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碳捕捉和存储技术（CCS）是目前降低二氧化碳排放量,应对全球气候变化的新举措。然而,二氧化碳的存储安全问题一直是这项技术的关键点和难点。存储的二氧化碳一旦发生泄漏,就会以气或汽水的形式进入大气、土壤,影响土壤—植被系统,甚至会影响到整个生态系统。严重时还会给人、畜的生存带来压力。为了确保二氧化碳存储安全,本研究依托青海省海东市平安地区三合镇天然二氧化碳泄漏场,对土壤—植被系统的响应特征进行原位观测,揭示了天然高浓度二氧化碳泄漏条件下,土壤特征的变化、土壤高光谱特征的变化;植被生理生态特征的响应、植被高光谱特征的响应。在此基础上建立了高光谱参数与叶绿素之间的响应模型,提出了动态监测二氧化碳泄漏的科学方法,确立了二氧化碳地质存储泄漏下土壤—植被系统的监测体系,提出二氧化碳泄漏的阈值指标。该研究成果更接近于二氧化碳地质存储泄漏的实际情况,对二氧化碳地质安全存储与监测预警具有重要的理论指导和实际应用价值。（1）CO2泄漏后会显著影响泄漏点附近大气CO2浓度,踞喷发点5cm处CO2浓度在489476-641ppm之间,对生物具有危害性;70cm处CO2浓度在5010-429ppm之间,对生物具有潜在危害性;140cm以上,CO2浓度显著降低,最大浓度仅为1350ppm,最小值与空气中的二氧化碳含量一致。不同方位CO2扩散结果表明,风向导致二氧化碳在各个方向上的分布不均。主风向上CO2浓度在2300-400ppm之间,显著高于非主风向上CO2浓度。对喷发的CO2气体进行碳同位素测定,其值在0.04±0.36‰之间,远低于空气中CO2的碳同位素组成。结合其他学者的研究结果得出,喷发的CO2主要来源于地壳。（2）受泄漏场内CO2喷发泉间歇式喷发作用影响,5米范围内土壤表层为片状钙积层,极紧实,颜色较浅,呈黄褐色;10米范围内受间歇式喷发泉作用减弱,土壤表层为团粒状覆盖层,紧实度降低,颜色较深,呈灰褐色。随土壤结构的改变,对水分的渗透和保持作用会发生改变。总体上,随土壤剖面深度增加,其水分含量呈现出先升高后降低的变化规律。但由于钙积层的阻碍作用,近喷发泉土壤剖面各层水分含量变化趋势较大,远离喷发泉土壤剖面各层水分含量变化趋势较平缓。（3）在土壤水分条件未达到饱和状态时,含水量越高光谱反射率越低;土壤颜色越浅高光谱反射率越高;土壤表面覆盖率越高光谱反射率越低。通过对原始反射光谱作数据转换和微分处理,发现CO2胁迫下土壤光谱及数据转换后的一阶微分处理曲线在580和680nm处的吸收峰变化随土壤受CO2泄漏作用不同而存在显著差异,尤其是倒数一阶微分处理曲线波动最小,是一种较理想的处理方法。（4）当CO2体积分数达到20%时,大豆叶片和荚果出现不同程度卷曲,叶片颜色受到影响,较健康植株呈黄绿色,茎干出现不同程度倒伏,植株表现出矮小特征。马铃薯也表现出相似变化规律,叶片呈黄绿色,植株较矮小,结薯数少,且单薯重量低。地上与地下部分干/鲜重极显著低于对照组,且地下部干/鲜重对CO2浓度变化更敏感。（5）CO2浓度增加使马铃薯在叶片水平上表现为气孔导度降低;在植株水平上表现为光合作用和蒸腾作用减弱,但水分利用率却有所提高。净光合速率与胞间CO2浓度呈正相关,说明马铃薯光合作用减弱是由气孔因素控制的。（6）大豆、马铃薯叶片红边位置、红肩位置、吸收宽度与叶绿素含量变化趋势一致,对称度与叶绿素含量变化趋势相反。吸收谷波长、绿峰波长与叶绿素含量之间没有确定的数值关系。大豆叶绿素含量与绿峰处反射率成负相关,与吸收谷底位置、红边波长呈正相关,特征方程为:Y=11.9X1-45.1X2+17.6X3-19575;马铃薯叶绿素含量与吸收谷底反射率、红边波长和吸收宽度呈正相关,特征方程:Y=-2260.315+1769.767X1+0.068X2+12.366X3。（7）采用六种方法提取大豆、马铃薯叶片红边位置,其中最大一阶导数法和拉格朗日插值法提取的大豆红边位置与叶绿素含量相关性最高,四点内插法相关性最低。倒高斯拟合法和线性四点插值法提取的马铃薯红边位置与叶绿素含量相关性最高,多项式拟合法相关性最低。（8）借助遥感和高光谱手段,建立了大气—植被—土壤—地下水一体化监测二氧化碳地质存储安全体系。将地表位移变化,土壤、植被光谱变化,植被生理生态特征变化,土壤微生物、动物和理化性质变化以及地下水化学特征相结合,进行CCS的安全存储监测,提出了CCS安全监测阈值体系,多尺度、多角度保证二氧化碳地质存储的安全性。