湖南大龙洞流域不同岩性不同土地利用类型条件下碳酸盐岩试片的溶蚀速率

选择湖南大龙洞流域寒武系中统熬溪组上段(∈2a3)白云岩、寒武系上统比条组下段(∈3b1)和奥陶系中统牯牛潭组(O2g)灰岩进行野外溶蚀试验,并测试林地和草地类型土壤剖面20cm、50cm深度土壤CO2浓度和有机质含量,以探讨林地、草地土地利用类型条件下试片溶蚀速率的差异特征。结果表明:(1)O2g、∈3b1和∈2a33种试片溶蚀速率在林地和草地土下20cm、50cm深度差异明显,∈3b1g灰岩林地土下20cm试片的溶蚀速率最大,达357.93mg/(m2?d);(2)试片溶蚀速率受岩性影响明显,CaO含量高,溶蚀速率大,O2g、∈3b1灰岩中CaO含量分别为35.38%、47.45%,较∈2a3白云岩的含量32.64%高,因而其溶蚀速率也较∈2a3的大;(3)埋放于林地土壤的试片其溶蚀速率大于草地,表明土地类型对溶蚀速率有较大的影响,植被从草地向林地的正向演替有利于岩溶作用的进行。      

半干旱区岩溶碳汇原位监测方法适宜性研究

选择正确的方法准确计算北方干旱半干旱岩溶区的岩溶碳汇量, 有助于提高我国岩溶碳汇效应估算精度和改进全球碳循环模型。利用水化学径流法和标准溶蚀试片法对山西马跑神泉域的岩溶碳汇量进行了计算, 结果表明, 标准溶蚀试片法计算出的流域碳汇量和碳汇强度为386.15 t/a和1.821 t/(km²·a), 水化学径流法的结果为2 084.08 t/a和9.83 t/(km²·a), 试片法计算结果仅为水化学径流法的1/5。试片溶蚀速率和土壤无机碳质量分数呈负相关关系, 进一步表明土壤无机碳质量分数高(是有机碳质量分数的2.85~5.06倍)是造成试片法计算结果偏小的主要原因:高含量的无机碳在半干旱气候条件下容易沉积, 从而使试片溶蚀速率偏小;流域边界清楚, 水化学和流量易于监测, 利用水化学径流法计算岩溶碳汇强度结果更为准确。因此, 在半干旱地区, 计算岩溶碳汇效应宜采用水化学径流法。     

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((...     

岩溶试片的岩性差异对估算岩溶速率和碳通量的影响

研究岩性差异对溶蚀速率的影响有助于提高溶蚀试片法估算岩溶碳汇强度的精确度。本文以贵州省普定县为研究区,将埋放地的主要基岩类型（石灰岩与白云岩）制成标准尺寸的试片,并将其埋设于不同土地利用类型和土壤深度下,经过4个水文年的监测后将估算的结果与前人在同一区域使用标准溶蚀试片的研究结果进行对比分析,结果表明:（1）在相同气候和土壤环境条件下,岩性对溶蚀试片的溶蚀速率有显著影响,且溶蚀速率与岩石中CaO含量呈正相关关系,与MgO含量呈负相关关系;（2）石灰岩与白云岩试片溶蚀速率的差异程度受土地利用及埋放深度的调控,整体上石灰岩溶蚀速率比白云岩溶蚀速率大14%;（3）不同岩性试片估算的岩溶碳汇强度相差较大,标准溶蚀试片估算的结果比埋放地基岩试片估算的结果高。故使用溶蚀试片法估算区域岩溶碳通量时应考虑埋放地基岩的岩性,或者对基于标准溶蚀试片的估算结果进行校正,才能准确反映区域尺度真实的岩溶碳通量大小。      

