究了岩溶区土壤砷的含量垂向分布及迁移规律,并探讨了岩溶区土壤砷垂向迁移的主要影响因素。结果表明:研究区三个典型土壤剖面的主要土壤类型为石灰岩土,化学风化程度较高,土壤砷自然来源主要为土壤母质;土壤剖面砷含量的垂向分布均为表层相对富集、深层相对稳定,而土壤有机碳是制约岩溶区水稻田土壤砷垂向迁移的关键因素;矿区外围的两个土壤剖面砷含量主要富集在10～20 cm层,而在0～10 cm层砷含量相对较低,土壤砷含量平均值分别为5.5 mg·kg-1 和5.0 mg·kg-1 ;而临近矿区的土壤剖面具有土壤砷高背景值的特点,土壤砷含量平均值为46.2 mg·kg-1 ,且砷主要富集在20～40 cm的次表层,而在10~20 cm层砷含量则相对较低,但在0～10 cm层土壤砷含量又显著高于10～20 cm层,这表明外来源对该剖面表层土壤也具有显著影响。