基于GIS的農(nóng)業(yè)活動(dòng)和城市化影響下西南地巖溶作用碳匯通量估算.pdf

1、隨著全球氣候變暖焦點(diǎn)問題關(guān)注度的提升，各界對(duì)溫室氣體的增匯減排也做出不同的努力。碳匯的研究更成為應(yīng)對(duì)全球變暖的熱點(diǎn)，尤其是面積廣闊的巖溶區(qū)巖溶作用過程產(chǎn)生的碳匯效應(yīng)備受關(guān)注。巖溶作用過程中以溶解無機(jī)碳(DIC)的形式消耗大氣或者土壤中的CO2。有研究表明，碳酸鹽巖溶解產(chǎn)生的DIC并不只是簡單來自于空氣或土壤中的CO2，隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市化的發(fā)展，人們?cè)谏鐣?huì)生產(chǎn)、生活中引入的非碳酸物質(zhì)，比如硝酸和硫酸也可以溶解碳酸鹽巖，增加DIC含量，

2、但是這種形式的溶蝕不消耗空氣、土壤CO2，因此對(duì)于碳酸鹽巖溶蝕產(chǎn)生CO2匯的精確計(jì)算，可以為全球碳循環(huán)模型理論的進(jìn)一步完善提供幫助。
　　 本文以受農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響比較強(qiáng)烈的青木關(guān)地下河流域和受城市化進(jìn)程影響較大的南山老龍洞地下河流域?yàn)檠芯看睃c(diǎn)，以西南巖溶區(qū)為面研究區(qū)域，利用水化學(xué)流量法和標(biāo)準(zhǔn)溶蝕試片法，結(jié)合穩(wěn)定同位素，揭示巖溶作用特點(diǎn)及人類活動(dòng)對(duì)巖溶作用碳匯的影響。利用自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取高分辨率的HCO3-和流量數(shù)據(jù)，探討影

3、響碳匯的因素;利用2010-2012年的水化學(xué)和δ13CDIC，定量分析人類活動(dòng)對(duì)巖溶作用碳匯的影響。以ArcGIS為平臺(tái)，依托GIS的空間分析功能，獲取西南地區(qū)巖溶類型和土地利用類型數(shù)據(jù)，估算整個(gè)西南巖溶區(qū)的碳匯;由典型代表點(diǎn)的研究，推算巖溶作用的凈碳匯強(qiáng)度，并以點(diǎn)及面，構(gòu)建區(qū)域尺度凈碳匯模型。
　　 對(duì)以上目的研究，得出幾個(gè)主要結(jié)論:對(duì)青木關(guān)和南山點(diǎn)研究區(qū)每月野外實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)分析得到HCO3-與EC呈良好的線性正相關(guān)關(guān)系。從獲

4、取高精度的HCO3-和流量數(shù)據(jù)，計(jì)算出青木關(guān)流域平均每年產(chǎn)生HCO3-總通量為2214.37×104mol/a，單位面積產(chǎn)生HCO3-強(qiáng)度為194.24×104mol/km2·a。南山老龍洞流域大約每年產(chǎn)生HCO3-總通量為1503.1×104mol/a，單位面積產(chǎn)生HCO3-強(qiáng)度為119.29×104mol/km2·a。
　　 不同土地利用方式土下溶蝕速率具有時(shí)間和空間的差異。時(shí)間上具有季節(jié)變化性，整體上是夏季溶蝕速率＞秋季溶

5、蝕速率＞春季溶蝕速率＞冬季溶蝕速率，而土下垂直空間沒有很明顯的規(guī)律性。不同土地類型之間，青木關(guān)林地(64.15t/kkm2·a)＞水田(58.22t/km2·a)＞旱地(56.09t/km2·a)＞草地(36.73t/km2·a)，西南區(qū)域其余點(diǎn)的土下溶蝕速率也具有相似的規(guī)律。
　　 青木關(guān)和南山地下水的Ca2十、Mg2+和HCO3-濃度以及δ13CDIC同位素相關(guān)關(guān)系，證實(shí)了人類活動(dòng)或者酸雨引入的硝酸和硫酸會(huì)增加碳酸鹽巖的溶蝕

6、量，但是不吸收土壤或者大氣CO2。青木關(guān)由碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC通量平均值為14.5×106mol/a，凈CO2匯319t/a，折合凈碳匯量為87t/a，與標(biāo)準(zhǔn)溶蝕試片法計(jì)算出的303.28t/a接近。南山每年由碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC總通量約為8.57×106mol，單位面積土地上碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC強(qiáng)度大約為6.803×105mol/km2·a;硝酸和硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC總通量為6.459×106mol/a

7、，巖溶作用產(chǎn)生的凈CO2匯大約為188.57t/a，單位面積土地上硝酸硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC強(qiáng)度大約為0.5127×106mol/km2·a。
　　 由青木關(guān)和南山兩個(gè)研究點(diǎn)水化學(xué)定量分析結(jié)果，碳酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC占地下水總DIC通量的均值63.07％，硝酸和硫酸溶蝕碳酸鹽巖產(chǎn)生的DIC濃度占地下河總DIC濃度的比平均為36.63％。63.07％這個(gè)比例作為參數(shù)推到西南片區(qū)，建立區(qū)域尺度人類活動(dòng)影響下的凈碳匯模型: