岩溶地下河流域水循环方式的降水效应

岩溶水中锶元素来源于碳酸盐岩地层的溶解,其浓度受地层岩性及地下水径流条件的控制.通过对贵州荔波板寨地下河流域微量元素锶的水文地球化学特征分析,发现在纯碳酸盐岩流域范围内,岩溶水中锶浓度只受控于地下水径流条件,因而Ca/Sr值能良好的示踪岩溶区地下水循环.在本文中,以Ca/Sr值为判别依据,将板寨地下河流域7个水样点划分...     

贵州典型岩溶流域水循环驱动的岩溶碳汇通量及其主控因素分析

利用高分辨率水文水化学自动记录仪,对地处湿润亚热带季风气候条件下的贵州省黔南峰丛洼地区的板寨和黄后,以及位于黔中高原面上丘原区的后寨3个岩溶流域进行了为期6年半(2007年5月至2013年10月)的连续监测。结合流域出口水中主要化学组分的野外滴定与室内分析实验,建立了水中碳酸氢根、钙和镁等主要离子与电导率之间的线性相关关系,进而获得了高时间分辨率的水中CO_2分压、方解石饱和指数和岩溶碳汇通量等指标。数据统计分析发现:(1)板寨、黄后和后寨岩溶流域的多年平均岩溶碳汇通量分别为29、33和39 t-CO_2km~(-2)·a~(-1);(2)岩溶流域出口水中碳酸氢根离子具有化学稳定性行为,流量是流域岩溶碳汇通量的主控因子。     

茂兰岩溶森林的生态服务研究

脆弱的岩溶地区是我国关键生态区之一,文章针对西南岩溶地区最具典型的、保存最完好的、原始的茂兰岩溶森林生态系统服务进行了定量的研究。茂兰森林生态系统的生态效益(包括气候调节、干扰调节、水分调节、水分供给、侵蚀控制、土壤形成、营养循环、废物处理、生物控制)价值为48921932.95＄/a,经济效益(包括食物生产、原材料和基因源)价值为989823.62＄/a,社会效益(包括娱乐、文化)价值为100987.95＄/a。     

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.     

湿润亚热带典型白云岩流域不同土地利用下的试片溶蚀速率及岩溶碳汇

土地利用对石灰岩溶蚀速率的影响已有较多研究报道,但白云岩溶蚀速率对于土地利用的响应研究却罕见相关报道.因此,探究不同土地利用对白云岩溶蚀速率的影响具有一定的意义,并可为评估白云岩地区的岩溶碳汇效应积累基础数据.本文以湿润亚热带典型白云岩小流域——贵州施秉黄洲河白云岩小流域为研究区,利用白云岩溶蚀试片对流域内不同土地利用...     

清水江流域岩石风化特征及其碳汇效应

岩石风化产生的碳汇是全球碳循环的重要组成部分,文中对清水江流域主要离子组成进行分析测定,通过主成分分析、化学物质平衡法和扣除法估算流域岩石风化速率及对大气CO_2的消耗量.结果表明,流域河水溶质主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩风化,并以碳酸盐岩风化为主.碳酸盐、硅酸盐、大气CO_2对河水溶质的贡献率分别为58.28%、17.38%、17.74%.流域岩石化学风化速率为109.97 t·(km~2·a)~(-1),与乌江接近,高于全球流域均值.流域岩石风化对大气CO_2的消耗通量为7.25×10~5mol·(km~2·a)~(-1),岩石风化对大气CO_2的消耗量为12.45×10~9mol·a~(-1),其中,碳酸盐岩风化消耗量占63.13%,为7.86×10~9mol·a~(-1),硅酸盐岩风化消耗量占36.87%,为4.59×10~9mol·a~(-1).SO_4~(2-)、F~-、NO_3~-的相关分析及空间分布特征表明,人为活动对清水江流域河水溶质的影响不容忽视,其贡献率为4.87%.     

降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征——以桂林毛村地下河为例

2010年6月13日至6月17日期间,对桂林毛村岩溶地下河出口HCO3-与流量对降雨的响应进行了高分辨率的监测,实时监测降雨量和地下河出口河水水位、水温、pH值、电导率、重碳酸根,结合计算地下河水方解石饱和指数(SIc)与二氧化碳分压(pCO2)的基础上,分析了降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征.相关数据表明,(1)岩溶...     

