石灰土对硫酸型酸雨缓冲过程模拟及碳汇效应研究

赵光帅; 黄奇波; 朱义年; 李腾芳; 普政功

doi:10.11932/karst20220504

石灰土对硫酸型酸雨缓冲过程模拟及碳汇效应研究

1.
桂林理工大学环境科学与工程学院, 广西桂林 541004

2.
中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室, 广西桂林 541004

3.
联合国教科文组织国际岩溶研究中心/岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心, 广西桂林 541004

4.
广西岩溶资源环境工程技术研究中心, 广西桂林 541004

基金项目: 广西自然科学基金重点基金项目(2018GXNSFDA281036)；中国地质调查项目(DD20221758)

详细信息

作者简介: 赵光帅(1989－），男，博士研究生，助理研究员，主要从事岩溶碳循环与全球变化研究。E-mail: zhaoguangshuai@mail.cgs.gov.cn

通讯作者: 黄奇波（1982－），男，博士，研究员，主要从事岩溶水文地质、岩溶碳循环与全球变化研究。E-mail: qbohuang0108@163.com

中图分类号: X517；X142

收稿日期: 2022-03-20

刊出日期: 2022-10-25

Simulation of buffering process and carbon sink effect of lime soil on sulfuric acid rain

1.
College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004，China

2.
Institute of Karst Geology, CAGS / Key Laboratory of Karst Dynamics, MNR & GZAR, Guilin, Guangxi 541004,China

3.
International Research Centre on Karst under the Auspices of UNESCO/National Center for International Research on Karst Dynamic System and Global Change, Guilin, Guangxi 541004,China

4.
Guangxi Karst Resources and Environment Research Center of Engineering Technology, Guilin, 541004, Guangxi, China

More Information

Corresponding author: HUANG Qibo, qbohuang0108@163.com

Received Date: 20 March 2022

Publish Date: 25 October 2022

摘要

摘要:
硫酸型酸雨沉降至地表经石灰土缓冲后，参与碳酸盐岩溶蚀及对岩溶碳汇的影响尚不明确，严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究通过设置不同土层厚度条件下pH 4.5的硫酸型酸雨淋滤实验，以明确石灰土对硫酸型酸雨的缓冲过程及关键控制因素。结果表明：石灰土对酸雨的缓冲作用主要发生在表层(10 cm)，淋出液中Ca²⁺、Mg²⁺、 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 含量在淋溶初期均表现快速降低，当淋溶量(土壤水达饱和后)为1 020 mL时Ca²⁺、Mg²⁺、 ${\rm{HCO}}_{{3}}^{-}$ 淋失量趋于稳定，稳定淋失量分别为20 mg·L⁻¹、6 mg·L⁻¹、40 mg·L⁻¹。淋出液中被酸雨H⁺交换出的Ca²⁺、Mg²⁺仅占很小一部分，土壤水溶性Ca²⁺、Mg²⁺是淋出液中Ca²⁺、Mg²⁺的主要部分，开放系统中，大气和土壤CO₂溶于降雨形成H₂CO₃不仅增加碳汇，且H₂CO₃解离产生的H⁺交换土壤中交换态Ca²⁺、Mg²⁺，造成Ca²⁺、Mg²⁺的淋失量不容忽视。不同厚度石灰土中交换性钙镁可缓冲酸雨容量均大于土壤碳酸钙矿物可缓冲容量，前者是后者的1.17~1.59倍。相同酸度、同一降雨量(土壤水达饱和后)下土壤盐基离子参与酸雨缓冲产生的碳汇量约为碳酸盐矿物风化缓冲产生碳汇量的2.1倍，不同厚度(≥10 cm)石灰土产生的碳汇量大致相等。根据本次实验及桂林市降雨数据计算，桂林市质纯石灰岩风化残积土壤区(土层厚度≥10 cm)，土壤盐基离子参与酸雨缓冲每年可产生0.59 ~0.93 mol·m⁻²的碳汇通量。
- 石灰土 /
- 硫酸型酸雨 /
- 盐基离子 /
- 缓冲机制 /
- 碳汇通量
Abstract:
After sulfuric acid rain settles to the surface and is buffered by lime soil, its participation in carbonate rock erosion and its impact on karst carbon sink are still unclear, which seriously restricts the accurate assessment of karst carbon sink effect in China. In order to clarify the buffering process and key control factors of lime soil to sulfuric acid rain, we conducted leaching experiments of sulfuric acid rain with pH=4.5 under different soil thicknesses. Results show that contents of Ca²⁺, Mg²⁺ and ${\rm{HCO}}_3^{-}$ in leaching solution decrease rapidly at the initial stage of leaching. When the leaching amount (after soil water reaches saturation) reaches 1,020 mL, the leaching loss of Ca²⁺, Mg²⁺ and ${\rm{HCO}}_3^{-}$ tends to be stable, and stable leaching amounts are 20 mg·L⁻¹, 6 mg·L⁻¹ and 40 mg·L⁻¹ respectively. The same ion in leaching solution of different thicknesses of soil columns shows the same trend, which indicates that the lime soil buffering of acid rain may mainly occur in the 10 cm (surface) soil layer. Ca²⁺ and Mg²⁺ exchanged by acid rain H⁺ in leaching solution only accounts for a small part, and the soil water-soluble Ca²⁺ and Mg²⁺ is the main part of Ca²⁺ and Mg²⁺ in leaching solution. In an open system, atmospheric and soil CO₂ dissolves in rainfall to form H₂CO₃, which not only increases carbon sink, but also exchanges Ca²⁺ and Mg²⁺ in soil with H+ generated by the dissociation of H₂CO₃. The leaching amount of Ca²⁺ and Mg²⁺as a result cannot be ignored. The special physical structure of topsoil may produce preferential flow, which will significantly reduce the exchangeable point of H⁺ in leachate, causing dissolution of carbonate minerals to assist the buffering of H⁺ in leachate. The karst area is the main place for carbon loss in terrestrial ecosystems, and the most intense carbon leaching occurs in surface soil. Exchangeable calcium, exchangeable magnesium and carbonate minerals in lime soil are principal reactants for buffering acid rain. The buffering capacity of exchangeable calcium and magnesium in lime soil with different thicknesses is greater than that of soil calcium carbonate minerals, and the former is 1.17-1.59 times as large as that of the latter. Under the same acidity and the same rainfall (after the soil water reaches saturation), the carbon sink generated by soil base ions participating in acid rain buffering is about 2.1 times as large as that generated by weathering buffering of carbonate minerals. Under the same rainfall conditions, the existence of lime soil can significantly increase carbon sink, and the carbon sink generated by lime soil with different thicknesses (≥10 cm) is roughly equal. According to this experiment and the rainfall data of Guilin, in the weathered residual soil area of pure limestone in Guilin (soil thickness greater than 10 cm), the participation of soil base ions in acid rain buffering can produce 0.59-0.93 mol·m⁻² carbon sink flux per year.
- lime soil /
- sulfuric acid rain /
- base ions /
- buffer mechanism /
- carbon sink flux

