蔣忠誠(chéng),袁道先,曹建華,覃小群,何師意,章 程

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所,廣西桂林 541004;

2)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;

3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西桂林 541004

中國(guó)巖溶碳匯潛力研究

蔣忠誠(chéng)1,2,3),袁道先1,2,3),曹建華1,2,3),覃小群1,2,3),何師意1,2,3),章 程1,2,3)

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所,廣西桂林 541004;

2)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;

3)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西桂林 541004

為了應(yīng)對(duì)全球環(huán)境變化,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所等單位在地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目的資助下,在中國(guó)典型巖溶流域開(kāi)展了巖溶碳匯調(diào)查,建立了巖溶碳匯觀測(cè)網(wǎng)站,深化了巖溶碳匯過(guò)程、影響因素和形成機(jī)理研究,發(fā)現(xiàn)了巖溶區(qū)外源水、土地合理利用、植被恢復(fù)和水生光合作用等增加巖溶碳匯的途徑,取得了大量的科技創(chuàng)新進(jìn)展。在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,將我國(guó)巖溶區(qū)劃分為南方巖溶區(qū)、北方巖溶區(qū)、青藏高原巖溶區(qū)和埋藏巖溶區(qū) 4種類型區(qū),利用 GIS技術(shù)計(jì)算各區(qū)的巖溶面積和巖溶碳匯量,獲得中國(guó)巖溶碳匯總量為3699.1萬(wàn)tCO2/a,這是我國(guó)344萬(wàn)km2巖溶區(qū)碳水鈣無(wú)機(jī)循環(huán)產(chǎn)生的大氣CO2匯。該項(xiàng)研究進(jìn)展在2011年的《Science》通訊報(bào)道中獲得高度評(píng)價(jià)。

巖溶作用;全球變化;二氧化碳匯;中國(guó)

IGCP379“巖溶作用與碳循環(huán)”(1995—1999)項(xiàng)目執(zhí)行期間,對(duì)中國(guó)及全球進(jìn)行了巖溶作用CO2碳匯量初步估算,其中,中國(guó)的巖溶碳匯量以定點(diǎn)觀察數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分別采用石灰?guī)r溶蝕試片法、水化學(xué)法和擴(kuò)散邊界層理論進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算出我國(guó)90.7萬(wàn) km2裸露巖溶區(qū)的碳匯結(jié)果是1.774×107tCO2/a(徐勝友等,1997;Jiang et al.,1999)。全球巖溶碳匯的計(jì)算結(jié)果為6.08×108tCO2/a,約占全球“遺漏匯”的1/3(Yuan et al.,2002;劉再華等,2007)。該項(xiàng)研究不但推動(dòng)了巖溶動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)研究,也拓寬了全球變化研究領(lǐng)域,在國(guó)內(nèi)外引起了很大的反響。然而,由于研究工作不夠深入,當(dāng)時(shí),對(duì)巖溶碳匯的很多科學(xué)問(wèn)題沒(méi)有解決,如巖溶作用自然過(guò)程如何與人類活動(dòng)結(jié)合的問(wèn)題,巖溶碳匯的速率和穩(wěn)定性問(wèn)題(袁道先,2011),我國(guó) 200多萬(wàn)km2的覆蓋巖溶地區(qū)和埋藏巖溶地區(qū)的計(jì)算問(wèn)題。此外,我國(guó)以前估算所用的水文資料主要是20世紀(jì)80年代以前1:20萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查的成果資料(李國(guó)芬等,1992),現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)去30多年,水量和水質(zhì)都需要重新調(diào)查。為了科學(xué)應(yīng)對(duì)全球氣候變化,利用地質(zhì)碳匯潛力實(shí)施大氣二氧化碳減排,2010年,國(guó)土資源部安排了地質(zhì)調(diào)查計(jì)劃項(xiàng)目“中國(guó)地質(zhì)碳匯潛力研究”(2010—2012),旨在進(jìn)一步開(kāi)展巖溶碳匯、土壤碳匯和礦物碳匯的深入調(diào)查研究。

1 項(xiàng)目研究目標(biāo)及2011年研究進(jìn)展概述

1.1 項(xiàng)目的總體研究目標(biāo)

