混合岩溶流域碳酸盐岩溶蚀速率与岩溶碳汇——以漓江流域上游为例

孙平安; 肖琼; 郭永丽; 苗迎; 王奇岗; 章程

doi:10.11932/karst20210509

混合岩溶流域碳酸盐岩溶蚀速率与岩溶碳汇——以漓江流域上游为例

doi: 10.11932/karst20210509

孙平安^{1, 2},
肖琼¹,
郭永丽¹,
苗迎¹,
王奇岗¹,
章程¹

1.
中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室，广西桂林 541004
2.
中国地质大学（武汉）生物地质和环境地质国家重点实验室，湖北武汉 430074

基金项目:

对发展中国家科技援助项目 KY201802009

中国地质调查项目 DD20190022

中国科学院国际合作局国际伙伴计划项目 132852KYSB20170029-01

广西自然科学基金项目 2018GXNSFDA050002

详细信息

作者简介:
孙平安（1986—），男，博士，助理研究员，主要从事岩溶环境与碳循环、水文地球化学研究。E-mail: safesun@163.com。

中图分类号: P642.25
计量
- 文章访问数: 1565
- HTML浏览量: 1232
- PDF下载量: 80
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2021-03-30
- 发布日期: 2021-10-25
- 刊出日期: 2021-10-25

Carbonate dissolution rate and karst carbon sink in mixed carbonate and silicate terrain：Take the upper reaches of the Lijiang river basin as an example

1.
Institute of Karst Geology，CAGS/Key Laboratory of Karst Dynamics，MNR & GZAR， Guilin， Guangxi 541004， China
2.
State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology，School of Environmental Studies，China University of Geosciences（Wuhan），Wuhan，Hubei 430074， China

Funds:

KY201802009

DD20190022

132852KYSB20170029-01

2018GXNSFDA050002

摘要

摘要: 碳酸盐岩矿物的化学风化速率要显著高于硅酸盐岩矿物，碳酸盐岩和硅酸盐岩混合流域中碳酸盐岩矿物风化对河流水化学的贡献占主导。为研究混合岩溶流域碳酸盐岩风化及岩溶碳汇特征，在漓江流域上游大溶江、小溶江、灵渠3个混合岩溶流域选取了24个点放置标准溶蚀试片并测试对应的土壤理化性质。基于雨季和全年试片溶蚀量和土壤理化特征，分析试片溶蚀量的主控因素及季节差异，定量评估大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度。结果表明：空中试片溶蚀量主要受控于降雨，植被会部分遮挡降雨，使试片溶蚀量显著下降，而地表和土下碳酸盐岩溶蚀受降雨和水文过程共同控制；雨季碳酸盐岩溶蚀更快，空中试片溶蚀量主要受控于降雨，而地表和土下试片主要受控于土壤水分的变化；基于溶蚀试片法，大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度分别为0.75、0.30和2.92 tC⋅km^-2 ⋅yr^-1。
- 混合岩溶流域 /
- 溶蚀试片法 /
- 溶蚀速率 /
- 碳汇强度 /
- 漓江流域
Abstract: The chemical weathering of carbonates is faster than silicates， and the contribution of carbonate mineral weathering to river water chemistry is dominant in the mixed carbonate and silicate terrain. In order to study the characteristics of carbonate weathering and karst carbon sink in the mixed carbonate and silicate terrain， 24 standard dissolution samples were placed at the Darongjiang river， the Xiaorongjiang river and Lingqu basins in the upper reaches of the Lijiang river basin and the physical and chemical properties of the corresponding soil were tested. Based on the dissolution amounts and soil physical and chemical characteristics during the rainy season and the whole year，the main controlling factors and seasonal differences of the dissolution amounts are analyzed， and the intensities of karst carbon sink in Darongjiang river， Xiaorongjiang river and Lingqu basins are quantitatively evaluated. The results show that the dissolution amounts of aerial samples are mainly controlled by rainfall. While the dissolution amounts decreased significantly when the vegetation partly blocks the rainfall， the surface and subsoil dissolution amounts are controlled by both rainfall and hydrological processes. The dissolution rate is bigger in rainy season， and the aerial samples are mainly controlled by rainfall， while the surface and subsoil samples are mainly controlled by soil moisture changes. Based on the dissolution of carbonate tablet， the karst carbon sink intensities in the the Darongjiang river， the Xiaorongjiang river and Lingqu basins are respectively 0.75，0.30 and 2.92 tC⋅km^-2⋅yr^-1.
- mixed carbonate and silicate terrain /
- dissolution carbonate tablet method /
- dissolution rate /
- karst carbon sink /
- Lijiang river basin
注释:

1) 孙平安，肖琼，郭永丽，等.混合岩溶流域碳酸盐岩溶蚀速率与岩溶碳汇：以漓江流域上游为例［J］.中国岩溶，2021，40（5）：825-834.

