石漠化治理下重庆酉阳典型岩溶槽谷区不同坡向地下水时空变化特征

岩溶槽谷区独特的地质背景制约着地下水的空间分布和赋存规律,探究槽谷区地下水动态变化对石漠化治理具有重要意义。本文以重庆酉阳龙潭槽谷为例,在2017～2019年对槽谷地下水进行动态监测和采样分析,探究石漠化治理下典型岩溶槽谷不同坡向地下水时空变化规律。研究表明,槽谷区地下水对环境变化敏感,石漠化治理过程中不同程度农业活动直接影响着地下水水化学动态特征。强降雨期间,逆层坡坡面流全Fe、Al~(3+)浓度峰值分别为1.3 mg/L、2.0 mg/L,是逆坡岩溶泉全Fe、Al~(3+)浓度的13倍,表明轻度石漠化的逆层坡水土流失严重。逆层坡地表物质和土壤颗粒难以直接进入地下含水层,顺层坡雨水将地表或残留在裂隙、溶隙或管道等含水介质中的土壤颗粒或土壤营养元素迁移至水文系统中,土壤肥力下降。从空间上,顺逆坡石漠化裸岩出露差异所致的汇流机制、土层厚度和植被状况造成了顺逆层坡在"二水"转化上存在差异,对研究区地下水的时空变化有重要影响。     

岩溶槽谷石漠化治理区表层泉水化学特征研究:以重庆酉阳泔溪花椒基地老泉为例

背斜型岩溶槽谷区石漠化治理的关键之一是要厘清地下水资源动态变化特征,尤其要开展在线高分辨率连续动态监测。本文以重庆酉阳龙潭岩溶槽谷石漠化治理区老泉监测站为例,采用PONSEL多参数自动记录仪现场测定和样品室内分析相结合的方法,研究老泉2017年完整水文年的季节和强降雨期间的水化学动态特征,利用主成分分析法探究季节尺度和强降雨期间老泉水化学组分的主要来源。结果表明：（1）在季节尺度上,受雨水稀释作用的影响,雨季泉水pH、电导率、Ca²⁺、HCO₃^-、Mg²⁺低于旱季;土壤受淋溶作用的影响,泉水K⁺、Na⁺、全Mn、Al³⁺、全Fe浓度雨季高于旱季;水化学变化主要受4个主成分影响,累计贡献率为85.53%,但主导要素是水岩作用及土壤元素流失;（2）强降雨期间,石漠化背景下泉水水化学指标对降雨响应迅速,但在植被不同生长状态下各指标差异明显;典型的两次强降雨过程中水化学变化都主要受4个主成分影响,累计贡献率分别为85.63%和85.40%,但主导要素是农业活动和土壤元素流失;（3）花椒树种植后泉水中NO₃^-、SO₄^2-质量浓度较高,且硫酸和硝酸参与岩溶作用过程并对老泉水质造成重要影响。因此,背斜型岩溶槽谷表层泉水化学特征的监测研究,对于槽谷石漠化治理区水资源高效利用具有重要现实意义。     

秦岭油松林不同坡位土壤CO2、CH4、N2O通量研究

在秦岭南坡火地塘林区天然次生油松林内选取上、中、下3个坡位,采用静态箱-气相色谱法对土壤CO_2、CH_4、N_2O通量进行了1年的监测.结果表明,坡位间土壤质地和水分的差别是引起不同坡位CO_2与N_2O通量差异的主要原因:下坡位土质为壤土,水分适宜,CO_2平均排放量为(156.49±9.72)mg·m~(-2)·h~(-1),CH_4平均吸收量为(77.43±14.27)μg·m~(-2)·h~(-1),都处于3个坡位间最高水平;中坡位土质为粉砂壤土,土壤粒径小,透气性差,CO_2排放量和CH_4吸收量均为3个坡位间的最小值,N_2O平均排放量为(9.57±0.66)μg·m~(-2)·h~(-1),为3个坡位间的最高值,且显著高于上坡位土壤N_2O通量(p0.01);上坡位土质为砂壤土,土壤孔隙度大且地表植被少,N_2O平均排放量为(5.59±0.74)μg·m~(-2)·h~(-1),为3个坡位间的最小值.总体来说,油松林土壤是CO_2、N_2O的排放源,是CH_4的吸收汇.3个坡位CO_2年通量具有明显的季节规律,表现为倒"S"形变化,且与土壤温度显著正相关(p0.01).受冻融循环的影响,N_2O主要在非生长季大量排放;生长季末期,受降雨事件影响,油松林中坡位出现N_2O吸收峰值.生长季上、下坡位CH_4吸收峰值的出现同样伴随着降雨事件的发生,非生长季,中坡位因土壤水分过高而出现短暂的CH_4排放现象.不同坡位土壤温室气体的全球增温潜势(Global Warming Potential,GWP)从大到小依次是上坡位、下坡位和中坡位.     