HTML全文

0. 引　言

长期以来，地质碳汇一直被公认为脱碳方案的一个重要部分，其中碳酸盐岩的碳酸溶蚀产生岩溶碳汇是地质碳汇的主要组成部分，然而近年来越来越多的学者发现硫酸广泛参与了流域岩石矿物的化学风化^[1-4]，硫酸参与碳酸盐岩溶蚀不消耗大气或土壤中的CO₂，当环境条件改变时该过程产生的 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 会因碳酸盐矿物沉淀而向大气净释放CO₂，成为大气CO₂源^[5-6]。我国西南岩溶区是岩溶碳汇的重要发生地，然而硫酸对碳酸盐岩侵蚀向大气释放的CO₂通量相当于每年西南碳酸盐岩风化消耗CO₂总通量的33%^[5]。另一方面，岩溶区石灰土具有富钙偏碱的特征，pH接近中性或中性以上^[7]，阳离子交换量较高，对大气酸沉降具有较高的缓冲容量及阈值^[8]。当土壤中交换性盐基离子不能充分交换H⁺时，H⁺才会溶蚀风化土壤或表层带碳酸盐岩^[9]。因此，大气酸沉降的H⁺可能优先与土壤中交换性阳离子进行交换，而并没有参与碳酸盐岩的溶蚀^[6]，进而不能形成大量的因碳酸盐矿物沉淀而向大气释放CO₂的 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ ，产生减汇。