2)

HTML

图 1 研究区概况和溶蚀试片点位置示意图

Figure 1. Sketch map of the study area and test tablet sites

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 不同地质背景土壤pH(a)、TOC(b)、TIC(c)和TN(d)分布图

Figure 2. Distribution of soil pH (a), TOC (b), TIC (c) and TN (d) in different strata

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 不同地质背景土壤粒径分布图

Figure 3. Distribution of grain size in different strata

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 不同地质背景土壤体积含水率(a)、温度(b)、CO₂浓度(c)和电导率(d)分布图

Figure 4. Distribution of soil volumetric moisture content (a), temperature (b), concentration of CO₂ (c) and specific conductance (d) in different strata

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 流域南北部（a）和不同覆盖条件（b）试片溶蚀量对比图

Figure 5. Comparison of dissolution amounts for north and south (a) and different cover conditions (b)

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 不同地质背景雨季（a）和全年（b）试片溶蚀量分布图

Figure 6. Distribution of dissolution amount in rainy season (a) and whole year (b) in different strata

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 试片溶蚀量与土壤参数相关系数表

Table 1. Correlation analysis of dissolution amount of test tablets and soil parameters

试片溶蚀量		雨季试片溶蚀量				全年试片溶蚀量				体积含水率	土温	CO₂浓度	电导率
试片溶蚀量		空中	地表	土下20 cm	土下50 cm	空中	地表	土下20 cm	土下50 cm	体积含水率	土温	CO₂浓度	电导率
雨季	空中	1
	地表	0.55**	1							0.42*	-0.44*	0.13	-0.44*
	土下20 cm	0.44*	0.86**	1						0.20	-0.45*	-0.10	-0.46*
	土下50 cm	0.37	0.89**	0.89**	1					0.32	-0.59**	-0.06	-0.44*
全年	空中	0.48*	0.51*	0.46*	0.38	1
	地表	0.35	0.65**	0.49*	0.56**	0.23	1			-0.39	-0.43*	-0.37	-0.55*
	土下20 cm	-0.03	0.45*	0.61**	0.65**	0.13	0.48*	1		-0.02	-0.18	-0.14	-0.22
	土下50 cm	-0.17	0.38	0.53*	0.61**	0.03	0.30	0.91**	1	0.06	-0.32	-0.33	-0.34

注：**，P<0.01；*，P<0.05。

下载: 导出CSV

表 2 雨季和全年试片溶蚀量

Table 2. Dissolution amounts of test tablet in rainy season and whole year

试片点	雨季试片溶蚀量/mg⋅yr^-1				全年试片溶蚀量/mg⋅yr^-1
试片点	空中	地表	土下20 cm	土下50 cm	空中	地表	土下20 cm	土下50 cm
DR01-02	68.7±19.7	648.6±46.5	494.7±52.7	901.3±20.1	57.7±5.4	282.1±76.3	323.1±26.7	501.1±55.5
DR03-04	69.5±4.5	293.9±48.2	343.9±53.6	597.3±80.0	39.2	253.9±48.1	273.7±102.3	431.0±14.8
DR05-06	117.1±25.9	378.3±46.8	247.8±3.9	604.9±87.5	/	/	/	/
DR07-08	101.6±5.4	175.6±16.2	221.8±46.9	157.9±46.2	/	156.4±24.6	104.6±27.5	156.7±42.7
DR09-10	77.2±34.5	288.1±27.0	329.7±41.3	380.4±40.4	50.7	131.7±39.9	120.9±80.9	192.9±2.8
DR11-12	44.3±7.5	141.0±47.4	174.1±31.4	/	26.0	131.1±22.1	62.0±21.1	/
DR13-14	112.0	665.2±25.0	836.5±83.7	1 032.7±38.0	73.8	218.2±51.6	257.6±39.0	343.6±71.3
DR15-16	54.6±32.2	262.6±22.2	378.8±13.3	429.9±62.3	81.1	160.0±30.1	267.4±38.8	413.8±78.4
DR17-18	29.8±27.0	199.7±52.5	347.0±38.0	546.9±24.0	/	74.3±28.9	265.1±118.7	552.5±78.4
DR19-20	43.5±14.5	202.3±47.2	340.1±23.6	529.8±35.9	57.9±28.9	260.2±97.4	315.1±59.9	404.7±50.9
DR21-22	56.9±15.6	255.3±37.4	186.3±59.7	329.3±33.5	57.4±19.5	181.3±10.4	133.7±47.1	307.6±42.3
DR23-24	35.2±15.3	217.9±40.9	299.6±37.2	562.2±53.9	37.7±27.4	149.1±48.6	203.2±36.8	366.0±13.8
DR25-26	41.3±29.0	70.6±22.1	83.6±6.7	211.0±98.1	/	/	/	/
DR27-28	27.6±11.3	447.9	439.2±61.8	682.2±8.6	48.2±20.0	242.2±31.4	297.2±49.1	481.9±49.9
DR29-30	49.4±42.0	209.5±13.2	258.9±6.9	415.8±48.2	34.5	130.6±28.6	252.1±45.8	350.6±6.8
DR31-32	62.2±3.2	/	212.8±9.0	427.4±224.3	77.9	228.1±32.4	142.0±10.2	216.2±4.6
DR33-34	63.4±16.7	311.4±100.6	258.7±39.4	372.6±56.6	34.5	270.3±50.4	153.5±24.6	236.4±69.1
DR35-36	41.2±21.8	130.0±5.6	223.7±41.6	359.8±36.5	31.5	123.6±14.9	282.3±12.1	359.8±7.5
DR37-38	54.1±16.3	117.7±44.8	327.9±105.3	333.5±33.0	43.1±35.8	105.5±15.3	300.2±8.0	524.8±88.9
DR39-40	41.8±16.7	236.9±20.6	300.5±30.1	433.5±80.6	27.6±5.5	278.4±46.5	317.2±48.9	412.3±24.5
DR41-42	52.4±6.5	393.5±33.1	394.2±46.1	502.5±52.8	47.2	211.9±58.6	267.8±69.4	436.2±58.2
DR43-44	29.0±4.0	24.0±8.3	13.9±5.7	18.7±5.2	39.2±1.2	36.0±6.0	8.6±3.0	9.3±0.3
DR45-46	39.8±23.8	126.5±14.1	208.5±1.5	337.5±12.5	49.8	200.9±34.0	198.8±21.0	292.2±33.3
DR47-48	22.6±5.5	50.6±11.7	89.8±0.4	239.8±50.5	40.7	30.6±4.6	142.4±4.6	263.8±33.5

