黃 芬, 張春來(lái), 楊 慧， 曹建華, 李 為， 周運(yùn)超

(1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，國(guó)土資源部廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004；

2. 聯(lián)合國(guó)教科文組織國(guó)際巖溶研究中心，廣西 桂林 541004； 3. 華中科技大學(xué)，湖北 武漢 430074； 4. 貴州大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550025)

1 研究背景與意義

應(yīng)對(duì)全球氣候變化、CO2溫室氣體處置是國(guó)際社會(huì)關(guān)注的要點(diǎn)，事關(guān)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。2013年9月，IPCC-AR5報(bào)告中認(rèn)為到2100年，地球氣溫將上升1～4.8 ℃，亞熱帶地區(qū)干旱天數(shù)增30天、海平面上升26～82 cm。而最近研究成果顯示，二氧化碳等溫室氣體排放是全球變暖的重要原因[1]，因此，應(yīng)對(duì)全球氣候變化是各國(guó)政府和國(guó)際學(xué)術(shù)界高度關(guān)注的重大課題。

我國(guó)是世界能源消費(fèi)和CO2總排放量第一大國(guó)，碳減排任務(wù)艱巨，責(zé)任重大。我國(guó)政府高度重視CO2減排工作?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》提出的環(huán)境重點(diǎn)領(lǐng)域“全球環(huán)境變化監(jiān)測(cè)與對(duì)策優(yōu)先主題”，重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)“主要行業(yè)CO2、CH4等溫室氣體的排放控制與處置利用技術(shù)，生物固碳技術(shù)及固碳工程技術(shù)”。時(shí)任國(guó)家主席胡錦濤在2007年APEC峰會(huì)上的講話(huà)，明確表明了作為一個(gè)負(fù)責(zé)任大國(guó)必須承擔(dān)國(guó)際義務(wù)的立場(chǎng)和態(tài)度；同年3月，時(shí)任國(guó)家總理溫家寶在全國(guó)人大會(huì)議作政府工作報(bào)告時(shí)，呼吁做出更大努力，平衡中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)，發(fā)展溫室氣體減排和儲(chǔ)存技術(shù)；2007年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》(CNCCP)，確定了在2020年前溫室氣體減排20%的目標(biāo)，并高度重視氣候變化研究及能力建設(shè)。

據(jù)初步估算，我國(guó)巖溶作用凈回收大氣CO2的量可達(dá)1 800萬(wàn)tC/a[2]，但這是僅考慮無(wú)機(jī)過(guò)程的結(jié)果，若綜合考慮地表水體水生植物光合利用DIC形成的有機(jī)碳(與DIC相當(dāng)),以及在水體底部沉積、固定的量(按1/3DIC估算)，則巖溶作用凈回收大氣CO2的量可達(dá)4200萬(wàn)tC/a，這一數(shù)值占1981—2000年間我國(guó)森林碳匯(7 500萬(wàn)tC/a)[3]的56.00%，占土壤碳匯通量(0.04～0.07 Pg C/a)的60%～105%，說(shuō)明我國(guó)巖溶作用在碳循環(huán)中的特殊地位和重要性。但巖溶碳匯要在國(guó)家層面發(fā)揮重要作用，還有一系列的問(wèn)題需要解決，如從流域尺度到區(qū)域尺度巖溶碳循環(huán)的過(guò)程還不十分清楚，巖溶碳匯效應(yīng)的影響因素及機(jī)理仍需進(jìn)一步闡釋?zhuān)瑹o(wú)機(jī)碳與有機(jī)碳在陸地水生生態(tài)系統(tǒng)的遷移和轉(zhuǎn)化工作才剛剛起步，巖溶碳匯的計(jì)算方法精度還需進(jìn)一步提高等。