土壤对外来离子有一定的中和缓冲能力^[10-11]，酸沉降进入土壤引起土壤内部一系列的化学反应，包括黏土矿物表面吸附的阳离子与酸雨H⁺交换、元素淋溶、黏土矿物风化、土壤酸化等，致使土壤可给性营养元素(钙、镁、钾、钠)流失，甚至释放或活化某些毒性元素(铝、镉等)^[12-13]。耿增超等^[14]依据土壤pH范围划分了碳酸盐缓冲体系、交换性盐基和可变电荷位点缓冲体系、铝(氢)氧化物缓冲体系3个土壤酸缓冲体系。廖柏寒等^[15]认为酸雨进入土壤后按缓冲先后过程存在如下三个缓冲体系：阳离子交换缓冲、氢氧化铝水解缓冲和原生矿物风化缓冲。前人对酸雨的土壤缓冲性能已有较多的研究，且多运用模拟酸雨土柱淋溶实验探究土壤对酸雨的缓冲过程^[15-18]，而针对质纯石灰岩风化形成石灰土对酸雨缓冲性能的研究较少^[19-20]，由于石灰土有较强的酸雨缓冲能力，酸雨来源的H⁺经过石灰土层的缓冲后是否还具有参与碳酸盐岩溶蚀而产生减汇效应的研究并未开展，这不仅关系到全球岩溶碳汇效应计算结果的准确性和可信度，更是当前岩溶碳汇研究必须回答的科学问题。

中国酸雨区是世界三大酸雨区之一^[21-22]，2003年以来中国酸雨区面积占国土面积比例为5.5%~15.6%，酸雨频率在50%以上的城市比例为7.9%~27.1%^[23]，其中强酸雨地区多出现在四川省东部、贵州省、广西壮族自治区北部^[24]。本文以广西壮族自治区北部桂林市恭城县嘉会镇质纯厚层石灰岩风化残疾土壤为供试土壤，设置10~80 cm不同土层厚度条件下相同酸度(pH=4.5)硫酸型酸雨的淋滤实验，通过收集检测淋出液，以明确石灰土对硫酸型酸雨的缓冲效应及关键控制因素，揭示土壤对酸雨的缓冲机理和缓冲容量。研究结果有助于岩溶碳汇潜力的准确评估，确立我国岩溶碳汇的国际地位，对准确评价地质碳汇在碳中和中的作用意义重大。

1. 材料与方法

1.1 供试材料

实验用土为桂林市恭城县嘉会镇绵羊脚村融县组(D₃r)灰岩风化土壤，该处基岩为质纯微晶灰岩、生物粒屑灰岩夹少量白云质灰岩，在厚层灰岩风化形成土壤的地区具有很好的代表性。2021年7月分层采集供试土壤并用环刀法现场监测土壤容重和含水率，土壤剖面见照片1，采集土壤经风干研磨过100目样筛后送至自然资源部岩溶地质资源环境监督检测中心检测分析，土壤水溶性Ca²⁺、Mg²⁺和土壤交换性钙、镁采用电感耦合等离子光谱仪（赛默飞世尔iCAP 7600 ICP-OES）检测，土壤碳酸钙采用气量法检测，绝对偏差＜2×10⁻³，检测结果见表1。

图 1. 供试土壤自然剖面

Figure 1. Natural profile of tested soil

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1. 供试土壤基本理化性质

Table 1. Physico-chemical properties of soil samples

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
pH	6.62	6.66	6.51	6.63	6.62	6.52	6.54	6.92
容重/g·cm⁻³	1.47	1.37	1.24	1.33	1.58	1.68	1.63	1.62
含水率/%	23.2	26.6	24.7	27.9	29.7	27.0	25.6	27.4
水溶性Ca²⁺/×10^-6	5.75	11.70	8.97	10.90	8.89	3.10	11.80	8.02
交换性钙/cmol·kg⁻¹	7.4	4.7	4.2	4.6	6.4	4.8	5.0	5.3
水溶性Mg²⁺/×10^-9	3.48	3.89	4.77	6.42	5.90	4.69	5.90	6.02
交换性镁/cmol·kg⁻¹	2.4	1.9	1.7	2.1	2.4	2.5	2.7	2.9
碳酸钙/×10^-3	6.83	8.34	2.77	3.00	3.70	5.55	7.30	5.09

| Show Table

DownLoad: CSV

1.2 实验设计

以10 cm为一个土壤层，采集10~80 cm，8组层位土壤，将土壤晾晒风干研磨过20目筛子做实验用土。采样时现场分层监测土壤容重D(环刀法，未烘干状态)、含水率W(环刀法)。设置8组平行淋滤实验，每组实验石灰土厚度依次为10 cm、20 cm、···、80 cm，在实验室用超纯水和浓硫酸溶液配置pH为4.5的淋滤液，H⁺浓度3.16×10⁻⁵ mol·L⁻¹。实验用淋滤柱为直径20 cm的圆柱形有机玻璃柱，底部设出水阀口，用于收集淋出液，出水孔上部放置3 cm厚石英砂，采用蠕动泵驱动淋滤实验，设置淋滤速率0.03 mL·s⁻¹(蠕动泵转速单位为2)，单位面积石灰土淋滤速率0.34 mL·h⁻¹·cm⁻²，当淋滤液淹没土柱表层土壤约1 cm后关停蠕动泵，观察淋滤液液面位置，通过开关蠕动泵使淋滤液液面始终位于土柱表层土壤上方1 cm处。具体实验步骤如下：

