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岩溶关键带土壤—洞穴系统CO2运移的时空变化——以河南鸡冠洞为例

施晓 杨琰 李一冬 田宁 叶枝茂 李建仓 段军伟

施晓, 杨琰, 李一冬, 田宁, 叶枝茂, 李建仓, 段军伟. 岩溶关键带土壤—洞穴系统CO2运移的时空变化——以河南鸡冠洞为例[J]. 中国岩溶, 2021, 40(4): 580-591.
引用本文: 施晓, 杨琰, 李一冬, 田宁, 叶枝茂, 李建仓, 段军伟. 岩溶关键带土壤—洞穴系统CO2运移的时空变化——以河南鸡冠洞为例[J]. 中国岩溶, 2021, 40(4): 580-591.
SHI Xiao, YANG Yan, LI Yidong, TIAN Ning, Ye Zhimao, LI Jiancang, DUAN Junwei. Analysis of temporal and spatial variations of CO2 migration in the soil cave system in karst critical zone:A case study of Jiguan cave, western Henan[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2021, 40(4): 580-591.
Citation: SHI Xiao, YANG Yan, LI Yidong, TIAN Ning, Ye Zhimao, LI Jiancang, DUAN Junwei. Analysis of temporal and spatial variations of CO2 migration in the soil cave system in karst critical zone:A case study of Jiguan cave, western Henan[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2021, 40(4): 580-591.

岩溶关键带土壤—洞穴系统CO2运移的时空变化——以河南鸡冠洞为例

基金项目: 国家自然科学基金项目(41877450;41672160)

Analysis of temporal and spatial variations of CO2 migration in the soil cave system in karst critical zone:A case study of Jiguan cave, western Henan

  • 摘要: 为了了解豫西鸡冠洞岩溶区不同尺度下水-土-气的中CO2的变化特征,探究CO2在岩溶关键带系统的运移关系,2019年5月至2020年10月,利用固态传感器对河南鸡冠洞上覆土壤取样点进行高时间分辨率监测,每隔15 min采集一次数据。结合每月采集洞内空气CO2浓度数据、每月测定洞穴水水化学指标数据及每月监测的降水、气温数据进行全面系统地分析。结果表明:①土壤CO2浓度、洞内空气CO2浓度和洞穴水水化学指标具有明显的季节性变化特征,均表现为夏秋高冬春低;②土壤CO2浓度在昼夜尺度下,白天高于夜晚,夏季的昼夜差值最大,冬季的昼夜差值最小,且昼夜变化滞后气温、土温变化约6 h;③洞内CO2浓度变化、洞穴水离子浓度和水化学指标在昼夜变化上具有同步性;④强降雨条件下(单场降雨量为42.2mm),土壤水分和土壤温度能及时响应降雨变化,而土壤CO2浓度对降雨的响应滞后2 h。洞穴水、洞穴CO2浓度对降雨的响应与土壤CO2具有相似性;⑤基于月均值的土壤CO2浓度与土壤温度、土壤湿度的相关系数分别为0.67、0.031。垂直方向上,CO2浓度变化依次为土壤>洞穴>空气。昼夜尺度上,土壤CO2浓度变化滞后于气温、土壤温度变化,其原因是受上覆植被光合作用强度影响。CO2在洞穴水运移中以脱气沉积为主,补给洞内空气CO2浓度。在强降雨过程中,土壤CO2浓度变化受控土壤的温度和湿度;而在更长时间尺度上,土壤CO2浓度变化更多地受土壤温度影响,土壤湿度对其影响较小。

     

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