黔中岩溶地区草地下土壤CO_2含量的变化特征

全球碳循环中,CO_2的未知汇可能是陆地生态系统中某一部分,如土壤。土壤中CO_2的含量是大气的几倍至近百倍,它的吸收与释放将影响大气中的CO_2浓度。岩溶地区占全球陆地面积的1/15。对典型的岩溶地区——黔中某地土壤的CO_2进行了四季及昼夜的采样测定,结果表明,该地地表大气的CO_2含量具有季节变化的特征。土壤气中的CO_2浓度为大气CO_2浓度的几倍至一百多倍;自地表向下,随着土壤深度的增大,CO_2浓度升高。土壤CO_2含量的季节变化及昼夜变化,与土壤中CO_2来源和温度等因子变化有关。     

短时间高强度旅游活动下洞穴空气环境变化特征及其影响因素分析——以绥阳大风洞为例

文章通过对大风洞2017年、2018年十一"黄金周"洞内外温度、CO_2浓度、相对湿度、游客量等为期7天的连续监测,并运用系统分析方法对各个监测指标进行综合分析。结果表明:(1)监测期间,受洞穴通风效应和游客量等的影响,大风洞空气环境要素(温度、湿度、CO_2浓度)呈现明显昼夜变化,表现为白昼夜晚;(2)洞道结构对洞穴空气环境空间变化具有重要影响,表现为神泉玉露洞道结构较夜明珠更为复杂,在2017年、2018年的温度、湿度、CO_2浓度等均要比夜明珠的高;(3)洞外空气环境变化对洞穴通风效应具有重要的影响,表现为降雨导致洞外温度、湿度降低,虚拟温差发生改变,促使气流方向由限制性通风模式向积极性通风模式转变;(4)受气候及游客因素影响,2017年洞内温度、CO_2浓度的昼夜变化特征较2018年更明显,且当游客产生的CO_2浓度大于洞穴空气环境的自净能力时,CO_2会出现累积效应,进而影响洞穴旅游景观及洞穴环境的舒适性,建议景区在进行旅游活动时要充分考虑短时间尺度游客人数高峰期对CO_2的影响及岩溶景观的合理保护。     

喀斯特地区坡地土壤可溶性有机碳的分布特征

以广西喀斯特地区2个不同退化程度的典型坡地作为研究对象,测定了坡地表层和不同地形部位(坡肩、坡背、坡腰和坡脚)剖面土壤可溶性有机碳(DOC)含量和δ13CDOC值,分析了土壤中DOC的迁移变化规律及影响因素.结果表明,DOC含量主要受到有机质输入?地形和土壤质量等因素影响.灌丛坡地表层土壤中DOC含量要高于草丛坡地,2个坡地表层土壤中DOC含量均随坡面向下而升高,与土壤有机碳(SOC)变化呈相反趋势.而在坡地各个地形剖面中,除灌丛坡地的坡肩和坡背2个剖面土壤中DOC含量随土层深度表现出一定的升高趋势,其他剖面中DOC含量均随土层深度增加而降低.灌丛坡地表层土壤中δ13CDOC值变化幅度明显高于草丛坡地,范围在-15.1‰~-22.1‰,与坡地植被和δ13CSOC值变化密切相关;而草丛坡地表层土壤δ13CDOC值范围在-19.98‰~-20.96‰,其变化幅度很小,与土壤δ13CSOC值变化相似,但与地表植被变化关系不明显,表明了DOC来源主要受到SOC的影响;而各个地形剖面中δ13CDOC值变化较为复杂,但灌丛坡地各剖面变化幅度明显高于草丛坡地相应剖面.剖面中有机质分解程度和输入量决定了δ13CDOC值变幅大小,因此土壤剖面中δ13CDOC值随深度变化的趋势,能够很好地反映剖面土壤中DOC迁移转化过程.     