（1）由底层至顶层按层位将研磨过目后土壤按原状土顺序填入淋滤柱内，每层(10 cm)放置土壤的质量依如下公式计算：

$M=D\cdot \pi \cdot {{10}^{2}}\cdot 10\div (1+W)$

式中：M为需添加的晒干过目后土壤质量；D为原始土壤容重；W为原始土壤含水率。

（2）单层土壤样放置入淋滤柱后，添加M_水质量的纯水，M_水的计算公式：

${{M}_{水}}=D\cdot \pi \cdot {{10}^{2}}\cdot 10\div (1+W)\cdot W$

式中：M_水为每层土壤需添加的纯水质量；D为原始土壤容重；W为原始土壤含水率。

（3）单层土壤添加完纯水后将土壤压平至该层土壤层位刻度(每层土壤层位厚10 cm)，然后加入上层土壤，重复步骤（1）、（2）。使淋滤柱内土壤基本保持原状。

（4）土壤添加完毕后，每组淋滤柱表层土壤上覆一层滤纸，并用塑料薄膜封住淋滤柱，静置24 h，然后开启蠕动泵，进行石灰土淋滤实验。实验装置见照片2。

图 2. 淋滤实验装置

Figure 2. Experimental equipment for leaching

下载: 全尺寸图片幻灯片

以检测水中Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺、 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 、 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 、 ${\rm{NO}}_3^{-}$ 、Cl⁻ 离子所需样品量(170 mL)为标准，在淋滤柱底部采集淋出液并记录采样时间，所有水样采样后放入4 ℃的保温箱中，3 d 内送至自然资源部岩溶地质资源环境监督检测中心检测。Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺采用电感耦合等离子光谱仪（赛默飞世尔iCAP 7600 ICP-OES）检测； ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 、 ${\rm{NO}}_3^{-}$ 、Cl⁻ 采用离子色谱仪（万通883）检测； ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 采用滴定法检测，相对标准偏差1.2%。

2. 结果与分析

实验共收集水样240组，10~80 cm厚度石灰土淋出液各30组(一组水样170 mL，淋溶总量5100 mL)，淋出液主要水化学指标统计结果见表2。

表 2. 石灰土淋出液水化学分析结果 (mg·L⁻¹)

Table 2. Hydrochemical analysis results of leachate from lime soil (mg·L⁻¹)

