桂林凉风洞洞穴系统环境变化特征及垂向碳迁移机制研究
发布时间：2021-06-21 07:38
伴随着全球气候变暖和极端气候事件频发,与温室效应密切相关的碳循环和碳汇效应成为当前科学界研究的重点。开放型岩溶洞穴作为喀斯特地区分布广泛的地貌,与外界环境间存在着响应关系,洞穴系统的垂向碳迁移机制及可能存在的碳汇潜力研究较少涉及。碳迁移伴随着水循环塑造了洞穴环境,指示外界生态环境变化。此研究从2017年11月至2018年11月,以毛村地下河流域内桂林凉风洞开放系统为研究对象,进行大气环境、洞穴环境野外实时监测;测定“大气-土壤-洞穴”垂向碳迁移主要过程中的CO2浓度和δ13C值,开展野外试片溶蚀试验,估算碳汇潜力。得到以下结论:（1）洞穴主要环境参数随着本监测年3-10月份漫长的雨季,呈现出季相变化特征,异常的气候现象会导致特征的延长与缩短。洞穴内部温度在春夏两季缓慢上升,秋冬两季则快速下降。洞穴内部的气压和湿度受洞穴温度和上覆CO2的调控作用。洞穴结构不同,洞穴环境参数亦不同,实质是各监测点空气对流和上覆顶板相对作用程度的不同。洞穴滴水类型为Ca2+-HCO3-
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
958年-2017年3月大气CO2年度变化--莫纳罗亚山观测站发布，2017
图 1-2 全球碳循环模式图—Lal,2008喀斯特洞穴是岩溶水循环过程和碳循环过程发生相互作用的重要场所，洞CO2的浓度变化是影响洞穴次生化学沉积物沉积和溶蚀的重要因素（张强等2016），从而影响着洞穴碳汇。有研究指出：一方面，溶解了大量土壤 CO2的浓度 HCO3-型岩溶水，在洞穴上覆顶板的含水介质裂隙、溶隙和岩溶管道流动程中，会因为压力、温度、水动力条件的改变，而发生生成 CO2并使其较长间停留在较为封闭的洞穴中的过程；另一方面，短期瞬时的暴雨效应，会直接大气和洞穴上覆顶板土壤中的 CO2压入洞穴内部。且由于洞穴结构的不同，穴不同区域会因为与外界连通程度的差别与外界环境进行不同程度的对流交（Freitas et al,1982;吴夏等,2018），这也是洞穴内部 CO2的一种来源。无论是与气进行对流交换进入洞穴内部的 CO2、还是大气中被降水直接压入洞内的游CO2，抑或是由土壤呼吸释放并溶解或呈游离态存在于下渗滴水中的生物源CO
洞穴系统可能为大气 CO2的一个汇。在洞穴垂向碳迁移系统中，土壤呼成的土壤中数十倍甚至数百倍于大气中的 CO2浓度，不仅会通过土下碳酸溶蚀通过管道向洞内转移，从而可能成为碳汇；又会通过土壤呼吸向大气释成为碳源（Zhu et al,2007;Zhang et al,2013;Zhao et al,2009）。这种发生在岩溶带垂直方向上的“大气-土壤-碳酸盐岩-洞穴”垂向碳迁移过程，塑造了洞穴，并可与地下河系统联系起来参与到流域尺度的碳循环中来。现阶段的研究对洞穴系统内部 CO2浓度的时空特征刻画，而对洞穴中 CO2的来源及迁移、碳汇研究则很少涉及，相关研究的研究深度远远不够（吴夏等，2018）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]桂林毛村不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异特征[J]. 丁梦凯,胡晓农,曹建华,吴夏,黄芬,王奇岗,闵佳. 环境科学. 2019(02)
[2]开放洞穴环境变化特征及其影响因素——以桂林凉风洞为例[J]. 吴夏,潘谋成,曹建华,朱晓燕,张美良,杨会,唐伟,蓝高勇. 中国岩溶. 2019(03)
[3]广西桂林凉风洞秋冬季滴水和沉积物氧同位素对极端降水的记录研究[J]. 吴夏,潘谋成,曹建华,朱晓燕,张美良. 地球学报. 2018(01)
[4]贵州织金洞CO2浓度不同时间尺度变化及其影响因子分析[J]. 张结,周忠发,潘艳喜,殷超,汪炎林,田衷珲. 生态与农村环境学报. 2017(11)
[5]半干旱区不同土地利用方式下土壤呼吸特征[J]. 高金芳,周波,马涛,张峰,董彦丽,王彦武,于惠. 水土保持研究. 2017(02)
[6]织金洞CO2浓度空间分布与昼夜变化的规律及成因分析[J]. 张强,周忠发,陈全,谢雅婷. 科学技术与工程. 2016(26)
[7]河南鸡冠洞CO2季节和昼夜变化特征及影响因子比较[J]. 张萍,杨琰,孙喆,梁沙,张娜,田宁,李建仓,凌新有,张志钦. 环境科学. 2017(01)
[8]2012—2013年重庆雪玉洞洞穴系统碳循环特征[J]. 任坤,沈立成,袁道先,王晓晓,徐尚全. 地球科学. 2016(08)
[9]亚热带典型岩溶溪流水气界面CO2交换通量变化过程及其环境影响[J]. 李丽,蒲俊兵,李建鸿,于奭,肖琼,张陶. 环境科学. 2016(07)
[10]贵州织金洞洞穴CO2的来源及其空间分布特征[J]. 张绍云,周忠发,张强,谢雅婷. 中国岩溶. 2016(03)