“中國(guó)巖溶碳匯過(guò)程及效應(yīng)研究”項(xiàng)目系統(tǒng)總結(jié)了流域尺度碳循環(huán)過(guò)程，并重點(diǎn)揭示生物作用對(duì)巖溶碳循環(huán)的影響；研究了水圈二氧化碳的再循環(huán)規(guī)律；評(píng)估了外源水對(duì)巖溶作用的影響程度和促進(jìn)強(qiáng)度；利用數(shù)學(xué)回歸模型估算區(qū)域巖溶碳匯通量，提高由點(diǎn)到面巖溶碳匯通量估算精度，并提出增加巖溶碳匯潛力技術(shù)途徑，為我國(guó)巖溶碳匯通量科學(xué)估算提供支撐。

2 中國(guó)巖溶碳匯過(guò)程與效應(yīng)研究進(jìn)展

2.1 系統(tǒng)總結(jié)了流域尺度巖溶碳循環(huán)的過(guò)程

針對(duì)一個(gè)典型的巖溶流域，巖溶碳循環(huán)過(guò)程可由圖1表示，即巖溶流域碳循環(huán)過(guò)程主要包括3個(gè)部分：碳酸鹽巖溶解、水體中無(wú)機(jī)碳的生成；無(wú)機(jī)碳隨水流的遷移與轉(zhuǎn)化；水生植物對(duì)水體中無(wú)機(jī)碳—有機(jī)碳轉(zhuǎn)化的影響(圖1)。

圖1 巖溶流域碳循環(huán)概念圖

2.2 對(duì)流域巖溶碳循環(huán)過(guò)程及影響因素取得進(jìn)展

流域巖溶碳循環(huán)過(guò)程包括下列3方面：

(1)碳酸鹽巖的溶解、水體中無(wú)機(jī)碳的生成。碳酸鹽巖作為可溶巖，在雨水作用下與碳酸反應(yīng)，生成碳酸氫根和鈣離子，而驅(qū)動(dòng)這一反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力是水及CO2，水主要來(lái)源于雨水，CO2來(lái)源于大氣與植被-土壤。

(2)無(wú)機(jī)碳隨水流的遷移與轉(zhuǎn)化。碳酸鹽巖溶解將大量大氣/土壤CO2轉(zhuǎn)移到水體中，并隨著水流經(jīng)過(guò)巖溶表層帶-飽氣帶(洞穴)-飽水帶(地下河)，隨著水流條件(水溫、水壓和流速等)的變化，水體中部分CO2可溢出水體。

(3)水生植物對(duì)水體中無(wú)機(jī)碳—有機(jī)碳轉(zhuǎn)化。當(dāng)水流從地下河流出地表，成為地表河后，因巖溶水中富含碳，可刺激水生植物的光合作用，從而將水體中的無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)碳，有機(jī)碳一部分在流域內(nèi)沉積，一部分隨水流流出流域。

因此，流域尺度的巖溶碳匯通量包括：在流域中沉積下來(lái)的有機(jī)碳、隨水流流出流域的有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳。

2.2.1 碳酸鹽巖土下溶蝕的證據(jù)

對(duì)桂林毛村石灰土和紅壤土壤剖面CO2濃度和土壤呼吸研究發(fā)現(xiàn)[4]：巖溶區(qū)石灰土的土壤呼吸排放CO2速率明顯低于碎屑巖區(qū)紅壤，巖溶區(qū)土壤呼吸速率的變化幅度為23.12～271.26 mgC/(m2·h)；碎屑巖土壤呼吸速率的變化幅度為51.60～326.28 mgC/(m2·h)，如以年平均值計(jì)算，則巖溶區(qū)土壤呼吸排放CO2的量要比碎屑巖區(qū)紅壤少25.12%(圖2)；巖溶區(qū)石灰土剖面中CO2濃度出現(xiàn)雙向梯度，且水熱條件良好的季節(jié)雙向梯度表現(xiàn)更明顯；而碎屑巖區(qū)紅壤剖面中CO2濃度隨土壤層深部的增加而增加出現(xiàn)單向梯度。如以剖面中CO2濃度的平均值計(jì)算，則巖溶區(qū)石灰土中CO2濃度的變化幅度為0.05%～0.60%，年平均0.25%，而碎屑巖區(qū)紅壤的變化幅度為0.05%～1.09%，年平均0.57%。這意味著巖溶區(qū)土-巖界面石灰?guī)r的溶解消耗吸收土壤下層CO2，即土壤中巖溶作用產(chǎn)生碳匯的過(guò)程。