地质封存CO_2泄漏对土壤真菌群落结构影响

以鄂尔多斯二氧化碳地质储存地的土壤和典型植被小麦为研究对象,通过模拟试验,采用PCR-DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis)技术对不同浓度CO_2施加条件下土壤真菌多样性进行了研究。结构表明:土壤CO_2浓度由对照区的990 mg/m~3增加到35 990、71 980、107 970 mg/m~3时,真菌多样性指数(Shannon's method)依次为1.609、1.386、1.609、1.609。随着土壤CO_2浓度升高,Chaetomium sp.(毛壳菌属)等真菌丰度显著降低,990 mg/m~3条件下Pseudallescheria boydii(波氏假阿利什菌)菌种消失;优势菌群Ascobolus crenulatus(粪盘菌科)具有很高的同源性。土壤CO_2浓度升高至107 970 mg/m~3对土壤真菌群落结构有一定影响,但其主要建群种未变;高浓度CO_2对一些真菌生长有刺激作用,对另一些真菌生长有抑制作用甚至会导致土壤真菌遗传基因发生改变;尖端赛多孢子菌Pseudallescheria boydii(波氏假阿利什菌)对CO_2浓度升高反应敏感,可能用于地质封存CO_2泄漏微生物监测与甄别指示菌种。     

内蒙古典型草原季节性冻土区土壤剖面CO2、N2O特征

为了评估放牧对内蒙古典型草原季节性冻土区温室气体产生机制的影响,通过气体原位采集系统对该区土壤剖面不同土层N_2O、CO_2浓度动态变化进行了为期1a的田间原位监测.共设3个处理:1979年以来规划的禁牧(UG79)、1999年以来规划的禁牧(UG99)和持续放牧(CG)小区.结果表明:土壤剖面N_2O、CO_2浓度具有明显的时空分布特征:(1)3个处理不同时期土壤剖面CO_2平均浓度均表现为:生长期冻融期冻结期,且生长期CO_2浓度要远大于冻融期和冻结期;UG79土壤剖面CO_2浓度最高,CG最低;不同土层间CO_2浓度有所差异,具体表现为UG79、UG99:20 cm≥50 cm≥35 cm≥10 cm≥5 cm;CG:50 cm≥35 cm≥20 cm≥10 cm≥5 cm;(2)土壤剖面N_2O浓度时空变化特征则与CO_2不同,UG79、UG99呈现出"单峰型"变化规律,CG为"双峰型"变化规律,即虽然CG在生长期N_2O也有微弱的释放,但3个处理土壤剖面N_2O浓度均在土壤冻融期内急剧增加,其中CG处理土壤剖面N_2O平均浓度最高,与UG79、UG99差异显著(P0.05);不同土层土壤剖面N_2O浓度表现为UG79:20 cm≥50 cm≥35 cm≥10 cm≥5 cm;CG:50 cm≥35 cm≥20 cm≥10 cm≥5 cm;UG99:35 cm≥50 cm≥20 cm≥10 cm≥5 cm.研究得出放牧可以使该区土壤剖面CO_2浓度降低、N_2O浓度升高,这为我国草原季节性冻土区温室气体的准确评估提供了重要的理论支持.     