博士论文
[1]桂林洞穴滴水和现代沉积物对气候变化的响应研究[D]. 吴夏.中国地质大学(北京) 2018
[2]潮田河流域（岩溶）地质碳汇过程及通量估算研究[D]. 李亮.中国地质科学院 2013
[3]喀斯特洞穴中持久性有机污染物分布与传输动力学研究[D]. 王英辉.中国地质大学 2007
硕士论文
[1]桂江流域水化学与岩溶碳汇动态变化特征[D]. 张红波.西南大学 2013
本文编号：3240275
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
958年-2017年3月大气CO2年度变化--莫纳罗亚山观测站发布，2017
图 1-2 全球碳循环模式图—Lal,2008喀斯特洞穴是岩溶水循环过程和碳循环过程发生相互作用的重要场所，洞CO2的浓度变化是影响洞穴次生化学沉积物沉积和溶蚀的重要因素（张强等2016），从而影响着洞穴碳汇。有研究指出：一方面，溶解了大量土壤 CO2的浓度 HCO3-型岩溶水，在洞穴上覆顶板的含水介质裂隙、溶隙和岩溶管道流动程中，会因为压力、温度、水动力条件的改变，而发生生成 CO2并使其较长间停留在较为封闭的洞穴中的过程；另一方面，短期瞬时的暴雨效应，会直接大气和洞穴上覆顶板土壤中的 CO2压入洞穴内部。且由于洞穴结构的不同，穴不同区域会因为与外界连通程度的差别与外界环境进行不同程度的对流交（Freitas et al,1982;吴夏等,2018），这也是洞穴内部 CO2的一种来源。无论是与气进行对流交换进入洞穴内部的 CO2、还是大气中被降水直接压入洞内的游CO2，抑或是由土壤呼吸释放并溶解或呈游离态存在于下渗滴水中的生物源CO
洞穴系统可能为大气 CO2的一个汇。在洞穴垂向碳迁移系统中，土壤呼成的土壤中数十倍甚至数百倍于大气中的 CO2浓度，不仅会通过土下碳酸溶蚀通过管道向洞内转移，从而可能成为碳汇；又会通过土壤呼吸向大气释成为碳源（Zhu et al,2007;Zhang et al,2013;Zhao et al,2009）。这种发生在岩溶带垂直方向上的“大气-土壤-碳酸盐岩-洞穴”垂向碳迁移过程，塑造了洞穴，并可与地下河系统联系起来参与到流域尺度的碳循环中来。现阶段的研究对洞穴系统内部 CO2浓度的时空特征刻画，而对洞穴中 CO2的来源及迁移、碳汇研究则很少涉及，相关研究的研究深度远远不够（吴夏等，2018）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]桂林毛村不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异特征[J]. 丁梦凯,胡晓农,曹建华,吴夏,黄芬,王奇岗,闵佳. 环境科学. 2019(02)
[2]开放洞穴环境变化特征及其影响因素——以桂林凉风洞为例[J]. 吴夏,潘谋成,曹建华,朱晓燕,张美良,杨会,唐伟,蓝高勇. 中国岩溶. 2019(03)
[3]广西桂林凉风洞秋冬季滴水和沉积物氧同位素对极端降水的记录研究[J]. 吴夏,潘谋成,曹建华,朱晓燕,张美良. 地球学报. 2018(01)
[4]贵州织金洞CO2浓度不同时间尺度变化及其影响因子分析[J]. 张结,周忠发,潘艳喜,殷超,汪炎林,田衷珲. 生态与农村环境学报. 2017(11)
[5]半干旱区不同土地利用方式下土壤呼吸特征[J]. 高金芳,周波,马涛,张峰,董彦丽,王彦武,于惠. 水土保持研究. 2017(02)
[6]织金洞CO2浓度空间分布与昼夜变化的规律及成因分析[J]. 张强,周忠发,陈全,谢雅婷. 科学技术与工程. 2016(26)
[7]河南鸡冠洞CO2季节和昼夜变化特征及影响因子比较[J]. 张萍,杨琰,孙喆,梁沙,张娜,田宁,李建仓,凌新有,张志钦. 环境科学. 2017(01)
[8]2012—2013年重庆雪玉洞洞穴系统碳循环特征[J]. 任坤,沈立成,袁道先,王晓晓,徐尚全. 地球科学. 2016(08)
[9]亚热带典型岩溶溪流水气界面CO2交换通量变化过程及其环境影响[J]. 李丽,蒲俊兵,李建鸿,于奭,肖琼,张陶. 环境科学. 2016(07)
[10]贵州织金洞洞穴CO2的来源及其空间分布特征[J]. 张绍云,周忠发,张强,谢雅婷. 中国岩溶. 2016(03)
博士论文
[1]桂林洞穴滴水和现代沉积物对气候变化的响应研究[D]. 吴夏.中国地质大学(北京) 2018
[2]潮田河流域（岩溶）地质碳汇过程及通量估算研究[D]. 李亮.中国地质科学院 2013
[3]喀斯特洞穴中持久性有机污染物分布与传输动力学研究[D]. 王英辉.中国地质大学 2007
硕士论文
[1]桂江流域水化学与岩溶碳汇动态变化特征[D]. 张红波.西南大学 2013
本文编号：3240275
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