论文部分内容阅读
碳酸盐岩是全球最大的碳库,在岩溶作用的过程中,一方面由于碳酸盐岩的溶溶解于水中从大气圈吸收CO2;另一方面由于水生生物的光合作用产生有机质将水体中的碳酸氢根固定下来,这构成了全球碳循环系统中源汇关系不可忽视的一部分。在岩溶动力系统中,水圈作为连接岩石圈、大气圈、生物圈界面的桥梁。以水圈为中心的地球化学研究,研究系统中的化学风化侵蚀过程、上地壳的平均化学和同位素组成,以及化学元素在系统中迁移循环过程,已经受到越来越多的研究者的重视。 本文以经过二十余年的自然植被恢复后的丫吉试验场为基础,通过对试验场S31与S54出口泉多项水化学指标的特性分析,说明了场区经过自然恢复后DIC来源的变化及影响因子,得出了以下主要认识和结论: 1.研究区水文地球化学特征受岩溶水文地质条件的制约: 丫吉岩溶试验场水化学类型的特征:S31与S54泉的水化学类型主要为HCO3-Ca型,泉水中Ca2+与HCO3-离子浓度占总离子的90%以上,其主要影响因子为区域岩性特征。 丫吉岩溶试验场碳酸盐的溶解-沉淀平衡是控制其出口泉水化学稳定性的主导因素。通过对pCO2与SIc的计算得出泉水中的方解石都处于饱和与过饱和状态,S54泉的pCO2与SIc均大于同一时期的S31号泉的相应指标。表明表层岩溶带岩溶动力作用较强,随着水循环的进行,水体通过CO2的脱气作用促进CaCO3的固相沉淀。 2.以碳稳定同位素为示踪指标,发现场区CO2受植被覆盖影响显著: S31、S54泉水中δ13CDIC值受季节变化影响较为明显出现春夏偏负,秋冬偏正的趋势。场区垭口、坡地、1号洼地土壤CO2的δ13C值存在明显的差异。表明有机质分解作用与区域生物作用对区域碳输出有一定影响。在不同季节,区域土壤CO2的δ13C平均值与δ13CDIC值的变化趋势相同。 运用热力学平衡分馏法计算DIC来源贡献率,结果表明S31泉水中DIC有66%来源于大气/土壤CO2,34%来源于母岩的溶解,场区地表CO2有68%来自于土壤CO2。通过与前人的研究对比发现场区表层大气CO2来源于土壤CO2的比例由过去的37%增至68%。虽然推动岩溶作用的CO2大部分都来自于场区植物呼吸作用及微生物对有机质的分解,但岩溶水中DIC的来源遵循岩溶动力系统反应方程式,是CO2和碳酸盐矿物两个碳源的混合。故虽然DIC输出量增加,但泉水中DIC中CO2来源比未有显著变化。