以巖溶流域?yàn)閱卧?開(kāi)展我國(guó)巖溶碳匯調(diào)查,建立與完善全國(guó)巖溶碳匯效應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),監(jiān)測(cè)我國(guó)不同環(huán)境條件的巖溶作用與碳循環(huán)的過(guò)程與數(shù)據(jù),建立中國(guó)巖溶碳匯調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù);深化巖溶碳匯的過(guò)程及機(jī)理研究,闡明巖溶作用對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)過(guò)程與機(jī)理,科學(xué)測(cè)算我國(guó)巖溶碳匯對(duì)全球大氣CO2回收的貢獻(xiàn);通過(guò)調(diào)查與試驗(yàn)研究,發(fā)掘巖溶碳匯增匯途徑與技術(shù)方法,提出巖溶碳匯增匯對(duì)策;加強(qiáng)巖溶碳匯的國(guó)際學(xué)術(shù)交流與培訓(xùn),充分發(fā)揮聯(lián)合國(guó)教科文組織國(guó)際巖溶研究中心的作用,擴(kuò)大我國(guó)在碳減排研究方面的國(guó)際影響。

1.2 2011年研究進(jìn)展概述

2011年完成了1:5萬(wàn)碳匯調(diào)查面積1000多km2,典型線路調(diào)查 3000多km,揭示了不同巖溶環(huán)境的碳匯差異及影響因素。建立巖溶碳匯觀測(cè)站 29處,新增遠(yuǎn)程監(jiān)控觀測(cè)站 3處,發(fā)現(xiàn)了巖溶水文和水化學(xué)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律對(duì)巖溶碳匯影響的程度(何師意等,2011;康志強(qiáng)等,2011)。通過(guò)開(kāi)展巖溶流域外源水碳匯效應(yīng)和巖溶土壤固碳試驗(yàn)研究,計(jì)算了外源水對(duì)巖溶碳匯的貢獻(xiàn),深化了巖溶土壤固碳機(jī)理。通過(guò)開(kāi)展土地利用、植被恢復(fù)、土地覆蓋和水生光合作用與巖溶碳匯關(guān)系研究,發(fā)掘了增加巖溶碳匯的途徑,并取得巖溶碳匯穩(wěn)定性研究的突破。在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,將我國(guó)巖溶區(qū)劃分為南方巖溶區(qū)、北方巖溶區(qū)、青藏高原巖溶區(qū)和埋藏巖溶區(qū)4種類型區(qū),利用 GIS技術(shù)計(jì)算各區(qū)的巖溶面積和巖溶碳匯量,并求得了中國(guó)巖溶碳匯總量。

2 中國(guó)巖溶碳匯調(diào)查及監(jiān)測(cè)研究新進(jìn)展

2.1 我國(guó)南北方巖溶碳匯差異大

珠江上游的桂江流域、長(zhǎng)江流域的湘西大龍洞地下河流域和黃河流域的山西馬跑神泉域的調(diào)查研究表明,不同巖溶環(huán)境的巖溶碳匯差異很大(曹建華等,2011;黃奇波等,2011)。其中,山西馬跑神泉域,代表溫帶半干旱北方巖溶流域,流域面積為212.06km2,多年泉流量均值為0.55 m3/s,地下水徑流 模 數(shù) 為2.6 L/(km2·s),降 雨 量 平 均477.39mm(1956—2009年),降雨入滲系數(shù)為0.15。根據(jù)HCO3?含量及地下水徑流模數(shù)估算碳匯通量為8.69 t/(km2·a)。湘西大龍洞地下河流域,代表中亞熱帶巖溶槽谷區(qū),流域面積187km2,多年平均天然徑流量1.049×108m3/a,地下河出口多年枯水期(當(dāng)年11月至翌年2月)實(shí)測(cè)流量平均為2.12 m3/s。根據(jù)地下水的HCO3?含量及地下水徑流模數(shù)(17.7 L/(km2·s))估算碳匯通量為35.6 t/(km2·a),為山西馬跑泉流域的4倍。

