【摘 要】
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大气CO2浓度不断升高导致全球气候变化,造成极端天气频发、生态环境恶化。气候变化带来的重要科学问题是全球CO2收支不平衡,认识碳在各圈层循环的过程是改变全球生态环境的重要途径。CO2以不同形态在各圈层进行着转换,河流作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,充当着将陆地碳源运送至海洋的主要运输载体。河流向海洋输入碳的过程容易受到生物物理化学过程的影响,从而影响碳的输出量。喀斯特地区由于其特殊的环境条件
【基金项目】
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国家自然科学基金地区项目“岩溶洞穴系统外源酸对碳汇效应影响机制研究”（42161048）； 国家自然科学基金地区项目“岩溶洞穴CO2迁移变化机制及对洞穴岩溶环境的影响研究”（41361081）； 贵州省科技计划项目:喀斯特洞穴系统DOM垂直迁移特征及影响机制研究（黔科合基础-ZK[2021]一般191）；
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大气CO2浓度不断升高导致全球气候变化,造成极端天气频发、生态环境恶化。气候变化带来的重要科学问题是全球CO2收支不平衡,认识碳在各圈层循环的过程是改变全球生态环境的重要途径。CO2以不同形态在各圈层进行着转换,河流作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,充当着将陆地碳源运送至海洋的主要运输载体。河流向海洋输入碳的过程容易受到生物物理化学过程的影响,从而影响碳的输出量。喀斯特地区由于其特殊的环境条件而存在碳源汇效应,CO2在水-气界面CO2交换通量影响着碳收支。本研究以贵州省绥阳县池武溪流域为研究对象,分别于2019年11月和12月、2020年6月和7月采集水样,测试水体阴阳离子及溶解无机碳同位素(δ13CDIC),通过模型法计算水-气界面CO2通量,深入了解河流碳运移及水文、生物地球化学过程,为探寻碳源汇问题提供理论支撑与参考依据。根据采样结果分析,获得了以下结论:（1）受亚热带季风气候雨热同期的影响,池武溪流域p H变化范围为7.96～8.63,总体表现为弱碱性。总溶解性固体（TDS）变化范围为233.74～275.90mg/L,电导率（EC）变化为231.00～356.00μs·cm-1,TDS与EC均表现为雨季大于旱季。溶解氧（DO）变化范围为7.45～11.32mg/L,呈现出旱季大于雨季的特征。（2）河流中主要阳离子和阴离子为Ca2+、Mg2+和HCO3-,其次分别为SO42-、NO3-、Cl-,稀释作用导致各离子浓度在雨季小于旱季。池武溪水水化学类型为HCO3--Ca型或HCO3-Ca·Mg型,河流中的离子主要来源于岩石风化;Ca2+、Mg2+和HCO3-是碳酸盐岩风化产物;流域中NO3-来自农业活动和大气沉降;SO42-除来源于大气沉降、农业活动外还可能来自石膏溶解的影响。（3）池武溪流域溶解无机碳（DIC）变化范围为2.56～3.10mg/L,雨季DIC浓度小于旱季;δ13CDIC变化范围为-6.95‰～-12.00‰,旱季δ13CDIC比雨季偏重。雨季土壤CO2和碳酸盐岩风化是DIC的主要来源,旱季因水生植物光合作用,大气CO2也是DIC来源之一。旱季土壤CO2来源贡献的DIC占比为37.00～51.50%,雨季土壤CO2来源贡献的DIC占比为50.46～58.69%。（4）碳酸风化碳酸盐岩是控制流域HCO3-输出的主导作用,硫酸和硝酸参与碳酸盐岩风化作用,产生的HCO3-将成为大气中CO2的一个来源,是导致河流δ13CDIC偏重的潜在因素。利用化学平衡法定量计算表明硫酸和硝酸产生的HCO3-占据总量HCO3-比重为11.63～32.86%,旱季占比12.90～32.86%,雨季占比为11.63～27.57%。（5）根据水化学径流法计算结果得出,旱季采样期间单位面积内CO2吸收量平均值为120.87 g·s-1,碳汇强度约为5.92 t CO2·km-2·a-1;雨季单位面积内CO2吸收量平均值为300.09 g·s-1,碳汇强度为14.69 t CO2·km-2·a-1。（6）pCO2变化范围为323.59～870.96μatm,水-气界面CO2通量变化范围为-24.31～158.18mmol·（m~2·d）-1,表现出雨季大于旱季的特征。空间上,Ca2+、HCO3-、TDS从河流源头沿河流流向下降,而SIc、p H则从河流上游至下游逐渐上升,沿程发生CO2交换作用。碳酸盐岩矿物溶解影响pCO2变化,土壤CO2流入和光合作用也是影响pCO2变化的因素。根据计算出水-气界面CO2通量表明,池武溪河流均表现出碳“源”。旱季有利于水生植物生长而使碳“源”转换为碳“汇”,吸收大气CO2。
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