2.2.2 土壤微生物-碳酸酐酶對(duì)碳酸鹽巖的溶蝕

采集桂林毛村不同土地利用方式下的表層(0～20 cm)土壤樣品，分離篩選出產(chǎn)碳酸酐酶菌株，然后以菌株懸液為材料，進(jìn)行室內(nèi)土柱淋溶實(shí)驗(yàn)，淋溶實(shí)驗(yàn)分細(xì)菌組、真菌組、放線(xiàn)菌組、混合菌組、陰性對(duì)照組 (滅菌不接種)、陽(yáng)性對(duì)照組(不滅菌不接種自然土)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，各處理下淋出液的碳酸酐酶活性在0.20～0.40 U/mL之間，隨后出現(xiàn)逐漸上升-逐漸下降-趨于平穩(wěn)的過(guò)程，細(xì)菌組活性最強(qiáng)；接入菌種的土柱鈣元素的總淋失量都大于陰性對(duì)照組，其中以接種真菌的土柱的淋失量最大，達(dá)到17.3 mg，其次是混合菌種，細(xì)菌次之，放線(xiàn)菌最小(圖3)；淋出液中的碳酸酐酶平均活性與淋出液中Ca2+和Mg2+的總量相關(guān)系數(shù)分別為rCa= 0.858(p=0.142 )，rMg=0.924(p=0.076)，證實(shí)了自然條件下碳酸酐酶對(duì)巖溶作用的促進(jìn)作用[5]。

圖2 桂林毛村巖溶區(qū)石灰土與砂巖區(qū)紅壤土壤呼吸排碳動(dòng)態(tài)對(duì)比

各處理下灰?guī)r試片經(jīng)溶蝕后的掃描電鏡結(jié)果顯示真菌的溶蝕效果最為顯著(圖4)，細(xì)菌次之，放線(xiàn)菌最小。可能原因是真菌可分泌較多的酸性物質(zhì)、CA等酶類(lèi)物質(zhì)及真菌菌絲體的包裹作用促進(jìn)真菌對(duì)石灰?guī)r的溶蝕。

2.2.3 酸雨及土壤厚度對(duì)碳酸鹽巖溶蝕的影響

圖3 不同微生物處理下淋出液碳酸酐酶(CA)活性隨時(shí)間的變化

表1 不同土壤深度對(duì)土壤碳循環(huán)及石灰?guī)r溶解的影響

圖4 電鏡掃描灰?guī)r試片溶蝕效果(2 000倍)

表2 不同程度酸雨對(duì)土壤碳循環(huán)及石灰?guī)r溶解的影響

2.2.4 水體中碳形態(tài)、碳來(lái)源調(diào)查與示蹤

通過(guò)對(duì)桂江流域巖溶碳循環(huán)調(diào)查，不僅揭示巖溶碳循環(huán)對(duì)陸地風(fēng)化產(chǎn)生碳匯的重要地位，還建立了水體中DOC、POC及相關(guān)同位素檢測(cè)的檢測(cè)方法和流程，其中水體中有機(jī)碳同位素制樣裝置獲得實(shí)用型專(zhuān)利。