2.2 土地覆蓋條件對(duì)地下河碳匯的影響很大

廣西打狗河?xùn)|西兩岸地下河流域的土地覆蓋條件調(diào)查表明,打狗河?xùn)|岸林地占 56.13%,耕地占15.15%;而西岸林地、耕地分別只占20.8%、12.95%。西岸的裸巖和荒地比例大,分別占29.57%和25.95%,而東岸分別占14.19%和10.98%(圖1)。植被和土壤覆蓋差異導(dǎo)致了東、西兩岸地下河水地球化學(xué)指標(biāo)的明顯差異,東岸地下河水的HCO3-、Ca2+、Pco2(平均分別是233.71mg/L、85.5mg/L、909.46 Pa)明顯高于西岸(分別為177.26mg/L、64.65mg/L、257.37 Pa),而東岸的SIC、pH值(分別為0.12和7.40)又低于西岸(分別是0.38和7.85)。因此,東岸有更強(qiáng)的巖溶動(dòng)力條件,東岸地下河的平均碳匯強(qiáng)度比西岸高14%(覃小群等,2011)。

圖1 打狗河?xùn)|西兩岸地下河流域土地覆蓋類型分布Fig.1 Distribution of land cover types in ground river basins on both east and west banks of the Dagou River

2.3 巖溶土壤有機(jī)碳發(fā)生累積

桂林地區(qū)的監(jiān)測(cè)表明,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23.12～271.26mg C·m?2·h?1;碎屑巖土壤呼吸速率的變化幅度為51.60～326.28mg C·m?2·h?1,如以年平均值計(jì)算,則巖溶區(qū)土壤呼吸排放CO2量要比碎屑巖區(qū)紅壤少 25.12%。巖溶區(qū)石灰土土壤呼吸排放CO2的δ13C值比碎屑巖區(qū)紅壤的偏重,巖溶區(qū)土壤呼吸排放 CO2的δ13C 值平均為?22.68‰,碎屑巖為?26.21‰(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)越明顯,而碎屑巖區(qū)紅壤剖面中則出現(xiàn)隨土壤層深部的增加,土壤CO2濃度增加的單向梯度;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濃度年平均 0.25%,而碎屑巖區(qū)紅壤為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。

圖2 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Fig.2 Comparison of dynamic change of soil carbon release between calciferous soil of karst area and red soil of sandstone area

3 巖溶碳匯機(jī)理及增匯途徑研究進(jìn)展

3.1 巖溶區(qū)不同土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳碳庫(kù)及周轉(zhuǎn)時(shí)間影響大

廣西馬山弄拉和重慶金佛山典型巖溶泉域的研究結(jié)果表明,不同土地利用下的土下溶蝕速率差異較明顯,耕地、灌叢、次生林、草地、原始林溶蝕速率平均值分別為4.02,7.0,40.0,20.0和63.5 t/(km2·a),因此,在土地利用變化進(jìn)行區(qū)域尺度巖溶作用碳匯估算時(shí),除了考慮氣候、水文、地質(zhì)等條件外,還必須考慮西南地區(qū)土地利用類型碳匯的差異.植被的正向演替對(duì)巖溶碳匯有顯著的促進(jìn)作用,原始林地土下巖溶作用碳匯量是次生林地的3倍,灌叢的9倍,也就是說(shuō),從耕地或灌叢演化到次生林地,由巖溶作用產(chǎn)生的碳匯可提高5.71～7.02 t/(km2·a),若演化到原始林地則達(dá)24.86～26.17 t/(km2·a)。巖溶區(qū)地表森林系統(tǒng)的增匯過(guò)程發(fā)生的同時(shí),地下也同步發(fā)生著類似的增匯過(guò)程(章程等,2006;章程,2011a)。

通過(guò)土壤樣品的室內(nèi)培養(yǎng),運(yùn)用三庫(kù)一級(jí)動(dòng)力學(xué)理論,分析了桂林毛村典型巖溶區(qū)旱地、灌叢、果園、林地四種不同土地利用類型下石灰土有機(jī)碳庫(kù)容大小、各碳庫(kù)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間及其影響因素。結(jié)果表明,4種土地利用類型土壤有機(jī)碳含量分別為15.41～20.10 g/kg,13.07～?31.16 g/kg,9.38～?14.74 g/kg,30.82～?37.52 g/kg;活性有機(jī)碳占總有機(jī)碳的比例最小,分別為0.61%～?0.93%,0.95%～?1.24%,0.77%～?1.00%,1.49%～?1.66%;緩效性有機(jī)碳庫(kù)占總有機(jī)碳含量的21.13%～?30.18%,13.58%～?23.46%,29.54%～?46.58%,30.39%～?33.84%;平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為7 a,8 a,7 a,12 a。惰性有機(jī)碳碳占總有機(jī)碳的比例最高,分別為69.18%～?78.26%,75.27%～?85.47%,56.63%～?69.70%,64.64%～?68.12%。延長(zhǎng)緩效性碳庫(kù)駐留時(shí)間在一定程度上是提高土壤有機(jī)碳庫(kù)的關(guān)鍵因素。相關(guān)分析表明:土壤有機(jī)碳總量、土壤碳酸鈣含量、總鈣量、土壤pH值、全氮、C/N與土壤有機(jī)碳各庫(kù)庫(kù)容及周轉(zhuǎn)時(shí)間存在顯著的正相關(guān),腐殖質(zhì)含量與土壤有機(jī)碳庫(kù)及周轉(zhuǎn)時(shí)間呈極顯著正相關(guān),土壤過(guò)氧化氫酶及脲酶活性顯著影響土壤有機(jī)碳庫(kù)含量及周轉(zhuǎn)時(shí)間(楊慧等,2011)。