河南鸡冠洞CO2季节和昼夜变化特征及影响因子比较

岩溶洞穴空气CO_2变化影响次生沉积物沉积和溶蚀,它关系到洞穴旅游景观的稳定性及洞穴环境的舒适性,是岩溶作用发生的关键因素,进行洞穴空气CO_2变化的机制研究对于理解岩溶作用发生规律和现代洞穴合理保护具有重要意义.本文基于对我国南北地理分界区域河南西部鸡冠洞2011年12月至2016年5月近5年连续洞穴CO_2、水文地球化学指标、洞内外温度及湿度、大气降水和游客量等数据监测,并结合2016年5月19~20日洞穴CO_2等指标的昼夜的系统监测,分析了鸡冠洞洞穴空气CO_2时空变化特征和昼夜变化特征及其影响因素,结果表明:1在空间尺度上,越靠近洞口通风效应越强,洞穴空气p CO_2越低,越接近大气的p CO_2;洞穴结构及外界环境变化尤其是气候变化导致的土壤中p CO_2变化也会对鸡冠洞空气p CO_2变化产生影响.2在长时间尺度,鸡冠洞洞穴空气p CO_2夏季明显高于冬季,对比分析发现旅游活动和岩溶作用是其主要的影响因子.3在短时间尺度上(昼夜变化),鸡冠洞洞穴空气p CO_2变化主要受旅游活动的影响,建议景区在进行旅游开发的时候要考虑高峰期游客人数对CO_2的影响及岩溶景观的合理保护.     

喀斯特高原区土壤水分的时空变异分析——以贵州清镇王家寨小流域为例

以贵州喀斯特高原区王家寨峰丛洼地小流域为研究对象,于2005年11月至2006年12月测定了小流域内不同植被的土壤水分年变化,探讨不同植被类型峰丛坡面土壤水分的时空变化规律,并且与同属小流域内的非喀斯特土山进行对比研究。结果表明:各种植被类型的土壤水分年变化趋势大致相同,主要受降雨和蒸散过程的影响,但变化幅度存在差异,次生林和灌木灌丛变化幅度大于非喀斯特土山和稀疏灌草丛。雨后连续晴天各植被土壤水分变化幅度呈相同格局。观测期内土壤水分的动态变化具有明显的季节性,划分为4个阶段:冬季平稳低墒期、春季及夏初蓄水期、夏季及秋初消耗期及秋季及冬初回升期。各植被土壤剖面水分存在差异,次生林、灌木灌丛坡面土壤剖面含水量从表层到深层表现为降低型,稀疏灌草丛、非喀斯特土山则为增加型。同一坡面不同坡位间土壤水分差异不显著,反映了喀斯特地区复杂多变的小生境和其独特的二元结构水文系统。     

喀斯特石漠化治理区土壤CH4和CO2排放研究

本研究采用静态密闭箱-气相色谱法,于2016年12月到2017年11月对重庆市南川石漠化治理示范区4个岩溶碳汇试验区(金银花地JYH、人工造林地杨树林YSL、坡改梯PGT、经济作物花椒林地HJ)及3个对照区(荒地HD、非坡改梯FPGT、弃耕地QGD)的土壤甲烷、二氧化碳的浓度及排放通量进行原位观测,探讨我国南方喀斯特石漠化地区甲烷和二氧化碳浓度分布和时空排放规律,及岩溶区土壤温度、土壤含水率等环境因子对甲烷、二氧化碳排放的影响。结果表明:不同植被类型下土壤CO_2的浓度范围为5 003. 64～19 163. 23 mg/m~3,土壤CH_4的浓度范围为5. 35～7. 46 mg/m~3。土壤CO_2的排放通量具有随季节变化土壤CO_2排放通量随季节明显变化,在一定范围内土壤温度及土壤含水率都与CO_2排放通量呈显著正相关关系。土壤CH_4释放速率没有明显的季节变化规律,在个别月份出现显著变化表现为巨大的源与汇,主要是受到土壤温度、土壤含水率及土壤微生物的共同影响。     