注：A±B表示平均值±标准差；“/”表示无数据。

下载: 导出CSV

表 3 土下试片平均溶蚀量与土壤参数相关系数表

Table 3. Correlation analysis of the average dissolution amount of test tablets under soil and soil parameters

	雨季试片溶蚀量	全年试片溶蚀量	体积含水率	土温	CO₂浓度	电导率	TOC	TIC	TN	pH	黏粒	粉粒	沙粒
雨季试片溶蚀量	1
全年试片溶蚀量	0.68**	1
体积含水率	0.05	0.22	1
土温	-0.55**	-0.26	0.06	1
CO₂浓度	-0.18	-0.26	-0.05	0.25	1
电导率	-0.51*	-0.36	0.24	0.71**	0.28	1
TOC	0.22	-0.36	-0.46*	-0.40	-0.11	-0.32	1
TIC	-0.46*	-0.60**	0.12	0.19	0.12	0.36	-0.05	1
TN	0.14	-0.30	-0.31	-0.30	-0.14	-0.21	0.89**	0.03	1
pH	-0.28	-0.28	-0.08	0.56**	0.30	0.72**	-0.07	0.16	-0.13	1
黏粒	-0.45*	-0.23	0.33	0.52**	0.54**	0.41*	-0.54**	0.02	-0.50*	0.27	1
粉粒	-0.48*	-0.16	0.43*	0.62**	0.34	0.47*	-0.66**	0.09	-0.57**	0.24	0.91**	1
沙粒	0.48*	0.18	-0.42*	-0.61**	-0.38	-0.47*	0.65**	-0.08	0.57**	-0.25	-0.94**	-1.00**	1

注：**，P<0.01；*，P<0.05。

下载: 导出CSV

参考文献(31)

袁道先. 碳循环与全球岩溶［J］. 第四纪研究， 1993， 1（1）： 1-6.

刘再华. 碳酸盐岩岩溶作用对大气CO2沉降的贡献［J］. 中国岩溶， 2000， 19（4）： 293-300.

何师意，康志强，李清艳，等. 高分辨率实时监测技术在岩溶碳汇估算中的应用：以板寨地下河监测站为例［J］. 气候变化研究进展， 2011， 7（3）： 157-161.

MeybeckM. Global chemical weathering of surficial rocks estimated from river dissolved loads［J］. American Journal of Science， 1987， 287（5）： 401-428.

GaillardetJ， DupréB， LouvatP， et al. Global silicate weathering and CO2 consumption rates deduced from the chemistry of large rivers［J］. Chemical Geology， 1999， 159（1）： 3-30.

GombertP. Role of karstic dissolution in global carbon cycle ［J］. Global and Planetary Change， 2002， 33（1）： 177-184.

LiuZ， DreybrodtW， WangH. A new direction in effective accounting for the atmospheric CO2 budget： Considering the combined action of carbonate dissolution， the global water cycle and photosynthetic uptake of DIC by aquatic organisms［J］. Earth-Science Reviews， 2010， 99（3-4）： 162-172.

