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岩溶地质作用进行过程中依靠岩溶地下水中溶解无机碳(DIC)的形式消耗大气当中的CO2,并通过水生植物光合作用的形式转化为有机体,这一过程是比较迅速的,是伴随着岩溶地下水在表层带的运移和水化学的变化而进行的;地下水流域的岩溶作用要受到表层岩溶带水文地质地质背景、气象气候和人类活的的影响,具体表现为岩溶地下水水化学及其碳汇效应对表层岩溶带环境变化响应的敏感性。而流域岩溶作用进行的快慢,可以用流域CO2通量的形式进行表示。
水房泉是典型的亚高山表层岩溶泉流域类型,所处的地理环境较为原始。人类活动以旅游活动为主,泉水水化学变化在年尺度、季节尺度和降雨条件下的变化和对环境的响应较为明显,并受到人类旅游活动和水生藻类的影响。这一特定的研究区域对于研究岩溶地质作用碳汇效应对环境响应的敏感性来说较为典型,并且由于流域面积较小和人类影响相对较少,有利于野外试验的进行。
本文采用对水房泉水体的取样、实时监测、溶蚀试片试验、土壤CO2含量测定和流域碳稳定同位素样品的采集,从不同时间尺度和影响因素入手,揭示了流域水化学变化及其岩溶碳汇敏感性特征。主要研究区间从2010年5月至2011年6月。现场测定包括水温(T)、电导(Ec)、pH值、溶解氧(DO)和Ca2+、HCO3-等:野外进行溶蚀试片实验和每月测定土壤CO2含量,实验室内分析水体阴阳离子浓度、碳稳定同位素值和流域土壤理化性质。每月搜集整理的自动监测数据包括CDTP300测定的水温(T)、电导(Ec)、pH值、水位和气象站记录的气温和降雨量。
对水房泉水化学的动态监测还做到了降雨过程的响应、以及出口水池藻类影响下的昼夜变化。针对流域三种不同的土地利用类型(林地、草地、灌丛),对三种地类的试片溶蚀量和土壤CO2含量以及土壤理化性质都进行了研究。
通过以上研究,主要得出以下结论:水房泉属于典型的喀斯特表层岩溶泉,水化学季节变化,各离子均表现出秋、冬季较高,夏季最低的趋势,泉水Ca2+、HCO3-和土壤CO2最大值间存任时间上的滞后。
降雨条件下水房泉水化学参数响应较为迅速,降雨过程中CO2效应较为明显,引起水体PCO2和Ca2+、HCO3-离子的升高,增加了水中无机碳汇。
利用泉口水化学和流量以及水房泉泉口2010年6月～2011年5月的自动监测数据,计算了该水文年泉口排泄流量和泉口CO2吸收量分别为:55778.61m3和2945.11kg。利用标准试片法计算得到水房泉流域溶蚀速率为146.4mg.m-2.d-1,因岩溶作用所消耗的CO2为29.64t/a,年c02通量为22.8t/a/km2,年碳通量为6.21tC/a/km2。
试片溶蚀量表现为林地>草地>灌丛,夏季溶蚀量>秋季溶蚀量>春季溶蚀量>冬季溶蚀量:试片溶蚀量与土壤理化指标和土壤CO2含量有一定的相关性,土壤CO2变化,不同土地利用类型和土壤不同深度有所差异,从土地利用类型角度来看:林地>灌丛>草地;从季节角度看:夏季>秋季>春季>冬季:土泉水δ13CDIC变化范围-9.7‰～-14.65‰受到流域土壤CO2含量、土壤微生物活性的影响而具有夏季偏负冬季较为偏正的变化。流域土壤有机δ13C和主要植被有机δ13C(-27.31‰～-24.77‰)均符合C3植被-土壤系统值标准;土壤越深,土壤有机δ13C值越正,土壤有机质含量越少。