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立体气候区岩溶水系统碳汇效应对比分析

杨晓艳,  任世川,  柴金龙,  裴捷,  王波,  蔡保新

杨晓艳,任世川,柴金龙,等. 立体气候区岩溶水系统碳汇效应对比分析−以丽江盆地—金沙江岩溶区为例[J]. 中国岩溶,2025,44(4):669-679 doi: 10.11932/karst20250401
引用本文: 杨晓艳,任世川,柴金龙,等. 立体气候区岩溶水系统碳汇效应对比分析−以丽江盆地—金沙江岩溶区为例[J]. 中国岩溶,2025,44(4):669-679 doi: 10.11932/karst20250401
YANG Xiaoyan, REN Shichuan, CHAI Jinlong, PEI Jie, WANG Bo, CAI Baoxin. Comparative analysis of carbon sink effects in karst water systems in three-dimensional climate zones: Taking the Lijiang Basin-the Jinshajiang karst area as an example[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2025, 44(4): 669-679. doi: 10.11932/karst20250401
Citation: YANG Xiaoyan, REN Shichuan, CHAI Jinlong, PEI Jie, WANG Bo, CAI Baoxin. Comparative analysis of carbon sink effects in karst water systems in three-dimensional climate zones: Taking the Lijiang Basin-the Jinshajiang karst area as an example[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2025, 44(4): 669-679. doi: 10.11932/karst20250401

立体气候区岩溶水系统碳汇效应对比分析——以丽江盆地—金沙江岩溶区为例

doi: 10.11932/karst20250401
详细信息
    作者简介:

    杨晓艳(1982-),女,高级工程师,主要从事水工环地质方面的调查研究工作。E-mail:515178059@qq.com

  • 中图分类号: P642.25

Comparative analysis of carbon sink effects in karst water systems in three-dimensional climate zones: Taking the Lijiang Basin-the Jinshajiang karst area as an example

  • 摘要: 为积极应对全球气候变化,助力实现“碳达峰碳中和”的战略目标,近年来,我国地质工作者从多角度证实了岩溶作用在碳汇方面的巨大潜力。其中,岩溶作用影响因素研究是准确计算岩溶碳汇强度的基础条件之一,文章以丽江盆地—金沙江岩溶区同一含水层、土地利用相近、不同高程的多个岩溶泉水作为研究对象,利用水文水化学资料,根据水化学—径流法计算各级地下水系统碳酸盐岩风化消耗CO2质量浓度和碳汇通量,结果表明:立体气候区碳酸盐岩风化消耗CO2质量浓度与海拔呈负相关,即海拔越低,消耗CO2质量浓度越高,且随着海拔的降低,消耗CO2质量浓度的增加幅度有上升的趋势;高寒山区碳酸盐岩风化碳汇通量与海拔呈正相关,即海拔越高,碳汇通量越大,中低海拔区碳汇通量与海拔呈负相关,即海拔越低,碳汇通量越大,且有增幅上升趋势,上升幅度小于消耗CO2质量浓度。说明立体气候区海拔的差异引起岩溶环境(温度、降水、风化作用、植被类型、土壤厚度等)的不同,进而影响岩溶的发育过程,是岩溶作用和碳汇效应差异的主要因素,人为改造外部环境(如地形、植被和土壤)是可以改变岩溶碳汇强度的。该研究为准确评估岩溶碳汇强度提供了地质依据,对认识全球碳循环机制、推动“碳达峰碳中和”目标的实现具有重要意义。

     

  • 图  1  研究区立体气候特征对比图

    Figure  1.  Comparison of stereoscopic climate characteristics in the study area

    图  2  研究区三级岩溶地下水系统垂向分布示意图

    1.第四系 2.三叠系 3.二叠系 4.泥盆系 5.石炭系 6.玄武岩 7.冲、洪、湖积 8.碳酸盐岩 9.砂岩 10.断层或地质界线 11.地下水径流方向 12.地下水排泄(泉)点

    Figure  2.  Vertical distribution of the tertiary karst groundwater system in the study area

    Note:1.quaternary system 2.triassic system 3.permian system 4.devonian system 5.carboniferous system 6.basalt 7.alluvial,diluvial,and lacustrine deposits 8.carbonate rocks 9.standstone 10.fault or geological boundary 11.groundwater flow direction 12.groundwater discharge point(spring)

    图  3  研究区三级岩溶水系统海拔高程与风化碳汇对比图

    注:碳汇能量单位:t∙km−2·a−1;消耗CO2质量浓度单位:mg∙L−1;泉口海拔单位:m(取负)。

    Figure  3.  Comparison of elevation and weathering carbon sink of tertiary karst water system in the study area