云南石林地质公园土岩、土根界面过程和土下溶蚀速率

综合考虑土下界面过程对溶蚀速率的影响,不仅有助于客观评价不同土地利用下土壤溶蚀速率的差异及其控制因素,也有助于判别特定气候条件下区域或流域尺度的现代岩溶作用与碳循环强度。在云南石林世界地质公园,选择近原生滇青冈林(密枝林地)、云南松林地(人工辅助恢复林)、荒草地、石漠地等4种土地利用类型及不同界面开展为期2年的标准溶蚀试片(试片为圆形,直径40 mm,厚约3 mm)试验研究,同步测定土壤理化性质、水分、土壤CO_2。结果表明石林不同土地利用土下(土壤界面)平均溶蚀量为82.3 mg/a,最大年溶蚀量位于密枝林土下50 cm,达285.7 mg/a,最小年溶蚀量位于石漠地土下10 cm,为17.4 mg/a。总体上,土下年平均溶蚀量从大到小依次为密枝林地(182.6 mg),荒草地(76.4 mg),云南松林地(46.5 mg)与石漠地(23.8 mg)。土岩界面附近土下年溶蚀量为17.7～68.8 mg/a,均值为44.7 mg/a,从小到大依次为灌丛稀疏林(17.7 mg),石漠地(47.6 mg)与荒草地(68.8 mg)。土根界面附近土下溶蚀量为43 mg/a。土下溶蚀量要大于岩面溶蚀量,密枝林土下溶蚀量远远大于其它三种土地利用类型,荒草地和密枝林土下溶蚀量随土壤深度均呈现增加的趋势,尤其是后者的增幅相当显著,说明随着植被的正向演替可极大地促进岩溶作用的进行,提高碳酸盐岩溶蚀速率。石漠地岩土界面溶蚀速率约为岩面或正常土下溶蚀速率的2倍,为石柱水平土蚀凹槽的形成提供了岩溶作用动力学证据。利用密枝林地(原生性植被样本)土下溶蚀速率推断,石林形成鼎盛期的土下溶蚀速率为35.1～46.8 mm/ka。     

土壤环境因子对土下岩溶溶蚀速率的影响——以重庆金佛山国家自然保护区为例

通过野外溶蚀试片和测量土壤CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量的方法,探讨不同土地利用方式下土壤环境因子及其相互耦合对岩溶溶蚀速率的影响。研究结果表明,金佛山国家自然保护区不同土地利用方式下的平均溶蚀速率差异显著,总体表现为:竹林地>林地>草地>灌丛地>灌草丛地。不同土地利用方式下的土壤pH值与溶蚀速率呈很好的负相关,土壤水分含量、孔隙度与溶蚀速率呈正相关。山顶岩溶作用明显强于山下,这与重庆市百年一遇的大旱不无关系。土壤环境中CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量影响着岩溶溶蚀速率,同时这些土壤环境相互耦合也影响着岩溶溶蚀速率。     

南北地理分界线——秦巴山区碳酸盐岩溶蚀速率研究

溶蚀速率作为反映岩溶作用强度的一个量化数据,其研究有助于岩溶区生态系统的恢复,对石漠化治理研究也有较为重要的意义。陕西秦巴地区是中国地理上重要的南北分界线,其气候、生态环境与南方存在明显差异,为应对日益严峻的岩溶生态环境退化问题,亟需针对陕西秦巴地区开展岩溶作用的研究。研究选取林地、灌丛、草地三种植被类型,利用标准溶蚀试片法获得溶蚀速率,分析不同植被类型、气候条件对溶蚀速率的影响,以及溶蚀速率与石漠化程度的关系。结果表明：三种植被类型地下平均溶蚀速率表现为林地>灌丛>草地的规律。降雨与溶蚀速率有显著的正相关性,相关系数R=0.84,而气温与其相关性不显著。在发育石漠化区域的溶蚀速率对比中,发现人类活动越频繁的地区,溶蚀速率越大,石漠化程度越高。     

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。      

混合岩溶流域碳酸盐岩溶蚀速率与岩溶碳汇——以漓江流域上游为例

碳酸盐岩矿物的化学风化速率要显著高于硅酸盐岩矿物,碳酸盐岩和硅酸盐岩混合流域中碳酸盐岩矿物风化对河流水化学的贡献占主导。为研究混合岩溶流域碳酸盐岩风化及岩溶碳汇特征,在漓江流域上游大溶江、小溶江、灵渠3个混合岩溶流域选取了24个点放置标准溶蚀试片并测试对应的土壤理化性质。基于雨季和全年试片溶蚀量和土壤理化特征,分析试片溶蚀量的主控因素及季节差异,定量评估大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度。结果表明:空中试片溶蚀量主要受控于降雨,植被会部分遮挡降雨,使试片溶蚀量显著下降,而地表和土下碳酸盐岩溶蚀受降雨和水文过程共同控制;雨季碳酸盐岩溶蚀更快,空中试片溶蚀量主要受控于降雨,而地表和土下试片主要受控于土壤水分的变化;基于溶蚀试片法,大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度分别为0.75、0.30和2.92 tC?km-2 ?yr-1。      

