喀斯特流域DIC及其碳同位素对气候和土地利用变化的响应

随着温室气体排放的加剧以及随之而来的全球变暖等一系列全球变化问题的出现，全球碳循环的研究越来越受到人们的关注。而与喀斯特作用过程相关的碳循环，作为全球碳循环的重要组成部分，显著地影响着全球碳收支。喀斯特作用碳循环是“水—岩（CaCO₃）—气（CO₂）—生”相互作用的结果，其中伴随着一系列水文地球化学过程及相应的水化学特征的变化。通过对喀斯特水化学变化的研究，有助于深入理解喀斯特作用碳循环过程，并揭示其驱动机制，从而对喀斯特作用碳循环进行准确的评估。 

中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室刘再华研究员带领的喀斯特作用碳循环研究小组，通过对中国西南地区贵州荔波县的板寨地下河流域、普定县的陈旗和灯盏河泉域的水化学参数和溶解无机碳碳（DIC）同位素（δ¹³C_DIC）及该地区的气象条件进行了五年的（2007.9-2012.9）的连续监测，发现在原始森林覆盖下的板寨地下河流域，水中的DIC主要来源于有机质分解和根呼吸产生的CO₂对碳酸盐的溶解，因此具有最低的δ¹³C_DIC值。另一方面，虽然板寨地下河流域为原始森林覆盖，但其上覆土壤薄而稀疏，因此对基岩的溶解作用弱，导致其具有低的pCO₂、DIC、EC和离子浓度。在贵州普定县的陈旗喀斯特泉域，泉口附近较厚的土层覆盖，使较多的土壤CO₂进入水体，因此喀斯特泉水具有较高的pCO₂和DIC浓度值，以及低的pH、SI_c和δ¹³C_DIC值。而在成对的相邻灯盏河喀斯特泉域，由于强烈的石漠化作用，土壤的CO₂供给较少，加上地层中石膏的溶解作用，导致喀斯特泉水具有高的δ¹³C_DIC值、EC强度和高的离子浓度。 

此外，研究结果表明，喀斯特水化学和δ¹³C_DIC具有明显的季节变化，在温暖湿润的雨季，具有高pCO₂和低pH、EC、SI_c和低 δ¹³C_DIC值，反之亦反。尤其是在干旱的2011年，δ¹³C_DIC明显偏重（>3‰），表明地下水δ¹³C_DIC值可以作为环境和气候变化的有效指标，这为利用喀斯特记录（如石笋、钙华）进行古气候环境重建提供了有益的启示。 

该成果发表在国际权威地球化学杂志《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。 

原文链接：

 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001670371500366X                             

                                            （环境室刘再华课题组/供稿）