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。     

石羊河流域地下水循环的同位素和地球化学演化特征

石羊河流域是我国水资源开发程度最高的内陆河流域之一,是干旱区典型的水资源脆弱带,其生态环境问题日益严重,因此,研究石羊河流域地下水循环和地球化学演化规律具有重要意义.本研究从祁连山顶到红崖山水库沿径流剖面采集水样,对降水、地表水和地下水的水化学及同位素δ18O、δD进行分析,以揭示地下水的补给、径流和排泄规律.结果表明,地下水径流系统在向下游输送的过程中不断接受河流的渗漏补给和农田灌溉入渗补给,通过河床溢流、人工开采的形式排泄,盆地平原区地下水以垂向运动为主.盆地下游是地下水的主要排泄区,盆地北端地下水随基底抬升而上升溢出,转化为地表水排出.流域地下水从上游到下游矿化度逐渐升高,溶解性总固体(TDS)值在131 ～1750mg·L-1之间;水化学类型从HCO3--SO42--Ca2+-Mg2+型逐渐转化为SO42--HCO3-Mg2+-Ca2+型,呈现明显的分带特征.     

黄土区典型小流域矿物化学风化及碳汇效应

黄土中蕴含了巨大的碳库,黄土中碳的转移对区域乃至全球碳循环具有重要影响。本文选择山西省临县一典型黄土小流域青凉寺沟流域进行调查分析,研究黄土水的化学特征及离子来源,分析黄土矿物的溶蚀过程及碳汇效应,并利用正演模型和水化学方法估算不同矿物的离子贡献比例及流域碳汇通量。结果发现,研究区黄土化学成分的含量由高到低依次为SiO_2、Al_2O_3、CaO、Fe_2O_3、MgO、K_2O、Na_2O,表现出贫SiO_2、Fe_2O_3,富CaO、MgO的特点;黄土水的pH呈中性偏碱,阴离子主要以HCO_3~-为主,阳离子以Na~+为主,水化学类型为重碳酸-钠型(HCO_3~--Na~+),水化学组成与黄土的化学组成相对应;流域内不同端元离子来源贡献计算结果表明,大气沉降、人类输入、蒸发盐矿物、硅酸盐矿物和碳酸盐矿物化学风化贡献的溶解物质分别占总溶解物质的1. 66%、6. 32%、10. 38%、62. 23%、19. 31%;黄土区长时间的水-矿物作用是硅酸盐矿物溶解贡献占主导的主要原因,阳离子置换反应、土壤-盐分浸出与蒸发以及人类输入对硅酸盐矿物溶解也有一定的贡献;受黄土区相对低温少雨的影响,黄土矿物的平均化学风化速率较低,为9. 31 t/(km~2·a),低于全球岩石的化学风化速率平均值36 t/(km~2·a),但是其消耗大气CO_2的速率较高,约为6. 34 t CO_2/(km2·a),明显高于同纬度三川河岩溶流域的碳汇速率(5. 28 t CO_2/(km~2·a));利用水化学径流法计算的青凉寺沟黄土小流域的矿物化学风化的大气CO_2消耗量为0. 18×10~4t/a,为中国黄土区大气CO_2消耗量的估算提供基础数据。     

