潮田河典型河流断面水化学日变化及光合作用固定碳量估算*

2016-10-28李亮胡刚曹建华张春来王培谢永雄

工业安全与环保 2016年9期

关键词：光合作用桂林岩溶

李亮　胡刚,　曹建华　张春来　王培　谢永雄

(1.桂林理工大学环境科学与工程学院　广西桂林 541006；　2.中国地质科学院岩溶地质研究所，国土资源部岩溶动力学重点实验室　广西桂林 541004)

李亮1胡刚1,2曹建华2张春来2王培2谢永雄1

(1.桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林 541006；2.中国地质科学院岩溶地质研究所，国土资源部岩溶动力学重点实验室广西桂林 541004)

0　引言

2011年11月18日，《Science》以《An Unsung Carbon Sink》为题对中国地质科学院岩溶地质研究所在岩溶碳汇方面的研究进行了报道。此后不久，Curl Rane L[1]在该杂志上发表对岩溶碳汇效应的质疑，认为碳酸盐岩溶蚀后经过河流进入海洋，会以贝壳或珊瑚礁的形式发生沉积，从而释放出CO2，所以岩溶地质作用只是一个碳迁移的过程而没有产生碳汇。刘再华[2]不这么认为，他提出了一种新的碳酸盐岩风化碳汇模式图，认为全球水循环对CO2的溶解吸收伴随着碳酸盐的溶解，而水生植物则通过光合作用对溶解无机碳(DIC)的吸收利用是一个重要的大气CO2汇[3]，加速了地质碳汇进程。

1　材料和方法

1.1研究区背景

潮田河流域在广西桂林市灵川县境内，面积为476.24 km2，岩溶区面积为172.81 km2，非岩溶区面积为303.43 km2，海拔东高西低。研究的区域为潮田河的鸟岭和上幸坡段河流，见图1。

图1　潮田河监测点示意

1.2研究方法

2　结果和分析

2.1监测点温度、pH值、DO和电导率变化

两个监测点水中的温度、pH值、DO和电导率变化见图2，其中温度、pH值、DO都呈现出白天升高、晚上降低(Sp相反)的昼夜动态变化，2号点由于YSI仪器探头数量限制，没装DO探头，导致无DO数据。对于1号点，温度白天最高达到了24.7 ℃，晚上最低达到20.5 ℃。pH值变化范围为7.91～8.4。Sp白天降低，晚上升高，最高达到了241 μs/cm。DO白天都比晚上要高，昼夜变化明显，14∶00左右达到了最高值10.14 mg/L，而晚上DO保持较低水平，基本在7.5 mg/L左右；对于2号点，温度白天最高只有24.73 ℃，pH值变化不是非常明显，最高达到10.12。Sp变化范围在233.5～252.5 μs/cm之间。

图2　监测点温度、pH值、DO和Sp变化

水生植物是湖泊生态系统的重要结构和功能组分[9]。岩溶区地表明流段，生物的光合作用是碳汇的主要影响因子[10]。2号点的温度和电导率与1号点相比有滞后现象，且2号点峰值比1号点高。距离出水口距离越远，水所受光照时间越长，所以2号点水温峰值比1号点高，而水生植物能够通过光合作用吸收各种离子[10]，因此电导率的昼夜变化与水生植物的代谢活动有关。在白天有光照的情况下，水生植物利用水中的DIC 进行光合作用并释放氧气，因此下游2号点比1号点pH值高。在14∶00左右光照最强，对于陆地植物气孔会关闭，其光合作用受到限制，而此时水生植物光合作用却最大，所以DO达到最大值为10.14 mg/L。受光照影响，水中DO变化明显。

(Chl)变化曲线

2.3监测点Ca2+的变化

监测点Ca2+的质量浓度变化见图4。第1天从开始到18：15，2号点水中Ca2+质量浓度比1号点的高，最开始为52 mg/L，是检测数据中的最大值，之后不断降低。1号点在15：15达到了最小值，为38 mg/L，之后不断上升，直到第2天1：30又开始下降，到了14：00降到最小值40 mg/L，而后升高到47 mg/L。1号点Ca2+质量浓度比较稳定，变化比较规律，但2号点Ca2+质量浓度波动性相对比较强。

图4　潮田河Ca2+变化曲线

3　讨论

3.1藻类对水质参数的影响

3.2藻类碳汇量的贡献

在全球碳循环的研究中，岩溶作用的碳汇(Carbon sink)效应受到了广泛重视[15]。研究者用不同方法对岩溶碳汇进行了估算。利用二端元模型估算出桂林会仙岩溶湿地典型水生植物固碳量为4 466.27 tC/(a·km2)[23]。采用简单化学平衡模式法估算寨底地下河系统、大安地下河系统和青木关地下河系统的碳汇通量分别为68.82，81.18 t /(km2·a)和100.07 t /(km2·a) (以CO2计)[24]。通过碳同位素模型计算出的草海流域每年DIC产出量为1 151 tC, 其中水生植物固定了58.8%(677.33 tC)[25]。本研究采用水化学径流法计算出3 d昼夜的上幸坡至鸟岭段河流岩溶地质碳汇转化量为2.012 tC。岩溶作用在短时间尺度(十至数百年)从大气中吸收CO2形成了汇[26]。从3 d的昼夜监测数据分析得出水生植物在更短的时间尺度里参与了碳汇过程，并将无机碳转化成了有机碳。

4　结论

[1]CURL R L. Carbon shifted but not sequestered[J]. Science，2012，335(6069)：655.

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LI Liang1HU Gang1,2CAO Jianhua2ZHANG Chunlai2WANG Pei2XIE Yongxiong1

(1.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,GuilinUniversityofTechnologyGuilin，Guangxi541006)