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本研究以最能体现喀斯特景观特点和岩溶过程十分复杂的西南喀斯特景观为研究对象,在深入研究喀斯特景观特点的基础上,运用景观地球化学及相关学科原理与方法,从喀斯特景观的自身结构特征及整体效应角度,探索西南喀斯特湿热条件下CO2-C的迁移及埋藏机制,为深入认识全球陆地碳循环,特别是喀斯特碳循环过程奠定基础。主要研究结论如下:
(1)西南喀斯特景观物质组成、结构与演化的特殊性
西南喀斯特景观主要由裂隙发育且可溶的碳酸盐岩、不连续分布的碳酸盐岩覆土及植被构成,形成了特有的纵向岩-气结构、岩-土-气结构、岩-土-生-气结构、岩-水-气结构和岩-水-土-生-气结构。独特的蜂窝状岩体、地表形态的破碎性、景观结构演化的快速性、生态恢复的困难性、物质分布的不连续性、局域系统的封闭性等,成为西南喀斯特景观的典型特征。在内外地质营力及人类活动的影响下,西南喀斯特景观还明显地表现出表层物质元素既向岩体内转移,喀斯特石漠化发展迅速,地表崎岖化和生境复杂化,聚落景观工程景观快速扩张,森林、灌丛、草地、农田景观减少较快,水域景观空间变化迅速等演化趋势。西南喀斯特景观物质组成、结构与演化的特殊性,决定了其具有与其他岩石基质景观明显不同的CO2-C的迁移过程与存储机制。
(2)西南喀斯特景观CO2-C迁移与存储机理
西南喀斯特景观可溶性碳酸盐岩,为大气CO2-C的转移提供了物质载体,崎岖的地表、特别发育的岩缝/裂隙和溶洞、充沛的降水为大气CO2-C向岩体内的溶洞/岩缝内部提供优越的转移通道和存储空间。在西南喀斯特景观的岩体中,若干封闭性较好的溶洞/岩缝形成了存储CO2-C的“气袋”或“气泡”；即便是半开放的溶洞/岩缝也具备CO2-C的存储功能,内部CO2浓度远高于同地区的大气CO2浓度。其具体迁移与存储机理可分别从岩-气结构、岩-土-气结构、岩-土-生-气结构、岩-水-气结构和岩-水-土-生-气结构进行研究和认识。
(3)西南喀斯特景观中的碳库
主要由降水和岩溶过程引起的大气、土壤、植被CO2向溶洞/岩缝中转移并封存,使得喀斯特景观还具有其他景观之外的另一个碳库-溶洞/岩缝碳库,至此,西南喀斯特景观共有五个碳库:即碳酸盐岩碳库、喀斯特土壤碳库、喀斯特生物碳库、喀斯特水体碳库和喀斯特溶洞/岩缝碳库。本研究据已有相关研究成果及取近似值对部分碳库进行了初步估算,结果为碳酸盐岩碳库(成岩过程中的固碳)存量在1.2×107亿吨碳以上,植物碳汇为2054.60-1972.74万t/a,由大气或土壤进入溶洞或岩缝的CO2约为3301×108t/a,云贵高原60多个主要的湖泊水库CO2-C储量达930.9 t,西南喀斯特河流CO2-C碳库储量高达3.036×107t,西南喀斯特地下水中的CO2-C贮存总量4962.009×107t。石漠化使西南喀斯特碳汇能力至少降低510.97-592.29万t/a,2009-2010年西南大旱造成了喀斯特地区湖泊/水库约620.6 t的碳排放。对于因各种因素局限难以开展大量监测工作,目前难以估算的西南喀斯特土壤碳库,本研究提出了相关估算思路和方法。这些估算结果初步表明,中国西南喀斯特景观在全球陆地碳循环中具有非常重要的作用和意义。