3.2 外源水對(duì)巖溶碳匯的影響

桂林毛村地下河流域面積 10.5km2,其中上游的砂頁(yè)巖外源水面積占流域總面積的32%。研究結(jié)果表明,HCO3-濃度年平均值從非巖溶區(qū)小龍背、扁巖、社更巖、山灣向巖溶地區(qū)穿巖、大巖前、毛村、背地坪增加(圖3)。背地坪因沒(méi)有外源水補(bǔ)給的影響,其HCO3?濃度最大,變化范圍為3.5～5 mmol/L,而小龍背則全由大氣降水直接補(bǔ)給且位于碎屑巖區(qū),所以其HCO3?濃度最小,變化范圍為0.1～0.4 mmol/L,兩地 HCO3?濃度比較,前者是后者的近十倍。外源水進(jìn)入巖溶區(qū)后,由于內(nèi)外源水相互混合,提高了巖溶水的溶蝕能力,以致 DIC含量不斷升高,其碳酸鹽飽和指數(shù)也逐漸增加,SIc由不飽和達(dá)到飽和,提高了巖溶碳匯的強(qiáng)度。即在外源水的參與作用下,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,增加了近10 倍。計(jì)算得出外源水對(duì)巖溶水的貢獻(xiàn)為34%(黃芬等,2011)。

圖3 桂林毛村地下河水HCO3-的動(dòng)態(tài)變化特征Fig.3 Dynamic change of water HCO3- concentrations in Maocun ground river of Guilin

圖4 中國(guó)巖溶類型區(qū)分布Fig.4 Distribution of karst type regions in China

3.3 水生植物體光合作用固碳效應(yīng)研究

廣西融水官村地下河補(bǔ)給的地表溪流高分辨率監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,沿途HCO3?、Ca含量顯著減少,存在DIC的丟失和Ca的原位沉降,水生植物體光合作用生物量的88%源于水體中DIC。一方面說(shuō)明由于生物過(guò)程的參與,巖溶作用已不再是傳統(tǒng)意義上的純無(wú)機(jī)地質(zhì)作用過(guò)程,速率大大加快,另一方面也說(shuō)明巖溶作用產(chǎn)生的Ca和HCO3?原位沉降是一種真正的碳匯,可為碳儲(chǔ)作貢獻(xiàn),是一種潛在的碳減排途徑。官村地下河補(bǔ)給的地表溪流1.35km流程的每天HCO3?流 失 量 估 算 值 為94.9 kg,即1152 mmol/(m·d)(章程,2011b)。來(lái)自美國(guó)佛羅里達(dá)巖溶大泉補(bǔ)給的地表河流HCO?3沉降量為130 mmol/(m·d)(De Montety et al.,2011),表明在中國(guó)南方亞熱帶巖溶區(qū)地表河流由水生植物光合作用產(chǎn)生的碳匯量更高。2011年4—8月對(duì)重慶青木關(guān)姜家泉水出流后流動(dòng)水的監(jiān)測(cè)表明,水流HCO?3濃度平均值 5.76 mmol/L,隨著泉水流程的增加,HCO?3濃度逐漸降低,到達(dá)距離姜家泉360 m的試驗(yàn)點(diǎn)時(shí),HCO?3濃度為5.53 mmol/L,下降0.23 mmol/L。水體中藻類等吸收HCO3?降低水中的HCO3?濃度再次得到驗(yàn)證。