MartinJ B. Carbonate minerals in the global carbon cycle［J］. Chemical Geology， 2017， 449： 58-72.

LiH， WangS， BaiX， et al. Spatiotemporal distribution and national measurement of the global carbonate carbon sink［J］. Science of the Total Environment， 2018， 643： 157-170.

李朝君，王世杰，白晓永，等. 全球主要河流流域碳酸盐岩风化碳汇评估［J］. 地理学报， 2019， 74（7）： 1319-1332.

李汇文，王世杰，白晓永，等. 中国石灰岩化学风化碳汇时空演变特征分析［J］. 中国科学：地球科学， 2019， 49（6）： 986-1003.

覃小群，蒙荣国，莫日生. 土地覆盖对岩溶地下河碳汇的影响：以广西打狗河流域为例［J］. 中国岩溶， 2011， 30（4）： 372-378.

曾思博，蒋勇军. 土地利用对岩溶作用碳汇的影响研究综述［J］. 中国岩溶， 2016， 35（2）： 153-163.

JiangY， YuanD， ZhangC， et al. Impact of land use change on groundwater quality in a typical karst watershed of southwest China［J］. Hydrogeology Journal， 2008， 16（4）： 727-735.

ZhaoM， ZengC， LiuZ， et al. Effect of different land use/land cover on karst hydrogeochemistry： A paired catchment study of Chengqi and Dengzhanhe， Puding， Guizhou， SW China［J］. Journal of Hydrology， 2010， 388（1-2）： 121-130.

章程. 不同土地利用土下溶蚀速率季节性差异及其影响因素：以重庆金佛山为例［J］. 地质论评， 2010， 56（1）： 136-140.

章程. 不同土地利用下的岩溶作用强度及其碳汇效应［J］. 科学通报， 2011， 56（26）： 2174-2180.

王文娟，蓝芙宁，蒋忠诚，等. 湖南大龙洞流域不同岩性不同土地利用类型下碳酸盐岩试片的溶蚀速率［J］. 中国岩溶， 2013， 32（1）： 29-33.

LanF， QinX， JiangZ， et al. Influence of land use/land cover on hydrogeochemical indexes of karst groundwater in the Dagouhe Basin， Southwest China［J］. Clean-Soil，Air，Water， 2015， 43（5）： 683-689.

JacobsonA D， BlumJ D， ChamberlainC P， et al. Climatic and tectonic controls on chemical weathering in the New Zealand Southern Alps［J］. Geochimica et Cosmochimica Acta， 2003， 67（1）： 29-46.

BlumJ D， GazisC A， JacobsonA D， et al. Carbonate versus silicate weathering in the Raikhot watershed within the High Himalayan Crystalline Series［J］.Geology， 1998， 26： 411-414.

孙平安，于奭，莫付珍，等. 不同地质背景下河流水化学特征及影响因素研究：以广西大溶江、灵渠流域为例［J］. 环境科学， 2016， 37（1）： 123-131.

SunP， HeS， YuS， et al. Dynamics in riverine inorganic and organic carbon based on carbonate weathering coupled with aquatic photosynthesis in a karst catchment， Southwest China ［J］. Water Research， 2021， 189： 116658.

孙平安，李秀存，于奭，等.酸雨溶蚀碳酸盐岩的源汇效应分析：以广西典型岩溶区为例［J］. 中国岩溶， 2017，36（1）： 101-108.

蒋忠诚，蒋小珍，雷明堂. 运用GIS和溶蚀试验数据估算中国岩溶区大气CO2的汇［J］. 中国岩溶， 2000，19（3）： 212-217.

刘再华. 大气CO2两个重要的汇［J］. 科学通报， 2000， 45（21）： 2348-2351.

原雅琼，何师意，于奭，等. 柳江流域柳州断面水化学特征及无机碳汇通量分析［J］. 环境科学， 2015， 36（7）： 2437-2445.

YuS， DuW， SunP， et al. Study on the hydrochemistry character and carbon sink in the middle and upper reaches of the Xijiang River basin， China［J］. Environmental Earth Sciences， 2015， 74： 997-1005.

袁道先，覃政教，黄桂强，等. 西南岩溶石山地区重大地质环境问题及对策研究［M］. 北京：科技出版社， 2014： 522.

陈燕丽，莫建飞，莫伟华，等. 近30年广西喀斯特地区石漠化时空演变［J］. 广西科学， 2018， 25（5）： 625-631.

LiuZ， MacphersonG L， GrovesG， et al. Large and active CO2 uptake by coupled carbonate weathering［J］. Earth-Science Reviews， 2018， 182： 42-49.

施引文献

资源附件(0)

访问统计