    图  4  研究区三级岩溶水系统泉口海拔高程与水温对比图

    Figure  4.  Comparison of spring entrance elevation and water temperature in the tertiary karst water system in the study area

    表  1  研究区不同高程气象站气象要素特征值对比表

    Table  1.   Comparison of characteristic values of meteorological elements in weather stations at different altitude in the study area

    站名 高程/m 多年年均气温/ ℃ 多年年均降水量/mm 多年平均蒸发量/mm 多年平均相对湿度/%
    云杉坪 3240.0 5.4 1587.5 966.1 82.0
    玉湖植物园 2750.0 9.7 1107.6 1417.7 68.0
    丽 江 2415.9 13.2 970.7 1799.3 62.0
    大 具 1730.0 17.0 600.0 2177.1 55.0
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    表  2  研究区植物垂直分带表

    Table  2.   Vertical zoning of plants in the study area

    海拔/m 垂直带/m 自然植被和代表性植物
    ≥5000 5000 为终年雪线 冰雪堆积区
    4300~5000 4300~4500 为季节性雪线,
    4800~5000 为现代雪线
    凤毛菊、绿绒蒿、流石滩疏生植被
    3900~4300 冷杉林、红杉林、杜鹃灌丛、蒿草地
    3100~3900 3900 为林带线 铁杉林、云杉林、冷杉林、红杉林、槭树林
    2000~3100 3100 为夏季云雾线 云南松林、高山松、高山栲林
    ≤2000 稀树灌丛草坡,山黄麻、黄茅、栌菊木等
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    表  3  玉龙雪山土壤种类及分布情况

    Table  3.   Soil species and distribution in Yulong Snow Mountain

    土类 亚类 海拔和主要植被类型
    燥红土 燥红土 金沙江边2 000 m以下,山黄麻、黄茅等稀树草坡
    红壤 褐红壤 2000~3000 m, 云南松林、高山松林
    红壤
    黄红壤
    暗红壤
    黄棕壤 黄棕壤 2200~2800 m,高山栲等常绿阔叶林
    棕壤 棕壤 2700~3200 m,铁杉、桦、槭等针阔叶混交林
    暗棕壤 暗棕壤 3200~3800 m, 云杉、冷杉等针叶林
    草甸暗棕壤
    漂灰土 漂灰土 3800~4300 m,冷杉、冷杉等针叶林
    泥炭漂灰土
    高山草甸土 高山草甸土 3500~4200 m,杜鹃、柳、蒿草、羊茅、马蹄等黄草甸
    亚高山灌丛草甸土
    高山寒漠土 高山寒漠土 4500~5000 m,凤毛菊、绿绒蒿、流石滩疏生植被
    石灰(岩)土 黑色石灰土 不受海拔限制,在石灰岩上发育,
    小果垂枝柏林、黄背栎林、矮刺栎灌木丛
    红色石灰土
    沼泽土 腐殖质沼泽土 高中山、亚高山苔草、马蹄黄、大黄等
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    表  4  研究区三级岩溶地下水系统类型划分及特征一览表

    Table  4.   Classification and characteristics of the tertiary karst groundwater system in the study area

    分级 岩溶类型 岩溶发育特征 地下水特征 植被 备注
    泉水高程/m 分水岭高程/m 泉域系统特征
    一级 高寒山区岩溶 上部 冻融风化强烈,化学风化弱,岩溶形态少见 3000~3200 3600~4000 泉水数量多,以表层岩溶泉为主,汇水面积小,地下水埋深浅,以风化裂隙为主要赋存运移空间,沟谷边缘水力坡度陡,流速快;洼地边缘水力坡度较陡,流速
    较快
    发育,以原始森林和次生林为主 代表泉点3个,以简单管引
    为主
    下部 冻融风化较强烈,化学风化较弱,岩溶形态
    少见
    2700~2900 3100~3500 泉水数量多,以表层岩溶泉为主,汇水面积小,地下水埋深浅,以风化裂隙为主要赋存运移空间,夷平面上水力坡度较缓,流速较慢;斜坡上水力坡度较陡,流速较快 较发育至发育,以次生林和人工林为主 代表泉点3个,以简单管引
    为主
    二级 温带夷平
    面岩溶
    冻融风化和化学风化均较强,小型漏斗、落水洞等垂直岩溶形态较发育 2300~2500 3000~3300 是研究区较为复杂多变的一级地下水系统,泉水数量多,表层泉和岩溶大泉均较发育,汇水面积小至中等,地下水埋深差异较大,风化裂隙与小规模溶蚀管道共同组成地下水赋存运移空间,夷平面和山坡上水力坡度较陡,流速较快,盆地边缘水力坡度较缓,流速多较缓慢 较发育,以次生林和人工林为主 代表泉点10个,蓄水池、管引结合开发,部分泉口封闭
    三级 亚热带峡
    谷岩溶
    补给区小型洼地、漏斗、落水洞等垂直岩溶形态发育;径流区和排泄区以侵蚀为主,岩溶一般发育 1800~2000 2800~3100 泉水数量较少,以岩溶大泉和地下河为主,汇水面积中等至较大,系统特征最为复杂,地下水深埋,径流途径长,上游裂隙网络与小型管道并存,地下水流态、流速复杂;下游以管道系统为主,水力坡度陡,流速快 中上游较好,下游较差至中等,以人工林、灌木林为主,平缓区域多为耕地 代表泉点3个,开发成景区,泉口可见
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    表  5  研究区岩溶泉水主要水文特征和碳汇效应结果一览表