岩溶山区土地利用方式对土壤活性有机碳及其分布的影响

对重庆中梁山不同土地利用方式下的0～50cm土壤活性有机碳含量和分布进行研究。结果表明:不同利用方式土壤有机碳(SOC)含量大小顺序为:竹林＞菜地＞草地＞林地＞园地＞弃耕地,且均表现为0～20cm层大于20～50cm层;土壤溶解性有机碳(DOC)含量平均值大小顺序为:林地＞竹林＞弃耕地＞草地＞园地＞菜地,土壤溶解性有机碳占土壤有机碳的比例随土层深度增加而增加;土壤易氧化有机碳(EOC)含量及其剖面分布与土壤有机碳含量变化相一致,相关分析表明,两者的相关性达到极显著水平(R=0.852,P＜0.0001),对土壤有机碳变化反应敏感。      

桂林毛村岩溶区不同土地利用方式土壤有机碳矿化及土壤碳结构比较

应用土壤培养法,比较分析了桂林毛村岩溶区不同土地利用方式(农田、灌丛和林地)土壤在25℃、黑暗条件下培养90d有机碳矿化速率的差异(以90d累计释放的CO2-C计)。农田土壤矿化释放的CO2-C含量分别比灌丛和林地少62.9%和56.6%。利用6mol/L的HCl酸解法得到惰性碳含量,并利用三库一级动力学方程在SAS8.2软件中通过非线性拟合得到三种土地利用方式的活性碳库、缓效性碳库的大小及其分解速率,计算得出各库驻留时间。结果表明各土地利用方式均为活性碳库含量最少,占总有机碳的比例在1.82%~2.71%之间,平均驻留时间在8.4~16.3d之间;缓效性碳库次之,占总有机碳的比例在33.91%~45.47%之间,平均驻留时间为4.8~7.7a之间;惰性碳库所占比例最大,在51.82%~64.01%之间,平均驻留时间为假定的1000a。通过固态13C交叉极化魔角自旋核磁共振(13CCPMASNMR)方法对土壤碳结构进行分析,结果表明:与灌丛和林地相比,受人类活动干扰较多的农田烷基C和芳香C的比例增加,烷氧C和羰基C的比例降低;烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C的大小顺序均为农田>林地>灌丛,而脂族C/芳香C的大小顺序则相反,即灌丛>林地>农田。这说明农田土壤有机碳分解程度较高,难分解程度增加,难分解有机碳比例增加。      

亚高山不同植被类型区的雨季岩溶溶蚀速率研究

关于岩溶溶蚀速率,前人在研究中肯定了岩溶区内CO2浓度的时空变化对溶蚀速率的驱动作用,然而不同的植被条件产生的土壤理化性质差异和变化对溶蚀速率的方向和强度也具有较大的影响.通过野外溶蚀标准试片法,测试得出重庆金佛山岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域4种典型植被类型下的5个测试点的雨季绝对溶蚀量和平均面积溶蚀量.测试结果表明不同植被条件甚至同一植被类型下不同海拔下岩溶区石灰岩标准试片的溶蚀速率都存在较大差异,5个测试点溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛.通过测试点的土壤基本理化性质分析得出以下结论:在研究区研究时间内的降雨量、温度差异的基础上,除了土壤CO2浓度,土壤有机质也是控制金佛山两泉域岩溶速率的主要因素之一.     

中国岩溶碳汇通量估算与人工干预增汇途径

中国是岩溶大国,岩溶作用吸收土壤或大气CO₂形成溶解无机碳,并随河流排向海洋,这是陆地碳循环的重要组成部分。中国地质调查局从2009年开始对岩溶碳汇进行探索性调查,基本查明了岩溶碳汇的作用机理、影响因素和计量方法。研究表明: 碳酸盐岩溶蚀试片、径流-水化学和回归模型等方法均揭示了中国岩溶碳汇潜力巨大; 植被恢复、土壤改良、外源水灌溉和水生植物培育等是人工干预增加岩溶碳汇的重要途径; 流域尺度岩溶碳循环及碳汇效应调查技术的应用,助力取得了岩溶碳循环地质调查和碳汇效应评价方面的理论、技术和平台建设等系列成果。值得注意的是,岩溶碳汇计量、核查和人工干预固碳增汇试验示范等方面还面临巨大挑战,这需要在“十四五”期间及以后的研究中不断攻关、完善,从而满足地质碳汇服务碳中和目标的需求。     

