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为了应对由于二氧化碳引起的全球范围的气候变化,学术界对岩石风化碳汇方面进行了大量的研究工作。在岩溶区,城市化通过土地利用方式的改变扰乱了岩溶作用过程,对岩溶碳汇效应产生了深刻的影响。城市化过程带来大量的硫酸、硝酸参与到了岩溶作用过程中,产生了大量的非碳汇的HCO3-,导致以往的水化学-径流量法计算的碳汇量值偏大。
老龙洞地下河位于重庆市南岸区,流域面积12.6km2,城市化水平高,岩溶地下水污染严重。通过在老龙洞地下河流域出口安装自动监测仪器获取具有连续性的高精度的水位、电导率和降水量及流量数据。同时,每个月进行的野外现场监测,利用德国AquanMerck水体硬度和碱度试剂盒测定Ca2+和HCO3-的浓度;并采集地下水样在实验室进行常规水化学特征分析和碳、氮、硫同位素分析。结果表明,城市化对老龙洞地下河水造成了严重的污染,并对岩溶地质过程产生深刻影响,进而影响到岩溶碳汇量。
综合水化学数据,运用稳定同位素法和水化学法,证实了受到城市化强烈影响的老龙洞地下河水体中的硫酸和硝酸确实参与了碳酸盐岩的溶蚀,并产生了大量的非碳汇的HCO3-。从2011年7月至2012年6月,流域地下水中的DIC总量为13.802×106mol;利用水化学法对碳酸、硝酸、硫酸溶蚀碳酸盐岩产生的DIC进行了计算,其中碳酸溶蚀碳酸岩盐产生的DIC为6.719×106mol,约占总量的47.83%,硫酸和硝酸溶蚀碳酸岩盐产生的DIC为7.083×106mol,约占总量的52.17%。
另外,选取了流域4种不同类型的土地,埋放标准溶蚀试片,研究城市化对土壤的有机质含量、pH和土壤CO2的影响,以及蚀速率和溶蚀量。结果表明,城市化使土壤有机质含量明显降低,土壤pH值降低并呈现出不稳定的状态,使土壤二氧化碳含量增加,显然土壤CO2含量和土壤有机质含量是岩溶溶蚀速率的主控因子,因此城市化使整个流域的碳酸盐岩溶蚀量降低,并减少了碳汇量。
综合以上结果,利用水化学-径流量法对老龙洞地下河流域2011年7月至2012年6月产生的净碳汇量进行了估算,结果是147.82吨;在同一时间段内,利用标准溶蚀试片法估算的碳汇量是136.66吨。
根据对老龙洞地下河水进行的硫(δ34S)、氮(δ15N)稳定同位素分析,老龙洞地下河流域位于我国的硫酸型酸雨区,水体中的硫酸的主要来源为城市产生的生活污水,其次是酸雨和硫化物的氧化;硝酸的主要来源是生活污水和工业污水,其次是化肥。