桂江位于廣西壯族自治區(qū)東北部，為西江支流，全長(zhǎng)438 km, 流域面積18 790 km2, 桂江上游河段, 稱(chēng)大榕江, 主要流經(jīng)非巖溶區(qū); 中游河段, 稱(chēng)漓江, 流經(jīng)河段以石灰?guī)r地層為主; 平樂(lè)縣以下為桂江流域下游，又稱(chēng)撫河, 主要為砂巖地層；對(duì)桂江干流及支流的42個(gè)水樣中的有機(jī)碳、無(wú)機(jī)碳及相關(guān)同位素的檢測(cè)，其結(jié)果顯示：漓江和撫河干流DOC的濃度范圍分別為0.85～1.13 mg/L、0.58～2.05 mg/L，漓江和撫河干流δ13CDOC值的范圍分別為-26.65‰～-22.32‰、-27.80‰～-27.09‰；漓江和撫河干流POC的濃度平均值分別為(0.36±0.06) mg/L、(0.27±0.06) mg/L，漓江和撫河干流δ13CPOC值的平均值分別為(-26.47±0.65)‰、(-29.87±1.32)‰；漓江和撫河干流DIC 的濃度范圍分別為73.2～115.9 mg/L 、61～103.7 mg/L, 整個(gè)流域干流DIC 濃度呈現(xiàn)先逐漸升高, 進(jìn)入非巖溶區(qū)后逐漸降低趨勢(shì)；漓江和撫河干流δ13CDIC值的范圍分別為-11.22‰～-9.86‰、-10.81‰～-10.29‰(圖5)。

圖5 桂江干流、支流DOC、POC濃度及同位素特征

同位素比值表明C3 植物對(duì)桂江水體可溶性有機(jī)碳(DOC)有很大比例的貢獻(xiàn)，且?guī)r溶區(qū)與非巖溶區(qū)有機(jī)碳及無(wú)機(jī)碳同位素值都存在明顯的差別，可以很好地區(qū)分巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)河流中碳的變化，但需結(jié)合河流沿岸地質(zhì)條件和土地利用方式及其他化學(xué)指標(biāo)，才能準(zhǔn)確鑒別不同的碳來(lái)源[7]。

2.2.5 利用數(shù)學(xué)回歸模型估算珠江流域巖溶碳匯通量

在綜合考慮影響巖溶作用及碳匯因素的基礎(chǔ)上，收集已有的數(shù)據(jù)，以典型點(diǎn)的溶蝕速率、年降雨量、土壤呼吸速率和植被初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)建立回歸方程：

(1)

式中：Dr為石灰?guī)r溶蝕速率；Pa為年均降雨量；Rs為土壤呼吸；NPP為凈初級(jí)生產(chǎn)力。

利用該方程，以GIS為研究平臺(tái)，綜合考慮碳酸鹽巖巖性、純度，估算區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖的溶蝕速率的空間分布特征，進(jìn)而換算成巖溶碳匯年通量。巖溶作用產(chǎn)生碳匯通量的估算公式可表達(dá)如下：

FCO2=r·s·a·M1(CO2)/M2(CaCO3)

(2)

式中：FCO2為CO2匯(109g/a)；r為灰?guī)r試塊的溶蝕速率(g/(cm2·a))；a為碳酸鹽巖純度；s為碳酸鹽巖面積(km2)；M1(CO2)為CO2的分子量(44)；M2(CaCO3)為標(biāo)準(zhǔn)試片(融縣組純灰?guī)r，酸不溶物<1%)中礦物CaCO3的分子量(100)。

結(jié)果顯示，珠江流域由于巖溶作用所產(chǎn)生的大氣CO2的碳匯量為1.54×107tCaCO3/a，并折合成純C量為1.85×106tC/a(表3)。

表3 珠江流域巖溶作用產(chǎn)生碳匯通量估算結(jié)果

珠江流域豐水年和枯水年巖溶作用產(chǎn)生的碳匯通量分別為4 439 357 tC·a-1和1 448 077 tC·a-1，由此可見(jiàn)，豐水年巖溶作用產(chǎn)生的碳匯通量是枯水年的3.07倍。

