Question

国土资源部岩溶动力学重点实验室

Answer 1

（一）实验室简介

国土资源部岩溶动力学重点实验室是国际岩溶研究中心，“岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心”国家级国际联合研究中心的主要依托单位，以岩溶动力学、地球系统科学为理论指导，在岩溶动力系统运行规律与岩溶作用对全球碳循环的意义及碳汇效应、石笋高分辨率古气候记录、应对极端气候岩溶含水层管理和脆弱岩溶生态系统对全球变化的响应等方面开展研究，并积极利用国际科技资源，解决岩溶地区各种环境问题，服务国家经济社会发展。

（二）2013年度重要科研成果

1.湖南湘西龙山莲花洞近2000年来气候变化石笋记录研究

莲花洞石笋LHD1和LHD3均为文石笋，有着高U含量（²³⁸U＞3×10^-6），相对高的沉积速率（约0.1mm/年），适合精确定年，LHD1石笋顶部30mm的生长时间为1548～2011AD，LHD3石笋的生长时间为154BC～1510AD，主要生长时段均位于近2000年，满足了近2000年来极端事件研究的要求。

通过对莲花洞石笋进行XRD物相分析、碳氧同位素，元素和沉积结构证据相互验证发现，莲花洞石笋δ¹⁸O的变化在大趋势上响应夏季风强弱的变化，但是在年际、年代际尺度上反映区域降水量的变化，区域上表现为旱涝程度的变化。但是1950年以来由于石笋δ¹⁸O大幅偏正，而当地大气降水量只呈现微弱减少趋势，在亚洲夏季风减弱的趋势下，可能还叠加了其他因素的作用，导致了石笋δ¹⁸O的偏正。

莲花洞石笋记录到小冰期以来4次极端干旱事件，分别为明末清初干旱事件、1680～1697年干旱事件、1771～1827年干旱事件、1896～1902年干旱事件，4次干旱事件在当地的历史文献中都有记载，且表现为大范围的干旱事件。通过比较研究发现，4次极端事件的发生与2009～2010年西南大旱的发生均有着同样的大气环流背景，即太阳活动强度较弱，中东太平洋海温异常升高，表现为El Niño状态，中北太平洋温度负异常，PDO表现为正异常，西太平洋暖池海平面温度负异常，夏季风系统较弱，同时西太平洋副热带高压偏强，位置偏南、偏西，这样的环流背景造成了中国季风区大范围极端干旱事件的发生，这可能对预测阶段事件的发生有一定指导意义（图43）。

图43 莲花洞石笋δ¹⁸O揭示的武陵山区过去2000年来的季风强弱变化

2.岩溶地区水生植物光合作用固碳研究

为促进目前岩溶碳汇稳定性和速率等科学问题的深入研究，在分析桂林会仙岩溶湿地主要水生植物碳同位素的基础上，利用基于碳酸酐酶活性与植物碳同位素值显著正相关的二端元模型，估算了不同植物利用光合作用固定

的比例。结果表明，湿地核心区沉水植物光合作用固定

碳量在4.86～64.73t（C）/（km²·年）之间，挺水植物为15.68～453.01t（C）/（km²·年），平均值为76.74t（C）/（km²·年）。按平均值计算会仙湿地水生植物光合作用固定

碳量为4466.27t（C）·年，即在会仙湿地岩溶地下河补给的

中约47%被水生植物光合作用固定。水生植物光合作用固碳效果明显，是碳汇研究中不容忽视的一个十分重要的问题（表26）。

表26 17种水生植物钙含量与碳同位素特征

3.岩溶区典型水库调查发现库区水体存在热分层现象，且水体水化学主要受碳酸盐平衡体系控制

为更加清晰地认识无机碳在岩溶水库水体中的循环转化过程，2013年对位于岩溶区的广西五里峡水库沿流程方向不同地点不同深度水体进行现场监测、实验研究。结果表明：①研究区水体水化学主要受碳酸盐平衡体系控制，水化学类型为

型。②水体溶解无机碳（Dissolved inorganic carbon,DIC）含量及其同位素组成δ¹³CDIC分布特征：沿流程方向从库尾到坝前同一深度不同取样点DIC含量呈减小趋势（DIC_平均：1.03→0.78meq/L），δ¹³CDIC则逐渐变重（δ¹³CDIC_平均：-10.21‰→-6.62‰）；沿垂直方向从表层向库底DIC含量呈增加趋势（DIC_平均：0.86→1.05meq/L），δ¹³CDIC则逐渐变轻（δ¹³CDIC_平均：-7.88‰→-13.39‰）。分析认为：①碳酸盐岩溶解沉淀过程对研究区水体DIC含量及δ¹³CDIC的影响有限或被其他过程平抑。②研究区水体存在热分层现象，其通过影响水库不同部位、不同深度水生生物新陈代谢的方向及强度、有机质分解强度等对水体DIC及δ¹³CDIC产生影响，使之出现前述变化趋势（图44，图45）。

图44 五里峡水库库区水文地质示意图

图45 五里峡水库方解石、白云石饱和指数分布