    Table  5.   List of main hydrological characteristics and carbon sink effects of karst spring water in the study area

    分级 名称 泉口海拔
    /m
    分水岭
    海拔/m
    汇水面积
    /km2
    泉流量
    /L∙s−1
    水温
    /℃
    HCO$_3^- $
    /mg∙L−1
    ρ(CO2)
    /mg∙L−1
    Cm
    /t∙km−2·a−1
    长观
    点
    一级岩溶
    水系统
    上部 东山下泉 3088 3765 2.02 10.03 10.8 179.59 64.77 32.61 否
    东山中泉 3158 3658 1.36 5.82 10.8 166.98 60.22 30.32 否
    文海泉 3127 3902 2.38 57.95 10.2 188.09 67.83 34.16 是
    下部 吉子下泉 2880 3180 1.80 14.69 12.8 189.55 68.36 33.72 否
    吉子上泉 2927 3220 4.20 27.70 12.2 183.41 66.15 32.62 否
    文峰寺泉 2721 3468 2.15 31.24 11.3 168.58 60.80 30.61 是
    二级岩溶
    水系统
    圣泉 2530 3634 2.98 145.13 13.6 178.13 64.24 31.68 否
    南尧泉 2462 2766 1.07 3.90 13.4 246.67 88.96 34.93 否
    老巴课泉 2464 2928 1.41 23.52 13.9 176.53 63.66 23.17 是
    达瓦泉 2498 2820 1.00 2.72 13.9 244.16 88.06 43.43 否
    大莱泉 2396 2980 4.34 20.79 13.9 190.10 68.56 33.81 否
    三元泉 2381 2854 2.28 12.62 14.1 208.01 75.02 37.00 否
    寿南1泉 2378 3213 3.15 130.00 14.6 227.94 82.21 40.54 否
    寿南2泉 2400 2640 0.79 3.68 14.8 221.72 79.96 39.44 否
    山庄泉 2371 2860 1.07 10.39 13.6 214.2 77.25 38.10 否
    九鼎龙潭 2445 3139 12.55 426.47 15.6 200.06 72.15 35.59 是
    三级岩溶
    水系统
    青龙潭 1865 2845 6.67 103.20 18.0 199.65 72.00 35.51 是
    三股水泉 1871 3134 371.54 2084.40 17.7 352.98 127.30 64.10 否
    石榴泉 2246 2876 6.29 148.18 16.6 224.24 80.87 31.75 是
    注:二级地下水系统中泉水因开发利用给测试带来一定影响,水温测试结果可能与实际有一定误差。
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    表  6  同级系统岩溶泉水风化消耗CO2质量浓度影响因素对比

    Table  6.   Comparison of influencing factors of CO2 mass concentration consumed by weathering for karst spring water in the same level system

    对比泉水名称 风化消耗CO2
    质量浓度差/%
    水力坡度差
    /%
    地下水埋深
    对比
    泉口温度差
    / ℃
    泉口海拔差
    /m
    运移空间
    对比
    青龙潭与三股水泉 −76.8 731.5 浅 0.3 −6 简单
    东山下泉与文海泉 −4.7 35.6 基本相同 0.6 39 基本相同
    文峰寺泉与吉子下泉 −12.4 124 深 −1.5 −159 基本相同
    大莱泉与寿南2泉 −16.6 62.1 深 −0.8 −4 基本相同
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-02-10
  • 录用日期:  2024-12-02
  • 修回日期:  2024-09-20
  • 网络出版日期:  2025-11-07
  • 刊出日期:  2025-08-25

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