4 中國(guó)巖溶碳匯分區(qū)計(jì)算取得新進(jìn)展

我國(guó)巖溶地區(qū)可分為南方巖溶區(qū)、北方巖溶區(qū)、青藏高原巖溶區(qū)和埋藏巖溶區(qū)4種類型區(qū)(圖4),利用GIS技術(shù)計(jì)算各區(qū)的巖溶面積分別為56.48萬(wàn)km2、32.58萬(wàn)km2、55.60萬(wàn)km2和200.1萬(wàn)km2,全國(guó)巖溶總面積為344.6萬(wàn)km2。 以取得的調(diào)查監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)資料為依據(jù),對(duì) 4種類型區(qū)和中國(guó)的巖溶碳匯量進(jìn)行了重新計(jì)算,南方巖溶區(qū)、北方巖溶區(qū)、青藏高原巖溶區(qū)和埋藏巖溶區(qū)巖溶碳匯量分別1909.9萬(wàn) tCO2/a、600.5萬(wàn) tCO2/a、580.1萬(wàn) tCO2/a、608.6萬(wàn) tCO2/a,由此獲得中國(guó)巖溶碳匯總量為3699.1萬(wàn)tCO2/a(蔣忠誠(chéng)等,2011)。該結(jié)果比前人的研究更全面地反映了當(dāng)前我國(guó)巖溶地區(qū)碳水鈣無(wú)機(jī)循環(huán)產(chǎn)生的大氣CO2匯量。

5 社會(huì)影響和效果

以本項(xiàng)目研究成果為核心,2011年在《科學(xué)通報(bào)》雜志組織發(fā)表了“地質(zhì)作用與碳循環(huán)”專輯中英文版,在《中國(guó)巖溶》雜志組織發(fā)表了“巖溶作用與碳循環(huán)”專輯,加上其他刊物論文,本項(xiàng)目全年累計(jì)發(fā)表論文24篇,在國(guó)內(nèi)外引起較大反響。本研究團(tuán)隊(duì)在巖溶碳匯方面的研究進(jìn)展在《Science》雜志的通訊報(bào)道中獲得高度評(píng)價(jià)(Larson,2011)。

曹建華,楊慧,康志強(qiáng).2011.區(qū)域碳酸鹽巖溶蝕作用碳匯通量估算初探:以珠江流域?yàn)槔齕J].科學(xué)通報(bào),56(26):2181-2187.

何師意,康志強(qiáng),李清艷,熊志斌.2011.高分辨率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)在巖溶碳匯估算中的應(yīng)用——以板寨地下河監(jiān)測(cè)站為例[J].氣候變化研究進(jìn)展,7(3):157-161.

黃芬,唐偉,汪進(jìn)良,曹建華,殷建軍.2011.外源水對(duì)巖溶碳匯的影響——以桂林毛村地下河為例[J].中國(guó)巖溶,30(4):417-421.

黃奇波,劉朋雨,覃小群,孔祥勝.2011.桂江流域巖溶碳匯特征[J].中國(guó)巖溶,30(4):437-442.

蔣忠誠(chéng),覃小群,曹建華,蔣小珍,何師意,羅為群.2011.中國(guó)巖溶作用產(chǎn)生的大氣CO2碳匯的分區(qū)計(jì)算[J].中國(guó)巖溶,30(4):363-367.

康志強(qiáng),袁道先,常勇,李清艷,何師意,嚴(yán)毅萍,熊志斌.2011.巖溶碳匯的主控因子——水循環(huán)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),41(5):1542-1547.

李國(guó)芬,韋復(fù)才,梁小平.1992.中國(guó)巖溶水文地質(zhì)圖(1:400萬(wàn))及說(shuō)明書(shū)[M].北京:中國(guó)地圖出版社.

劉再華,DREYBRODT W,王海靜.2007.一種由全球水循環(huán)產(chǎn)生的可能重要的CO2匯[J].科學(xué)通報(bào),52(20):2418-2422.

覃小群,蒙榮國(guó),莫日生.2011.土地覆蓋對(duì)巖溶地下河碳匯的影響——以廣西打狗河流域?yàn)槔齕J].中國(guó)巖溶,30(4):372-378.

徐勝友,蔣忠誠(chéng).1997.我國(guó)巖溶作用與大氣溫室氣體CO2源匯關(guān)系的初步估算[J].科學(xué)通報(bào),42(9):953-956.