2.3 巖溶碳匯增匯途徑的探索

2.3.1 增加土壤緩效性碳庫(kù)的比例、延長(zhǎng)其周轉(zhuǎn)時(shí)間

應(yīng)用土壤培養(yǎng)法，比較分析了桂林毛村巖溶區(qū)不同土地利用方式(農(nóng)田、灌叢和林地)土壤在25 ℃、黑暗條件下培養(yǎng)90 d有機(jī)碳礦化速率的差異(以90 d累計(jì)釋放的CO2-C計(jì))。農(nóng)田土壤礦化釋放的CO2-C含量分別比灌叢和林地少62.9%及56.6%。利用6 mol/L的HCl酸解法得到惰性碳含量，并利用土壤有機(jī)碳的含量為活性碳庫(kù)、緩效性碳庫(kù)與惰性碳庫(kù)之和的三庫(kù)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程,在SAS8.2軟件中通過(guò)非線(xiàn)性擬合得到3種土地利用方式的活性碳庫(kù)、緩效性碳庫(kù)的大小及其分解速率，計(jì)算得出各庫(kù)駐留時(shí)間。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，4種土地利用類(lèi)型下的土壤有機(jī)碳庫(kù)存在活性碳庫(kù)、緩效性碳庫(kù)和惰性碳庫(kù)。各土地利用方式均為活性碳庫(kù)含量最少，占總有機(jī)碳庫(kù)總量的1.82%～2.71%，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間在8.4～16.3 d之間；緩效性碳庫(kù)占總有機(jī)碳庫(kù)總量的33.91%～45.47%，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為4.8～7.7a之間；惰性碳庫(kù)占有機(jī)碳庫(kù)總量的51.82%～64.01%，平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為假定的1 000 a。延長(zhǎng)緩效性碳庫(kù)周轉(zhuǎn)時(shí)間或增加其碳庫(kù)的比例在一定程度上是提高土壤有機(jī)碳庫(kù)的關(guān)鍵因素[8]。

2.3.2 外源水的輸入可增加巖溶碳匯量

外源水與巖溶水混合后，能降低其SIc(方解石飽和指數(shù))與SId(白云石飽和指數(shù))，不僅有利于水體中碳的穩(wěn)定，同時(shí)提高了水體的侵蝕性，有利于巖溶作用的持續(xù)進(jìn)行，從而提高巖溶區(qū)的碳匯潛力。毛村地下河長(zhǎng)約5.1 km，流域面積約11.2 km2，其中碳酸鹽面積與非碳酸鹽巖面積分別為7.6 km2和3.6 km2。在外源水的參與下，2010年9月至2011年3月從位于地下河流域上游的小龍背到地下河出口，巖溶碳匯通量由2.28×105g增加至2.04×106g(表4)，增加了近10倍，小龍背外源水使流域碳匯每年增加11.8%[9]。

潮田河流域面積為476.34 km2，巖溶區(qū)的面積為162.81 km2，非巖溶區(qū)的面積為303.43 km2，外源水使流域巖溶碳匯每年增加了1.7倍[10]。

表4 枯季外源水流入巖溶區(qū)后增加的碳匯通量

2.3.3 水生植物體光合作用的固碳效應(yīng)

圖6 相同培養(yǎng)條件下加入兩種藻后巖溶水中變化曲線(xiàn)

2.4 人為干預(yù)、增加巖溶碳匯技術(shù)途徑

(1)不同植被類(lèi)型、不同植物品種具有不同的光合作用效率和碳循環(huán)強(qiáng)度，導(dǎo)致碳酸鹽巖溶解消耗CO2的差異；人為干預(yù)的技術(shù)途徑——植物品種選擇、石漠化治理、土地利用管理；

(2)富鈣、偏堿性的巖溶環(huán)境對(duì)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)化、遷移的固碳效應(yīng)產(chǎn)生影響；人為干預(yù)技術(shù)途徑——土壤改良及影響土壤固碳主導(dǎo)因子的保持；

