STE | 中国陆地岩石风化碳汇对气候变化及生态修复的响应研究取得进展

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全球碳循环研究已经成为全球变化研究的热点。但是，碳循环研究中的一个关键问题是已知的碳汇不能平衡已知的碳源，存在一个很大的“碳遗漏”。来自地面植被观测、大气CO₂和O₂浓度监测、卫星遥感信息及生态和大气模型的模拟等方面的研究均表明，北半球中高纬度的陆地生态系统是一个巨大的碳汇，固定了大部分全球碳循环中“去向不明”的CO₂。岩石的风化作用同时参与了短时间尺度和长时间尺度的全球碳循环，因此，科学揭示岩石风化碳汇的作用机制及影响因素，对碳循环研究具有重要意义。

然而，现有研究成果多聚焦于碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化碳汇，忽略了其他岩石对碳循环不可忽视的影响，大多数碳汇研究方法也存在只能在小尺度和短时间上运用的局限性。此外目前尚未有研究对气候变化和生态修复对岩石风化碳汇的影响进行定性、定量探究和对比分析。针对上述问题，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王世杰研究员带领的研究团队白晓永小组，以中国陆地岩石作为研究对象，明确了2000-2014年中国陆地岩石风化碳汇的量级、分布格局及演变规律，并采用Lindeman-Merenda-Gold模型定量评估了气候变化及生态修复对中国岩石风化碳汇的相对贡献率。结果表明：

（1）中国陆地岩石风化碳汇总量（CS）为17.69 Tg C a^-1，通量（CSF）为2.53t C km^-2 a^-1，其中CS最高的岩石是混合沉积岩（6.89 t C km^-2 a^-1），CSF最高的岩石为碳酸盐岩（5.31 t C km^-2 a^-1）。

（2）中国年均CSF总体上以5.4Kg C km^-2 a^-1的速度轻微减少，CSF南方地区减少区域为水分盈亏明显减少区域，CSF北方减少区域多为水分盈亏减少及生态修复恶化区域（图1）。

（3）水分盈亏和降雨对CSF的相对贡献率分别达到了57%和35%（图2），在低温和气温明显下降区域中CSF对气温变化的响应较为明显，FVC在其低值区对CSF的影响较为明显。

（4）CSF减少趋势最为明显的两类岩石为混合沉积岩（-24.6 Kg C km^-2 a^-1）及碳酸盐岩（-22 Kg C km^-2 a^-1），碳汇通量增加最显著的岩石为酸性火山岩，其增加速率为18.6 Kg C km^-2 a^-1（图3、图4）。

图1 CSF及各影响因素的空间演变趋势

T：气温；P：降雨：ET：蒸散发；P-E：水分盈亏；FVC：生态修复因子

图2 不同流域各影响因子对CSF影响的相对贡献率

图3不同岩性CSF时间演变特征

岩性：SC：碳酸盐岩；SM：混合沉积岩；PA：酸性深成岩；PI：中性深成岩；PB：基性深成岩；VA：酸性火山岩；VI：中性火山岩；VB：基性火山岩；SU：疏松沉积物；SS：硅质碎屑岩；PY：火山碎屑；MT：变质岩

图4 不同岩性分布及各影响因子对不同岩性CSF影响的相对贡献率

  本研究为深入理解中国岩石风化碳汇的分布规律及其影响因素提供了新的见解，并为定量评估气候变化及生态修复对碳汇通量的影响提供科学依据，对于岩石风化碳汇研究具有重要的参考价值。

  该研究得到了国家重点研发计划(No. 2016YFC0502300, No. 2016YFC0502102),西部之光人才计划（A类）(No.〔2018〕99号),贵州省科技计划(No. 2017-2966)，喀斯特中心联合基金(U1612441)，中国科学院科技服务网络计划(No.KFJ-STS-ZDTP-036)和国际合作局国际伙伴计划(No. 132852KYSB20170029 & No. 2014-3),国家自然科学基金(No. 41571130074 &  41571130042)等项目的联合资助。

感谢作者的来稿

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https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141525

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