楊慧,張連凱,曹建華,于爽.2011.桂林毛村巖溶區(qū)不同土地利用方式土壤有機(jī)碳礦化及土壤碳結(jié)構(gòu)比較[J].中國(guó)巖溶,30(4):410-416.

袁道先.2011.地質(zhì)作用與碳循環(huán)研究的回顧和展望[J].科學(xué)通報(bào),56(26):2157.

章程,謝運(yùn)球,呂勇,蔣勇軍,曹建華,姜光輝,楊平恒,王冬銀.2006.不同土地利用方式對(duì)巖溶作用的影響——以廣西弄拉峰叢洼地巖溶系統(tǒng)為例[J].地理學(xué)報(bào),61(11):1181-1188.

章程.2011a.不同土地利用下的巖溶作用強(qiáng)度及其碳匯效應(yīng)[J].科學(xué)通報(bào),56(26):2174-2180.

章程.2011b.巖溶作用時(shí)間尺度與碳匯穩(wěn)定性[J].中國(guó)巖溶,30(4):368-371.

CAO Jian-hua,YANG Hui,KANG Zhi-qiang.2011.Preliminary regional estimation of carbon sink flux by carbonate rock corrosion:A case study of the Pearl River Basin[J].Chinese Science Bulletin,56(35):3766-3773,doi:10.1007/s11434-011-4377-3(in Chinese with English abstract).

DE MONTETY V,MARTIN J B,COHEN M J,FOSTERC C,KURZA M J.2011.Influence of diel biogeochemical cycles on carbonate equilibrium in a karst river[J].Chemical Geology,283(1-2):31-43.

HE Shi-yi,KANG Zhi-qiang,LI Qing-yan,XIONG Zhi-bin.2011.The Utilization of Real-Time High Resolution Mornitoring Skill in Karst Carbon Sequestration:A Case of the Station in Banzhai Subterranean Stream Catchment[J].Advances in Climate Change Research,7(3):157-161(in Chinese with English abstract).

HUANG Fen,TANG Wei,WANG Jin-liang,CAO Jian-hua,YIN Jian-jun.2011.The influence of allogenic water on karst carbon sink:A case study in the Maocun Subterranean River in Guilin,China[J].Carsologica Sinica,30(4):417-421(in Chinese with English abstract).

HUANG Qi-bo,LIU Peng-yu,QIN Xiao-qun,KONG Xiang-sheng.2011.The characteristics of karst carbon sink in the Guijiang Catchment[J].Carsologica Sinica,30(4):337-442(in Chinese with English abstract).

JIANG Z C,YUAN D X.1999.CO2source-sink in karst processes in karst areas of China[J].Episodes,22(1):33-35.

JIANG Zhong-cheng,QIN Xiao-qun,CAO Jian-hua,JIANG Xiao-zhen,HE Shi-yi,LUO Wei-qun.2011.Calculation of atmosphericCO2sink formed in karst progresses of the karst divided regions in China[J].Carsologica Sinica,30(4):363-367(in Chinese with English abstract).

KANG Zhi-qiang,YUAN Dao-xian,CHANG Yong,LI Qing-yan,HE Shi-yi,YAN Yi-ping,XIONG Zhi-bin.2011.The Main Controlling Factor of Karst Carbon Sequestration:About Water Cycle[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),41(5):1542-1547(in Chinese with English abstract).

LARSON C.2011.An Unsung Carbon Sink[J].Science,334(6058):886-887.

LI Guo-fen,WEI Fu-cai,LIAN Xiao-ping.1992.Karst Hydrogeological Map of China and the booklet[M].Beijing:China Cartographic Publishing House(in Chinese).

LIU Zai-hua,DREYBRODT W,WANG Hai-jing.2008.A possible importantCO2sink by the global water cycle[J].Chinese Science Bulletin,53(3):402-407(in Chinese with English abstract).

QIN Xiao-qun,MENG Rong-guo,MO Ri-sheng.2011.Influence of landcovers on carbon sink of underground river:A case study in the Dagouhe Basin in Guangxi[J].Carsologica Sinica,30(4):372-378(in Chinese with English abstract).

XU Sheng-you,JIANG Zhong-cheng.1997.Preliminary estimation of sink and source of atmosphericCO2greenhouse gas from karst processes in China[J].Chinese Science Bulletin,42(9):953-956(in Chinese).