岩溶生态系统中的碳循环特征与碳汇效应

碳酸盐岩是岩溶生态系统的物质基础,而碳酸盐岩的形成过程对大气CO2浓度的降低产生重要的作用,目前地球上99.5%的碳被封存在碳酸盐岩中;岩溶生态系统具有富钙、偏碱性的地球化学背景,制约其碳循环特征:碳酸盐岩是在清洁海洋环境中、以生物化学沉积为特征形成的沉积岩,其酸不溶物含量低,通常小于10%,意味着岩溶区土壤资源短缺,土壤总碳库量偏小,同时石灰土的富钙性导致石灰土缓效性碳库和惰性碳库大,土壤碳库的稳定性提高;土壤资源短缺,植被生长发育受到养分、水分的胁迫,使植被的地上、地下生物量的比例发生变化,岩溶区植被地上/地下生物量的比例可占30%～50%,高于非岩溶区的;岩溶水中的高HCO3-浓度,刺激水生植物的光合作用,并将无机碳转化为有机碳,提高碳迁移过程中的稳定性;本文的目的是根据最近的研究成果,揭示岩溶生态系统中碳酸盐岩-土壤-植被-水中碳赋存的状态和转化过程,提出促进岩溶碳汇效应的技术途径。     

旱季不同土地利用类型下岩溶碳汇效应差异

为研究不同土地利用类型下碳酸盐岩溶蚀对土壤CO2消耗量的差异,在2013年11月至2014年5月选取了柏树湾泉、兰花沟泉和后沟泉这3个岩溶泉进行水化学分析及野外监测.结果表明,在上覆植被为林地的柏树湾泉域,泉水的HCO-3浓度最高,草地与耕地下的兰花沟泉次之,耕地为主的后沟泉最低.柏树湾泉的HCO-3主要来自于碳酸对碳酸盐岩的溶蚀,Ca2++Mg2+与HCO-3的摩尔比接近0.5,而兰花沟泉和后沟泉的HCO-3则主要来源于硫酸和硝酸对碳酸盐岩的溶蚀,Ca2++Mg2+与HCO-3的摩尔比远远大于0.5.柏树湾泉域由于凋落物的输入以及土壤透气性差,土壤CO2更容易溶于下渗水并与碳酸盐岩反应,而兰花沟泉和后沟泉的耕地由于土壤疏松,土壤CO2更容易以土壤呼吸的形式返回到大气中.因此,为准确评估岩溶碳汇作用,需要研究不同土地利用类型下碳酸盐岩对CO2消耗量的差异.     

室内模拟不同因子对岩溶作用与碳循环的影响

为分析岩溶作用及岩溶碳循环的影响因素,设计了6个不同的处理以进行模拟实验.结果表明H2SO4含量、水动力条件以及土壤厚度对岩溶作用及岩溶碳循环具有重要影响.具有相同土壤厚度的3个处理,其Ca2++Mg2+浓度与SO2-4浓度均表现为:B20-2B20-1B20-3,B50-2B50-1B50-3,说明H2SO4的输入导致了岩溶作用增强,并且下渗水水量增加对水化学性质产生了明显的稀释作用.在煤铁残渣输入量及水动力条件相同而土壤厚度不同的条件下,Ca2++Mg2+浓度与SO2-4浓度表现为:B50-1B20-1、B50-2B20-2、B50-3B20-3.这说明较厚的土壤更有利于岩溶作用的进行.另外,由于实验中H2CO3对碳酸盐岩的溶解量贡献较小,岩溶作用对CO2的净消耗量主要取决于H2SO4含量.但B50-2的SO2-4浓度最大,CO2的净消耗量却最高.这可能是由于煤铁残渣向土壤中输入了有机质或其它养分促进了土壤深部CO2的形成,并且B50-2上部较厚的土壤也导致了H2CO3对碳酸盐岩溶解量的贡献增加,因此B50-2的CO2净消耗量也比较高.     