喀斯特常绿与落叶阔叶混交林过去50年来的碳循环模拟

通过对Forest-DNDC模型的植被和土壤参数本地化校准,以气象插值数据为输入,模拟了贵州省普定县高原型喀斯特次生常绿与落叶阔叶混交林1965~2014年的土壤、植被和生态系统碳循环特征。结果表明,与冷模拟和实测值相比,参数本地化校准后的模型能更准确地模拟春、秋、冬3个季节的土壤呼吸动态,而模拟的夏季土壤呼吸偏小;但统计检验指出,参数修订后的Forest-DNDC模型能够较好地模拟喀斯特森林土壤呼吸,降低了模拟误差,可用于喀斯特常绿与落叶阔叶混交林碳动态的模拟。进一步分析发现,1965~2014年喀斯特森林的碳通量除模拟早期的前3~4年急剧增加之外,随后总初级生产力(GPP)保持相对稳定,植物呼吸(Rplant)和生态系统呼吸(R_(ecosystem))随着森林发育而增加,土壤呼吸(R_(soil))减少,植被净初级生产力(NPP)呈迅速减小趋势;净生态系统碳交换量(NEE)亦较迅速下降,在2013年达到最低值-0.17 t C/ha,喀斯特森林由碳汇变为弱碳源。相关分析表明,年均温度和年降水对喀斯特常绿与落叶阔叶混交林的GPP和R_(soil)没有显著影响,但却显著影响NPP、R_(plant)、R_(ecosystem)和NEE。     

印江槽谷型喀斯特地区植被碳储量及固碳潜力研究

以印江槽谷型喀斯特石漠化地区11种植被类型(人工纯林、人工混交林、天然纯林、天然混交林、疏林、竹林、经果林、灌木林、石山地、宜林地、草地)为研究对象,分析了植被碳储量的空间分布格局,并对区域植被固碳速率、碳储量进行了估算,并预测了理论最大固碳潜力。结果表明:印江研究区植被碳储量空间分布为,乔木层(25.06 t/hm²) > 灌木层(3.51 t/hm²) > 草本层(1.10 t/hm²),其平均固碳速率为10.63 t/(hm²·a),植被碳储量为172.23×10³ t,植被理论最大固碳潜力为94.02 t/hm²。研究结果对于评价和估计印江槽谷型喀斯特石漠化地区森林的碳汇功能,以及提高碳储量有重要意义。     

贵州茂兰喀斯特森林不同演替下土壤真核微生物多样性

真核微生物是茂兰喀斯特森林土壤微生物中的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量流动中扮演着重要角色.为了解茂兰喀斯特森林不同演替阶段下土壤真核微生物群落组成及其多样性,利用18S rDNA高通量测序技术研究了原生林(YSL)、灌木林(GML)、灌木丛(GMC)和草地(CD)这4种演替阶段下土壤真核微生物群落多样性.结果表明,在不同分类水平下,不同演替阶段土壤真核微生物群落组成相似.α多样性指数存在显著差异, Shannon指数与Simpson指数在不同演替阶段表现为:YSL>GMC>GML>CD. NMDS分析表明不同演替阶段土壤真核微生物群落结构存在差异; LEfSe分析表明,YSL中差异指示种数量高于GML、GML和CD.本研究结果为研究不同演替阶段下土壤真核微生物提供了理论基础.     

中国南方喀斯特地区碳循环研究进展

中国南方喀斯特地区碳循环路径与过程基本清晰,与其他陆地生态系统明显不同,呈现出鲜明的区域特色:雨热同季、地质构造背景与碳酸盐岩可溶性的耦合,导致碳酸盐岩中大量封存的碳重新进入生态系统碳的循环;二元三维结构中地下空间CO_2具体动态变化性,可视为次级碳库,影响生态系统碳的循环过程;陆生植物、水生植物均有利用HCO_3~-碳源进行光合作用的新途径;发现了碳酸盐岩快速的风化作用与水生植物生物碳泵的耦合机制,喀斯特作用碳汇效应得以确证。但是,中国南方喀斯特地区碳循环的研究还存在明显不足:喀斯特作用碳汇量的估算受到气候变化、土地利用变化的正负机制、外源酸等多因素的挑战,还具有很大的不确定性;植被、土壤与岩石、地下空间次级碳库、大气、大气降水存在复杂的多界面作用过程,碳的通量及迁移转化机制仍不明确。未来研究应重视:针对喀斯特地区特点的新研究方法、技术的研发;喀斯特关键带理念的统领;联网长期观测;模型的集成与创新。     

茂兰喀斯特森林演替阶段不同小生境的小气候特征

探讨了茂兰喀斯特森林不同演替阶段群落不同小生境的气温、湿度、光照强度和土壤温度的目变化特征,结果表明：各演替群落内大气温度和光照强度随演替逐渐降低,且降幅趋缓;空气相对湿度却随着群落演替而逐渐升高,但变幅减缓;5～20cm土壤温度随演替进展逐渐降低,随着土层深度的增加土温亦呈下降趋势且降温幅度减缓。以乔木林的生态环境和...     

