喀斯特/岩溶洞穴系统碳循环规律及其机理研究

A large number of literatures have shown that the karst carbon sink is an important part of the "missing carbon sink". However, we find that these amounts of contribution from the different authors’ estimations or the same author’s estimations by using different methods have an obvious difference, which is probably caused by ignoring carbon emissions of cave system in the process of estimating the karst carbon sink because that the distribution of karst cave is extensive in the karst region, especially in the South China. To solve this problem, this project intends to fine monitor and research the two different types of karst caves (Puding Ecology Station Cave and Liangfeng Cave) in Guizhou of Southwest China. On the basis of the accurate measurement to these caves’ geometry and detailed investigation to the structure and composition of material (such as soil, bedrock) above these caves, this project will accurate estimate carbon dioxide fluxes of these caves by using the traditional research methods (such as hydrology, hydrochemistry and isotopes) with the latest automation monitoring technology (such as the eddy covariance technique, soil carbon flux monitoring technology, and monitoring technology of cave air CO2 concentration and stable isotope), combined with the karst cave), at the same time, referring to existing conceptual model of cave carbon cycle. The driving mechanism and the relationship between sources and sinks of carbon cycle in the cave system will be discussed. Finally, the influence of the carbon cycle in the karst cave system on regional karst carbon sink will be quantificationally evaluated.

已有大量研究表明，岩溶碳汇是“碳失汇”(missing carbon sink)的重要组成部分，但是，在准确估算其贡献量的过程中，我们发现不同作者，甚至同一作者用不同方法进行的估算值存在着明显差异，这或许是在估算过程中忽略了喀斯特地区普遍发育的洞穴系统碳排放等过程所致。针对此问题，本项目拟通过对比贵州两个不同类型的喀斯特洞穴（普定生态站内的洞穴和荔波凉风洞）进行精细化监测和研究，在对拟研究的两个喀斯特洞穴几何形态进行精确测量，以及对洞穴上覆物质结构和组成详细调查基础上，利用传统研究手段（如水文水化学和同位素）与最新的自动化监测技术（如涡度相关技术、土壤碳通量监测技术和洞穴空气CO2浓度及其稳定同位素监测技术），结合喀斯特洞穴碳循环的概念模型，精确估算喀斯特洞穴碳通量大小，并分析洞穴系统碳循环的驱动机制以及源汇关系，最终评估洞穴系统碳循环对区域岩溶碳汇估算的影响。

已有大量研究表明，岩溶碳汇是“碳失汇”(missing carbon sink)的重要组成部分，但是，在准确估算其贡献量的过程中，包括项目负责人在内，甚至同一作者用不同方法进行的估算值存在着明显差异，这或许是在估算过程中忽略了喀斯特地区普遍发育的洞穴系统碳排放等过程所致。针对此问题，本项目通过对喀斯特洞穴进行精细化监测和研究，在对拟研究的两个喀斯特洞穴几何形态进行精确测量，以及对洞穴上覆物质结构和组成详细调查基础上，利用传统研究手段（如水文水化学和同位素）与最新的自动化监测技术（如涡度相关技术、土壤碳通量监测技术和洞穴空气CO2浓度及其稳定同位素监测技术），结合喀斯特洞穴碳循环的概念模型，试图精确估算喀斯特洞穴碳通量大小，并分析洞穴系统碳循环的驱动机制以及源汇关系，最终评估洞穴系统碳循环对区域岩溶碳汇估算的影响。项目执行以来，主要开展了以下几个方面的研究内容：（1）洞穴通风模式对洞穴空气（CO2）与大气交换规律的影响；（2）洞穴通风模式对洞穴滴水无机碳同位素时间变化的影响；（3）喀斯特关键带碳、水、能量通量特征；（4）喀斯特退耕地土壤呼吸通量时空变化；（5）洞穴滴水对洞穴上覆植被变化的响应。通过该项目的研究，在上述几个方面均取得了重要进展。共获得了18项科研成果，其中学术论文18篇，包括SCI收录4篇，EI 收录1篇，会议论文5篇，相关专利4项；培养了博士研究生1名，硕士研究生2名。超额完成了预期目标。