(3)外源水的集中輸入提高巖溶碳匯潛力、酸雨的輸入弱化巖溶碳匯效應(yīng)；人為干預(yù)技術(shù)途徑——查找酸雨來(lái)源及治理、外源水輸入調(diào)查及管理。

人為干預(yù)、增加巖溶碳匯在巖溶系統(tǒng)中關(guān)鍵部位和環(huán)節(jié)，如圖7所示。

圖7 巖溶系統(tǒng)中碳循環(huán)模式及可能的增匯途徑

3 展望與思考

“中國(guó)巖溶碳匯過(guò)程及效應(yīng)研究”項(xiàng)目調(diào)查研究新進(jìn)展，為進(jìn)一步明確巖溶碳匯效應(yīng)對(duì)全球碳循環(huán)的貢獻(xiàn)，尤其為我國(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候變化、努力提高碳匯方面做出地質(zhì)領(lǐng)域貢獻(xiàn)提供了支撐，也為下一步的巖溶地質(zhì)碳匯調(diào)查、監(jiān)測(cè)和研究提出新的方向與展望。

3.1 不同流域尺度巖溶碳匯效應(yīng)估算模型構(gòu)建及轉(zhuǎn)換

針對(duì)一個(gè)特定的流域，巖溶碳循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力主要為CO2和H2O，其碳循環(huán)的強(qiáng)度及碳匯效應(yīng)受到流域內(nèi)4個(gè)要素的影響，地質(zhì)要素、氣候要素、水文要素和生物要素。

地質(zhì)要素：主要為地層巖性，由于碳酸鹽巖與硅酸鹽巖溶解風(fēng)化速率存在數(shù)量級(jí)上的差異，也正因?yàn)槿绱?，碳酸鹽巖溶解的巖溶作用是對(duì)氣候變化、生態(tài)環(huán)境變化響應(yīng)敏感的現(xiàn)代地質(zhì)過(guò)程[14]；流域中硅酸鹽巖的存在，其產(chǎn)生的外源水流經(jīng)碳酸鹽巖區(qū)，可促進(jìn)碳酸鹽巖的進(jìn)一步溶解，增強(qiáng)碳匯效應(yīng)[9]；碳酸鹽巖類(lèi)型、純度高低等均會(huì)影響其溶蝕速率，如純石灰?guī)r的比溶解度是白云巖的2倍[15]，而流域中地層中若存在石膏層時(shí)，則抑制石灰?guī)r的溶解，而促進(jìn)白云巖的溶解[16]，這就要求在流域尺度巖溶碳循環(huán)調(diào)查研究時(shí)，不僅要對(duì)流域巖石類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，統(tǒng)計(jì)分布面積，更要對(duì)巖石的化學(xué)成分進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定；當(dāng)流域中構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，斷層、裂隙和節(jié)理的存在，增加了水巖相互作用，促進(jìn)了碳酸鹽巖的溶解及碳匯產(chǎn)生。

氣候要素：降雨是碳酸鹽巖溶蝕過(guò)程中最為重要的影響因素，降雨直接影響水文和徑流狀況；溫度對(duì)巖溶動(dòng)力系統(tǒng)的影響在很大程度上是通過(guò)生物作用影響其CO2的濃度和遷移速率。在低溫時(shí)生物作用、碳遷移微弱，但有益于CO2在水體中的穩(wěn)定和遷移；在高溫時(shí)生物作用、碳遷移強(qiáng)，但降低CO2在水體中的穩(wěn)定性。

水文要素：(1)水動(dòng)力，碳酸鹽巖溶解是水巖相互作用的一種類(lèi)型，在固相碳酸鹽巖與水界面之間存在著一個(gè)擴(kuò)散邊界層(DBL)[17]。隨著水流流速的加大，其DBL變薄，碳酸鹽巖的溶蝕量增大。(2)水化學(xué)，碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖交互成層地區(qū)，雨水經(jīng)過(guò)碎屑巖形成硬度、pH值較低的外源水，其具有強(qiáng)的侵蝕能力。劉再華[18]在桂林堯山對(duì)外源水的侵蝕能力進(jìn)行了定量研究，表明外源水對(duì)泥盆系融縣組純灰?guī)r的侵蝕速率達(dá)1 000～1 500 mm/ka，是巖溶水侵蝕速率的10～15倍；同時(shí)也證明了流速為20 cm/s、60 cm/s水流對(duì)石灰?guī)r的侵蝕速率是靜水中的2和6倍。