石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响

为探究石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响,采用气相色谱法对重庆市南川石漠化治理示范区土壤中CO2、CH4浓度进行观测,结合土壤温度、土壤含水率、土壤容重和土壤有机碳对石漠化治理区（试验区）和对比区（未经过石漠化治理的荒草地）进行研究,并用溶蚀量数据估算岩溶区碳汇量。结果显示:土壤中CO2浓度随土壤深度的增加先增加后减小,变化范围为393～7 400 mg·L-1;而土壤中CH4浓度随土壤深度的增加先减小后增大,变化范围为1.13～3.42 mg· L-1。试验区土壤中CO2浓度均值为2 131 mg· L-1,CH4浓度均值为1.94 mg· L-1 ;而对比区土壤中CO2浓度均值为2 338 mg· L-1,CH4浓度均值为2.10 mg·L-1。土壤温度、土壤有机碳与土壤中CO2浓度变化趋势呈显著正相关关系,而与土壤中CH4变化趋势呈显著负相关关系,说明土壤温度和土壤有机碳是影响土壤中CO2、CH4浓度的主要因素;土壤温度与土壤中CO2浓度呈正相关关系且相关性随石漠化治理而变弱,说明经过石漠化治理土壤温度对土壤中CO2浓度的影响减弱。试验区岩溶试片溶蚀速率大于对比区,且经过石漠化治理,由岩溶作用产生的碳汇可提高0.66～9.42 t·km-2·a-1 ;说明石漠化治理对于岩溶区碳汇起到了促进作用。      

重庆中梁山碳酸盐岩溶蚀速率对季节的响应研究

在重庆市中梁山岩溶槽谷,选取林地、园地、耕地和菜地4种不同土地利用类型,通过野外下三叠统嘉陵江组白云质灰岩石试片的溶蚀试验分析不同土地利用方式下溶蚀速率对季节的响应关系。结果表明:不同土地利用方式将造成土壤性质发生不同的变化,进而对岩石的溶蚀速率产生明显的影响。但无论是从夏半年还是从全年来看,试片的溶蚀速率的大小变化均表现为:林地>菜地>耕地>园地。夏半年在全年的试片溶蚀作用过程中贡献较大,其绝对溶蚀量占全年比例都大于50%;除林地、菜地和园地土下50cm试片外,其余试片的夏半年溶蚀速率都大于全年溶蚀速率。究其原因,主要是由于夏半年气温高,降水量大,使土壤中CO2和水分等增加,从而有利于岩溶作用的进行      

岩溶区土壤有机碳和团聚体的关系研究——以重庆市中梁山岩溶槽谷为例

研究了重庆市中梁山岩溶槽谷不同土地利用方式对土壤有机碳和团聚体稳定性的影响,在此基础上引入通径分析方法探讨有机碳与各粒径团聚体之问的关系.研究表明,土地利用方式对土壤有机碳、团聚体稳定性指数和团聚体保存几率影响明显:坡耕地有机碳含量仅为17.544(g/kg),分别比灌丛、橘林地、草地和菜地低61.14%、71.66%、74.43%和100.83%;团聚体稳定性指数依次为草地(2.394)>灌丛(2.383)>橘林地(2.085)>坡耕地(1.953)>菜地(0.865);团聚体稳定性与有机碳含量的相关性与土地利用方式有关,在灌丛和草地中明显正相关,在橘林地和菜地中呈负相关,而在坡耕地中相关性不明显;大粒径团聚体保存几率是决定有机碳含量的主要园子,5～10mm和3～5mm粒级的土壤团聚体对有机碳累积与稳定的决定系数分别为0.61和0.50.      

半干旱岩溶区油松林显著促进碳酸盐岩溶蚀

植被覆盖通过促进碳酸盐岩风化吸收大气CO2, 在实现碳中和中具有重要作用, 但不同植被类型的影响强度仍不清楚。为揭示半干旱区植被类型对碳酸盐岩风化的影响规律, 以一个典型岩溶小流域为研究区, 通过系统的植被调查和野外溶蚀试片试验, 详细对比了不同植物群系的碳酸盐岩溶蚀率及其影响因素, 并探讨了不同分类层次植被的溶蚀率的差异。结果表明, 半干旱岩溶区碳酸盐岩溶蚀率在植被型组层次为森林>草地>灌丛, 在演替的早期减弱、后期促进溶蚀; 群系层次的对比发现油松(Pinus tabuliformis)林内碳酸盐岩溶蚀率最高, 是其它群系的5倍至近30倍; 不同群系对溶蚀率的影响强度的大小得以明确; 溶蚀率与土壤CO2浓度(pCO2)、土壤温度和土壤含水量任何单一因素无相关性, 而与三者匹配性有较好的对应关系, 与湿润区明显不同; 植被演替通过增强对溶蚀环境因子匹配性的调控能力, 促进碳酸盐岩的溶蚀。半干旱区油松林显著促进碳酸盐岩溶蚀, 进行群系层次的广泛对比研究可以更好揭示植被类型与碳酸盐岩溶蚀之间的关系, 为提高岩溶生态系统恢复的碳汇量提供有效指导。     

