岩溶区水体水气界面二氧化碳交换通量研究取得新进展

近年来地表水体水气界面二氧化碳交换通量研究受到广泛的关注，成为全球碳循环研究的重要方面，其全球二氧化碳脱气通量的评价高达每年2.3—18亿吨碳。针对岩溶区而言，传统观点认为碳酸盐岩溶解吸收的大气二氧化碳，又会通过碳酸盐岩沉积导致二氧化碳又返回大气中，因此其形成的碳汇不稳定，因而岩溶水体水气界面二氧化碳交换通量研究成为岩溶作用碳循环研究的重要内容，也是定量评价流域岩溶碳汇效应的关键。

针对上述科学问题，在国家自然科学基金，地质调查工作项目，基本科研业务费项目的支持下，中国地质调查局岩溶地质研究所，国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室蒲俊兵副研究员等分别选择岩溶地下河水补给的地表溪流（广西融安县官村地下河及其地表溪流）和流经岩溶区的大型地表河流（漓江）作为研究区，利用国际通行的浮游静态箱和水化学模型法两种方法进行高分辨率的野外监测研究，获得了新的科学认识。

一是在官村研究区地下河出口（CK点）和下游约1.3公里的雷涯（LY点）两个点夏季4天的昼夜监测研究发现：（1）CK点各物理化学指标保持稳定，而LY点各物理化学指标却表现出显著的有规律性的昼夜变化；（2）水生植物的新陈代谢过程（光合作用和呼吸作用）控制了溪流水化学的昼夜变化，进而控制了溪流二氧化碳脱气的昼夜变化，由于水生植物的形成代谢过程使得溪流白天脱气量约低于夜间的23%；（3）溪流中水生光合生物显著地固定了来自碳酸盐岩溶解的碳，发生了类似海洋的生物碳泵效应，减少了溪流二氧化碳脱气量，产生显著的碳汇效应，研究表明溪流产生的碳汇通量为每平方公里每年73吨碳。

二是在桂江研究区上游覆盖碳酸盐岩和碎屑岩的断面（DM断面）和中游纯碳酸盐岩区的断面（PY断面）冬夏两季24小时昼夜监测研究发现：（1）两个断面物理化学指标表现出相似的昼夜变化；（2）由于水生光合生物新陈代谢过程和碳酸盐岩溶解与沉淀的影响，两个断面二氧化碳交换表现出显著的昼夜变化。此外，在季节和昼夜尺度上两个断面水气界面既有直接吸收大气二氧化碳的时段，也有水体二氧化碳脱气的时段，显示了明显的动态变化过程。DM断面水气界面在冬夏两个季节都表现出二氧化碳吸收——二氧化碳脱气的动态变化过程，而PY断面水气界面在夏季全部表现为二氧化碳脱气过程，但在冬季全部表现为二氧化碳吸收现象；（3）桂江监测断面在昼夜和季节尺度上所表现出的吸收大气二氧化碳的现象，限制了河流二氧化碳脱气通量，使的水体脱气速率为每平方米每天15 毫摩尔，这是目前报告的内陆水体中最小的，反应了岩溶水体内水生光合生物光合作用和碳酸盐岩的快速溶解对水体二氧化碳脱气的抑制作用。研究结果也表明在岩溶水体水气界面二氧化碳监测研究中，尤其是高初级生产力的岩溶区河流，需要高度关注水气界面二氧化碳交换的季节、昼夜等各种时间尺度的变化，通过高分辨率的监测研究，提高岩溶水体二氧化碳脱气研究的评价精度，准确评价岩溶碳汇效应。

上述研究成果对岩溶水体碳循环过程及碳汇效应评价研究具有重要的启示意义。上述研究成果于近期发表在国际环境学领域TOP期刊《Science of the Total Environment》（期刊影响因子为4.900）。

1.Pu J*, Li J, Khadka M B., 2017. In-stream metabolism and atmospheric carbon sequestration in a groundwater-fed karst stream. Science of the Total Environment. 579, 1343-1355.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969716325864

2.Zhang T, Li J, Pu J*, et al., 2017. River sequesters atmospheric carbon and limits the CO₂ degassing in karst area, southwest China. Science of the Total Environment. 609, 92–1011.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969717318478