贵州茂兰峰丛森林洼地泥沙堆积速率的~(137)Cs示踪研究

选择黔南峰丛洼地区的茂兰自然保护区的坡格森林洼地典型小流域,进行了泥沙堆积的137Cs示踪研究。(1)坡格森林洼地底部的土壤剖面属于农耕地剖面。(2)受岩土分布、微地形和土壤异质性的影响,137Cs初始沉降后的再分布不均匀,137Cs面积活度变异系数为1.54。相同组成特征的地块内部样点137Cs面积活度变异系数变化为0.36～0.54,变异相对较小。但137Cs面积活度不能表征土壤侵蚀状况。(3)典型沉积剖面B-1的单一137Cs峰值浓度出现在14～16cm,高浓度137Cs均匀分布深度小于当地犁耕层厚度20cm,说明1963年以来坡格森林洼地的堆积速率接近于0。     

我国典型陆地生态系统固碳重要区范围界定

全球变暖已成为当今最主要的全球性环境问题之一,建立固碳重要区也是应对全球气候变化的重要途径之一.根据我国陆地生态系统现状以及固碳相关的最新研究结果和政府文件,以森林、草地生态系统为主要研究对象,采用GIS空间叠置分析方法,界定我国典型陆地生态系统固碳重要区(注:涉及“全国”的各要素范围均未包含港澳台地区)的空间范围.研究结果:固碳重要区评价指标体系包括生态系统碳储量、碳汇和固碳潜力3个核心因子,界定过程包括界定范围选择、固碳高值区识别、固碳重要区范围确定和分区命名等步骤.在全国尺度界定了森林、草地两大类共计20个固碳重要区,总面积285.6×104 km2.其中,森林生态系统固碳重要区主要分布在我国东北部、西南部的深山区和东南部的山地丘陵,草地生态系统固碳重要区主要分布在内蒙古高原中东部、新疆西北部山地和青藏高原东南部.固碳重要区面积占全国国土总面积的29.8%,所提供的NPP(净初级生产力)量占全国NPP总量的40.7%,固碳能力是全国平均水平的1.37倍.固碳重要区范围界定结果符合“以较小面积获取较大服务”原则,适于作为我国实现碳减排目标的优先保护区域.      

茂兰喀斯特植被演替中土壤微生物量碳氮研究

选取茂兰自然保护区4种植被类型(原生林、次生林、灌木林和草地),采集0～15 cm的表层土样,探讨了土壤微生物量碳(Bc)、土壤微生物量氮(BN)的变化特征及其与土壤理化特性之间的关系.研究发现:(1)样区内生态系统在正向演替中(草地→灌木林→次生林→原生林),Bc、BN含量总体表现为逐渐增大,并且冬季最高,夏季最低,...     

典型岩溶土壤微生物丰度与多样性及其对碳循环的指示意义

探讨土壤微生物指标的变化规律,用于揭示其在岩溶土壤碳循环中的指示意义.以桂林岩溶试验场洼地、坡地和垭口这3种岩溶地貌形态下的剖面(0~10、10~20、20~30cm)土壤为研究对象,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCRDGGE)和荧光定量PCR相结合的方法,分析这个典型岩溶土壤剖面中的微生物多样性和丰度变化.数据显示,16S rRNA最高丰度出现在洼地,为1.32×1011拷贝·g-1,而18S rRNA最高丰度出现在垭口,为1.12×1010拷贝·g-1;洼地和垭口剖面的16S rRNA丰度随着深度的增加而降低,3种岩溶地貌形态的18S rRNA丰度均随着剖面深度的增加而降低,与土壤有机碳质量分数的变化趋势一致.但是,在3种岩溶地貌形态中,3个16S rRNA和6个18S rRNA的多样性指数均随土壤剖面深度的增加而增大.由于16S rRNA和18S rRNA的多样性与丰度和土壤有机碳之间总体上表现出相反的变化趋势,说明微生物丰度指标在土壤碳循环中的指示意义比微生物多样性指数更重要.