半干旱岩溶区溶蚀作用的季节分异与影响机制

In the semi-arid area, the carbon deposition or release associated with the impact of karst processes on the source and sink of atmospheric CO2 is an unresolved important issue within karstification and carbon cycle. the cause and influence mechanism for the presence of a small amount of irregular deposition on limestone tablet after corrosion test is not clear. This project, we choose typical karst watershed, in the semi-arid area, as our study area, and soil system within karst processes occur as research core. Through field dissolution experiments, scanning electron-microscopy, elemental chemical analysis, isotope tracing method, and testing analysis the content of soil organic carbon and soil inorganic carbon, and field measuring concentration of soil CO2 and soil moisture content, and observing the occurrence characteristics and variation of carbonate rock erosion and deposition during the wet season and dry season, we will analyze the deposit's material morphology, elemental composition and possible sources, and clarify the season dynamic characteristics and key affecting factors of karstification, and reveal the mechanism that the soil system affect the dissolution and deposition in karst processes, and investigate the suitability about the limestone tablet method used to estimate karst geological carbon sequestration in the semiarid area. The results will promote the research of karst carbon sinks in the northern arid karst area and provide scientific reference for the accurate calculation of karst carbon sink and the improvement of the global carbon cycle model.

半干旱区岩溶作用引起碳沉积还是释放的源汇关系，是岩溶作用与碳循环中尚待解决的重要问题。已开展的溶蚀试片试验出现少量无规律的沉积现象，其成因与影响机制尚不明确。本项目选择半干旱区典型岩溶流域，以岩溶作用发生的土壤系统为研究核心，采用野外试片溶蚀法、扫描电镜观察法、元素化学分析法、同位素示踪法和对土壤有机碳、无机碳及土壤水分含量、CO2浓度等环境因子的监测，观察湿润季节与干旱季节碳酸盐岩溶蚀与沉积的发生特征和变化规律，分析沉积物质形态、元素组成特征及其可能来源，阐明半干旱区岩溶作用的季节动态特点与关键影响因素，揭示土壤系统影响溶蚀与沉积作用发生的机制，探讨岩溶试片法在估算半干旱区岩溶地质碳汇的适宜性。研究结果将为提高半干旱区岩溶碳汇强度估算结果的准确性及全球碳循环模型的改进提供科学参考。

半干旱区岩溶作用引起碳沉积还是释放的源汇关系，是岩溶作用与碳循环中尚待解决的重要问题。已开展的溶蚀试片试验出现少量无规律的沉积现象，其成因与影响机制尚不明确。本项目选择半干旱区典型岩溶流域,开展湿润季节与干旱季节对比溶蚀实验。.湿润季节溶蚀实验147片试片，增重2片，增重率为1.36%。干旱季节溶蚀实验253片试片，增重31片，增重率为12.25%。证实干旱季节，溶蚀试片时更容易接收碳酸盐的沉积而增重，干旱季节有利于土壤有次生碳酸盐的形成，而湿润季节，溶蚀试片主要是发生溶蚀。.干旱季节的试片增重的31片试片，重量平均增加约0.033g,增重并不明显，造成无法采用扫描电镜观察法对溶蚀试片沉积物的形态进行观测，对元素组成特征及可能来源分析也无法进行，分析原因：这可能是因为工作区降雨量小，旱季时间较短，研究区土壤水份含量较低，加上埋放的试片直径较小，所能收集到的碳酸钙沉积物较少，所以试片并未出现设计中的大量增重现象。.通过分层取样并测试林地、退耕地、灌丛地土壤剖面的碳酸盐含量及其δ13C、CO2浓度及其δ13C值，探讨其随深度的变化规律和控制因素；并结合研究区碳酸盐岩的δ13C值计算3个剖面各层土壤次生碳酸盐所占比例。研究结果表明：3个土壤剖面的碳酸盐含量、CO2浓度在0~50 cm土层随深度增加而增加，在50~70 cm土层随深度增加而减少；土壤碳酸盐δ13C值、δ13CCO2值在0~50 cm土层随深度增加而偏负，在50~70cm土层随深度增加而偏重；土壤碳酸盐含量及其δ13C值主要受次生碳酸盐比例控制，而土壤CO2及其δ13CCO2值在上层主要受大气CO2和土壤有机质分解生成的CO2共同影响，下层还受土-岩界面岩溶作用过程制约；退耕地、林地、灌丛剖面次生碳酸盐所占比例的均值分别为0.52、0.42和0.32，证实北方半干旱岩溶区土壤中存在原生碳酸盐向次生碳酸盐转化过程。.研究区3个土壤剖面的总碳酸盐中次生碳酸盐均占有较大比例，说明在有机碳的驱动下，原生碳酸盐易于向次生碳酸盐转化。土壤系统中在有机碳的参与下，通过反应SOC→CO2( g)→CO2( aq) →HCO3-( aq)→CaCO3( s)，重新沉淀生成次生碳酸盐晶体。造成埋放于土壤系统中的部分试片经过一个水文年的溶蚀后，会因次生碳酸盐在表面沉积而重量增加，从而造成用试片法计算的碳汇强度与水化学径流法