YANG Hui,ZHANG Lian-kai,CAO Jian-hua,YU Shuang.2011.Comparison of mineralization and chemical structure of the soil organic carbon under different landuses in Maocun karst area,Guilin[J].Carsologica Sinica,30(4):410-416(in Chinese with English abstract).

YUAN Dao-xian,ZHANG Cheng.2002.Karst Processes and the Carbon Cycle:Final Report of IGCP379[M].Beijing:Geological Publishing House.

YUAN Dao-xian.2011.Review on Geological Processes and Carbon Cycle Researches[J].Chinese Science Bulletin,56(26):2157(in Chinese).

ZHANG Cheng,XIE Yun-qiu,Lü Yong,JIANG Yong-jun,CAO Jian-hua,JIANG Guang-hui,YANG Ping-heng,WANG Dong-yin.2006.Impact of Land-use Patterns upon Karst Processes:Taking Nongla Fengcong Depression Area in Guangxi as an Example[J].Acta Geographica Sinica,61(11):1181-1188(in Chinese with English abstract).

ZHANG Cheng.2011a.Carbonate rock dissolution rates in different landuses and their carbon sink effect[J].Chinese Science Bulletin,56(26):3759-3765,doi:10.1007/s11434-011-4404-4(in Chinese).

ZHANG Cheng.2011b.Time-scale of karst processes and the carbon sink stability[J].Carsologica Sinica,30(4):368-371(in Chinese with English abstract).

A Study of Carbon Sink Capacity of Karst Processes in China

JIANG Zhong-cheng1,2,3),YUAN Dao-xian1,2,3),CAO Jian-hua1,2,3),QIN Xiao-qun1,2,3),HE Shi-yi1,2,3),ZHANG Cheng1,2,3)
1)Institute of Karst Geology,Chinese Academy of Geological Sciences,Guilin,Guangxi541004;
2)Key Laboratory of Karst Dynamics,Ministry of Land and Resources &Guangxi,Guilin,Guangxi541004;
3)Key Open Laboratory of Karst Ecosystem and Rocky Desertification Control,Chinese Academy of Geological Sciences,Guilin,Guangxi541004

In order to tackle global climate changes,a research team from the Institute of Karst Geology in Guilin has been conducting the karst carbon sink study for three yeas under the auspices of the geological survey projects.Until now,29 karst carbon sink monitoring stations in China and 3 stations in other countries have been established.In order to explore the capacity of atmosphericCO2sink in karst progresses of China,the authors investigated all relative factors of karst carbon sink such as rock chemical contents,soil gasCO2,land and vegetation coverage and discharge and bicarbonate concentrations of water flow in some typical karst basins,carried out some special researches such as karst carbon sink in different land uses,karst carbon sink from autogenic water,karst carbon sink of vegetation rehabilitations of the rock desertification environments,soil organic carbon solidification in karst area and carbon sink from photosynthesis of hydrophytes in karst water and,as a result,achieved a lot of new scientific progresses.In order to calculate the atmosphericCO2sink in karst progresses of China,the authors divided karst districts in China into four types of karst regions,i.e.,the karst region in south China,the karst region in northern China,the Tibet plateau karst region and the buried karst region,with their areas being 564,800km2,325,800km2,556,000km2and 2,001,000km2respectively.The total new atmosphericCO2sink formed in karst regions of China is 3699.1×104tCO2/a,which is the atmosphericCO2sink quantity of all 3,440,000km2karst areas in China.The importance of the karst carbon sink study was reported in the journal “Science” in 2011.

karst action;global changes;atmosphericCO2sink;China

P931.5;X16

A

10.3975/cagsb.2012.02.01

本文由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“中國(guó)地質(zhì)碳匯潛力研究”(編號(hào):1212011087121)資助。獲中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院2011年度十大科技進(jìn)展第四名。

2012-02-23;改回日期:2012-03-09。責(zé)任編輯:魏樂(lè)軍。

蔣忠誠(chéng),男,1962年生。研究員,博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期從事巖溶研究,近年來(lái)重點(diǎn)探討石漠化治理和巖溶碳匯問(wèn)題。通訊地址:541004,廣西桂林市七星路50號(hào)。電話:0773-5837342。E-mail:zhjiang@karst.ac.cn。