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【学术动态】岩溶地下水补给型水库无机碳循环研究取得新进展


2021年12月08日 09:24  点击:[]


陆地水体碳循环在全球和区域碳收支评估以及实现区域(流域)碳中和目标中扮演了非常重要的角色。内陆水体(湖泊、水库、小溪、河流等)在碳运移、储存和内部转化中起着关键作用。岩溶水库是指分布在岩溶地区或主要接受岩溶水补给的水库,是我国西南地区主要的水库类型。岩溶水库作为一种“碳循环反应器”,来源于流域岩溶作用形成无机碳在其中汇集、滞留、转化、沉积、逸出。然而,目前对于岩溶水库无机碳迁移、转化机制认识还不够,尤其对岩溶地下水补给型水库水-气界面碳排放动态变化和溶解无机碳(DIC)运输、储存和内部转化机制研究还不够深入,从而限制了内陆水体碳汇效应的准确评估。

针对上述科学问题,我校地理与旅游学院蒲俊兵研究员团队与中国地质科学院岩溶地质研究所、南京师范大学开展合作,在我国西南亚热带地区典型岩溶地下水补给型水库(大龙洞水库)中,开展溶解无机碳(DIC)、CO2分压pCO2)、稳定碳同位素比值δ13CDIC)和CO2交换通量(FCO2)的长期监测。研究发现,水库混合期的CO2排放量远高于热分层期,尤其是从分层到混合的过渡时期,这是水库底水层积累的溶解二氧化碳(CO2aq)上升和释放所致,但质量平衡研究表面水-气界面CO2排放通量仅占水库DIC总量的一小部分。受水体深度差异和强热分层的影响,DIC与δ13CDIC之间的关系表现为两种不同的模式:(1)从表水层到底水层,DIC浓度升高,δ13CDIC值降低和(2)δ13CDIC值随DIC浓度的增加而降低,但在热分层期间,δ13CDIC在底部逐渐富集而升高。此外,本研究还发现岩溶地下水补给型水库中三种不同的DIC积累和消耗过程:(1)由于分层效应的影响,在分层期DIC在深水层滞留和积累,(2)分层效应限制了水体上下交换过程,导致分层期表水层DIC被大量消耗,(3)沿水库上游到下游DIC平均浓度和pCO2显著增加,而平均δ13CDIC值缺逐渐偏负。这些结果表明,岩溶地下水补给型水库的无机碳迁移、转化过程受到生物地球化学过程和水库热结构季节变化的综合控制。因此,在采样和监测时应充分考虑这些因素,合理确定采样和监测时间及频率,以便准确评估水体的碳收支和碳汇效应。

相关研究成果以题为“Transport and transformation of dissolved inorganiccarbon in a subtropical groundwater‑fedreservoir, south China”发表于国际水文科学顶级期刊《Water Research》上(中科院一区,最新影响因子11.236),我院蒲俊兵研究员为共同第一作者和通讯作者。

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