吉林西部不同土地利用类型的土壤有机碳垂向分布和碳密度

土壤碳库在陆地生态系统碳循环中起着关键性的作用。在对吉林西部进行为期6年（2004－2009年）的环境调查基础上,采集了217个土壤剖面,获取了2 170个土壤样品的平均容重、含水率和有机碳含量,分析了不同土地利用类型下土壤有机碳（SOC）的垂向分布特征、原因和机理。结果表明：不同土地利用类型的土壤有机碳垂向分布表现出截然不同的特征,大致可分为“下降型”、“上升型”和“不变型”3种。呈下降型的草地、农田、湿地等SOC含量主要富集在0~30 cm耕作层,并随深度增加而快速下降;滩地为上升型,良好的水文条件和相对茂盛的植物为有机质提供了有利条件;不变型包括盐碱地、林地和沙地,SOC含量处于全区最低水平。不同土地利用类型的土壤有机碳密度差异很大,从大到小依次为水田、草地、旱田、湿地、退化草地、滩地、林地、沙地、盐碱地,其中水田为（169.25±17.70） t/hm²,盐碱地为 （26.50±10.00） t/hm²。植被生物量和土壤理化性质是影响土壤有机碳含量的主要因素。     

添加有机物料对岩溶系统中碳转移及灰岩溶蚀的影响研究

以贵州茂兰一种灌丛土壤和一种农业用地土壤为研究对象,设置了添加和不添加有机物料处理,进行了岩溶作用与土壤碳转移的模拟试验。结果表明,土壤CO2 呼吸排放、土壤淋滤液HCO-3 排泄及灰岩溶蚀均响应于有机物料的添加。对于无机离子Ca2+ 、Mg2+来说,在不添加有机物料情况下,其淋出过程表现为一个较高的活跃可迁移库的释放过程及随后较低风化淋滤的稳定释放过程。在添加有机物料条件下,分解释放的Ca及CO2产生的HCO-3的排释滞后于土壤呼吸15天以上。添加有机物料下,灰岩溶蚀量均有一定幅度的提高,但Ca( Mg )及HCO-3的排释大大增强,这一方面表明生物可利用性的碳源的加入促进了系统中岩溶作用,并强烈驱动土壤中可交换Ca、Mg的排释;另一方面,由于土壤中因呼吸增强而形成的高CO2在湿润条件下溶解成为HCO-3 - C排泄,而大大促进土壤碳转移的汇效应。本文的研究结果说明,自然土壤因植被的破坏或林地转变为农地,可能使岩溶系统的汇效应减弱。      

黑龙江省乌裕尔河流域有机碳迁移与沉积通量

我国目前水土流失严重,确定土壤侵蚀究竟属于碳汇还是碳源,对认识我国土壤有机碳含量具有重要意义。以黑龙江省乌裕尔河流域为研究区域,采集松嫩平原南部河水和悬浮物样品以及沉积物样品各10套,垂向剖面14条,扎龙湿地沉积柱2个,生物样品405件,根系土305件,对采集的原水进行过滤和测试。根据样品的主量元素、微量元素分析及210Pb1、37Cs、粘土矿物、磁化率、反射光谱、粒度的测试结果,开展黑龙江乌裕尔河流域土壤有机碳侵蚀通量、流域内有机质迁移方式及扎龙湿地沉积速率等研究,认为:本区影响土壤有机碳稳定性的主要因素包括温度、降雨量和土壤质地;乌裕尔河流域每年主要以溶解形式在水体中长距离迁移的方式向扎龙湿地输入有机碳,其总量估计为2.91×106kg;扎龙湿地每年沉积的有机碳总量估算为2.71×106kg,近几年的平均沉积速率约为0.34 g/(cm2.a)。根据本区的有机碳循环数据分析,乌裕尔河流域的侵蚀土壤最终进入扎龙湿地进行沉积,属于碳汇的范畴。研究结果对于查明土壤侵蚀对土壤有机碳汇/源影响提供了依据。