北方典型设施菜地土壤CO2排放特征

为研究我国北方典型设施菜地的土壤CO₂排放特征及其影响因素,通过原位监测手段,研究山东省寿光市农田转变为不同种植年限（6、12 a）设施菜地及设施菜地荒废12 a后土壤CO₂排放规律及影响因素.结果表明:①种植6 a设施菜地较农田具有较高的土壤CO₂排放量,可能是由于设施菜地种植过程中大量施加有机肥造成的,并且设施菜地土壤温度及含水率较高,增加了土壤蔗糖酶活性,加剧土壤CO₂排放.②当种植年限超过10 a,设施菜地施肥量减少,降低了土壤微生物可利用底物的供应.因此,种植12 a设施菜地土壤CO₂排放量降至农田水平.③种植6 a设施菜地土壤的w（DOC）（DOC表示水溶性有机碳）比农田较高.④土壤CO₂排放年内分配不均匀,表现为农田及荒废设施菜地土壤CO₂排放主要集中在5—8月,其排放量占全年的75.09%、87.02%,峰值出现在7月.种植6 a设施菜地土壤CO₂排放主要集中在5—8月和11月—翌年2月,两阶段排放量分别占全年的48.48%、42.34%,峰值分别出现在7月、12月.研究显示,农田转变为设施菜地短期（种植6 a）内可显著促进土壤CO₂排放及DOC的输出,但随着种植年限延长至12 a,土壤CO₂排放降至农田水平.      

土地利用变化对喀斯特水体溶解无机碳、总氮和总磷输出的影响——以贵州普定沙湾模拟试验场为例

耦联水生光合作用的碳酸盐岩风化碳汇是全球碳循环研究的关键问题,生物碳泵效应不仅能够稳定碳酸盐风化碳汇,也有利于改善水环境,而过量输入氮、磷会导致水环境变差。土地利用变化作为全球变化重要内容之一,对流域碳氮磷的输出具有重要影响,但关于土地利用变化对喀斯特水体溶解无机碳、总氮和总磷输出影响的研究有待进一步加强。本研究以贵州普定沙湾喀斯特试验场为研究对象,以研究土地利用变化对水文、水化学、溶解无机碳汇通量、总氮通量和总磷通量的影响。结果表明,流量、径流深、土壤CO₂浓度、pCO₂、HCO^-₃浓度和电导率呈现出夏秋季节高、春冬季节低的变化特征,与pH变化相反。样地间,土壤CO₂浓度、pCO₂、HCO^-₃浓度和电导率表现为草地>灌丛地>农耕地>裸土地>裸岩地,与pH变化相反。参与岩溶作用的土壤CO₂是造成水化学变化的主要原因。溶解无机碳汇通量和总氮通量呈现出夏秋季节高、春冬季节...     

Effects of elevated CO2 concentration and nitrogen supply on biomass and active carbon of freshwater marsh after two growing seasons in Sanjiang Plain, Northeast China

An experiments were carried out with treatments differing in nitrogen supply (0, 5 and 15 g N/m²) and CO₂ levels (350 and 700 μmol/mol) using OTC (open top chamber) equipment to investigate the biomass of Calamagrostis angustifolia and soil active carbon contents after two years. The results showed that elevated CO₂ concentration increased the biomass of C. angustifolia and the magnitude of response varied with each growth period. Elevated CO₂ concentration has increased aboveground biomass by 16.7% and 17.6% during the jointing and heading periods and only 3.5% and 9.4% during dough and maturity periods. The increases in belowground biomass due to CO₂ elevation was 26.5%, 34.0% and 28.7% during the heading, dough and maturity periods, respectively. The responses of biomass to enhanced CO₂ concentrations are differed in N levels. Both the increase of aboveground biomass and belowground biomass were greater under high level of N supply (15 g N/m²). Elevated CO₂ concentration also increased the allocation of biomass and carbon in root. Under elevated CO₂ concentration, the average values of active carbon tended to increase. The increases of soil active soil contents followed the sequence of microbial biomass carbon (10.6%) > dissolved organic carbon (7.5%) > labile oxidable carbon (6.6%) > carbohydrate carbon (4.1%). Stepwise regressions indicated there were significant correlations between the soil active carbon contents and plant biomass. Particularly, microbial biomass carbon, labile oxidable carbon and carbohydrate carbon were found to be correlated with belowground biomass, while dissolved organic carbon has correlation with aboveground biomass. Therefore, increased biomass was regarded as the main driving force for the increase in soil active organic carbon under elevated CO₂ concentration.