生物要素：生物對(duì)碳酸鹽巖溶蝕起到強(qiáng)烈的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)在植物、微生物新陳代謝產(chǎn)生的高濃度CO2和具侵蝕性的分泌物。野外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均揭示土下碳酸鹽巖溶蝕速率遠(yuǎn)高于地表和空中的侵蝕量，其根本的原因就是土中CO2的濃度是地表空氣中的幾十至幾百倍。

曹建華等[19]的模擬試驗(yàn)結(jié)果揭示了不同植物類(lèi)型條件下，生物活性的差異導(dǎo)致碳酸鹽巖侵蝕量的差異，有豐富根系的喬木-土壤-巖石體系，其碳酸鹽巖侵蝕量是土壤-巖石、草本-土壤-巖石體系中碳酸鹽巖侵蝕量的3.84和2.36倍。

流域尺度巖溶碳匯效應(yīng)估算模型構(gòu)建過(guò)程中，首先要根據(jù)巖溶流域碳循環(huán)過(guò)程，充分考慮以上4個(gè)影響要素，在水文模型的基礎(chǔ)上加入碳素的變遷，增加(生物)化學(xué)過(guò)程。模型構(gòu)建過(guò)程至少需要3個(gè)步驟：巖溶地下水水文模型、水量與水質(zhì)融合模型、水量與動(dòng)態(tài)變化水質(zhì)(生物-化學(xué)反應(yīng))融合的模型。

在此基礎(chǔ)上，比對(duì)不同流域尺度巖溶碳匯效應(yīng)估算模型，實(shí)現(xiàn)空間變換，以期獲得區(qū)域性的巖溶碳匯效應(yīng)估算模型。

3.2 人為干預(yù)、增加巖溶碳匯效應(yīng)技術(shù)方法體系的構(gòu)建

根據(jù)上文論述的巖溶系統(tǒng)中碳循環(huán)模式及可能的增匯途徑，人為干預(yù)、增加巖溶碳匯效應(yīng)技術(shù)方法也主要從驅(qū)動(dòng)巖溶碳循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力水和CO2入手，歸納起來(lái)可有以下4方面：

(1)在水文要素方面，將外源水引入巖溶區(qū)，增強(qiáng)巖溶區(qū)碳酸鹽巖的溶解；

(2) 適宜植物的栽培、生態(tài)恢復(fù)，增強(qiáng)植物-土壤體系碳循環(huán)強(qiáng)度，在生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)增強(qiáng)過(guò)程中，增加巖溶碳匯效應(yīng)；

(3) 土壤改良：有機(jī)氮肥的施用、生物炭的施用及調(diào)控土壤C∶N比,增加微生物活性，乃至增加土層厚度，提高土下巖溶作用過(guò)程、增加碳匯；

(4) 水生植物、尤其沉水植物的篩選，構(gòu)建適宜的水生生態(tài)環(huán)境，提高水體中無(wú)機(jī)碳向有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化和向水底沉積、形成固定的惰性有機(jī)碳，提高巖溶碳匯遷移過(guò)程中的穩(wěn)定性、延長(zhǎng)其在水圈、生物圈滯留的時(shí)間。

提高建立巖溶區(qū)固碳、增匯試驗(yàn)示范，將人為干預(yù)、增加巖溶碳匯通量，實(shí)現(xiàn)可計(jì)算、可報(bào)告、可核查，力求進(jìn)入聯(lián)合國(guó)清潔能源發(fā)展機(jī)制的碳匯項(xiàng)。

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