土层厚度/cm		pH	Ca²⁺	Mg²⁺	K⁺	Na⁺				Cl⁻
10 (n=30)	最大值	7.71	127.79	44.44	8.06	6.90	60.63	33.35	547.59	13.94
	最小值	7.15	15.68	5.72	2.97	0.59	28.29	19.83	3.99	1.48
	平均值	7.52	27.68	10.00	3.69	1.30	50.26	24.31	61.33	3.18
	标准差	0.17	27.07	9.87	1.33	1.32	9.52	3.11	138.60	3.18
	变异系数	2.30	97.79	98.61	36.18	101.77	18.94	12.79	225.98	100.30
20 (n=30)	最大值	7.46	69.97	16.61	12.51	5.36	44.46	34.83	249.84	14.56
	最小值	6.42	17.08	4.40	6.21	0.77	16.17	17.14	4.86	1.90
	平均值	7.00	30.20	7.84	8.48	1.61	31.60	28.01	81.15	4.36
	标准差	0.28	15.34	4.02	2.27	0.97	9.25	6.61	86.15	2.77
	变异系数	4.00	50.79	51.32	26.83	60.20	29.26	23.61	106.15	63.56
30 (n=30)	最大值	7.53	55.79	12.04	6.77	5.05	44.46	40.76	175.98	10.50
	最小值	6.73	19.04	4.64	4.10	0.92	28.29	20.44	4.77	1.90
	平均值	7.18	33.79	8.19	5.42	1.79	39.28	30.34	77.23	4.62
	标准差	0.25	10.54	2.47	0.94	0.86	4.40	7.17	54.16	1.86
	变异系数	3.51	31.18	30.16	17.30	48.09	11.20	23.63	70.13	40.40
40 (n=30)	最大值	7.57	48.20	9.30	4.82	5.24	60.63	29.72	119.70	7.74
	最小值	6.88	21.55	5.29	3.36	1.26	34.36	16.52	13.02	3.11
	平均值	7.23	29.60	7.10	3.99	2.01	42.98	21.73	59.98	4.37
	标准差	0.14	7.49	1.53	0.54	0.92	5.38	4.51	41.55	1.04
	变异系数	1.95	25.32	21.54	13.43	45.68	12.53	20.77	69.28	23.75
50 (n=30)	最大值	7.60	50.54	9.54	4.37	6.03	64.67	30.32	115.02	8.77
	最小值	6.82	19.55	4.74	2.81	1.16	36.38	16.77	5.72	3.10
	平均值	7.23	25.58	6.14	3.25	2.08	44.53	20.69	41.80	4.14
	标准差	0.22	6.91	1.22	0.41	1.08	6.24	3.24	31.25	1.43
	变异系数	3.10	26.99	19.89	12.70	51.97	14.02	15.67	74.76	34.54
60 (n=30)	最大值	7.50	47.84	10.43	3.72	7.26	52.55	33.96	125.59	9.41
	最小值	6.85	19.24	5.16	2.28	1.38	32.34	16.60	3.52	3.60
	平均值	7.16	24.84	6.67	2.74	2.23	42.84	20.78	39.90	4.63
	标准差	0.18	6.28	1.27	0.36	1.20	6.59	3.87	32.11	1.48
	变异系数	2.45	25.29	19.10	12.97	53.78	15.39	18.64	80.48	32.06
70 (n=30)	最大值	7.45	43.18	11.03	2.62	5.87	48.50	32.28	109.33	9.60
	最小值	6.89	17.63	5.56	1.63	1.39	28.29	18.60	3.30	3.60
	平均值	7.21	22.93	7.11	1.92	2.19	38.74	21.66	40.08	4.92
	标准差	0.15	5.43	1.27	0.22	0.95	7.60	3.10	29.48	1.42
	变异系数	2.02	23.68	17.87	11.46	43.28	19.62	14.32	73.56	28.88
80 (n=30)	最大值	7.38	30.82	8.25	1.08	3.38	44.46	18.78	62.97	8.53
	最小值	6.74	17.10	6.04	0.75	1.60	28.29	14.33	16.36	4.88
	平均值	7.08	21.31	7.39	0.89	2.02	35.30	15.41	45.09	5.81
	标准差	0.19	2.89	0.66	0.07	0.38	4.49	1.08	15.33	0.87
	变异系数	2.64	13.54	8.90	8.33	18.84	12.73	7.01	33.99	15.03
注：n为样品数量。

| Show Table

DownLoad: CSV

2.1 模拟酸雨淋溶下Ca²⁺、Mg²⁺淋溶动态变化

土壤中的盐基离子通常以可溶态、交换态或与矿物结合态存在，因此，盐基离子淋失的过程是与溶解、交换和水解作用相联系的^[25]。由图1可知，10~80 cm土柱淋滤实验的淋溶初期，淋出液中Ca²⁺、Mg²⁺含量均表现快速降低，且均在淋溶量为1 020 mL后趋于稳定，Ca²⁺稳定流出量约为20 mg·L⁻¹，Mg²⁺稳定流出量约为6 mg·L⁻¹，不同厚度土柱淋出液同一离子表现相同的变化趋势说明酸雨的缓冲可能主要发生在10 cm(表层)土壤层，俞元春等^[26]的研究结果也显示表层土对酸雨的缓冲性能远大于底层土。土壤每缓冲掉酸雨中一个当量的H⁺就会淋失一个当量的盐基离子^[15]，根据淋滤液H⁺浓度可知土壤中被交换淋失的[Ca²⁺+Mg²⁺](当量)值为3.16×10⁻⁵ mol·L⁻¹，该值仅为Ca²⁺、Mg²⁺稳定流出当量值(1.5×10⁻³ mol·L⁻¹)的2.1%，说明淋出液中Ca²⁺、Mg²⁺可能主要为水溶性Ca²⁺、Mg²⁺淋失。以Ca²⁺、Mg²⁺稳定流出量和表1数据计算各土壤层位水溶性Ca²⁺、Mg²⁺含量及可参与淋溶量(表3)，可知在本次实验设计的5 100 mL淋溶量内，10~30 cm土柱土壤水溶性Ca²⁺、Mg²⁺可能已基本淋溶完，并可能有碳酸盐矿物参与淋溶风化。

图 1. Ca²⁺、Mg²⁺淋溶动态变化

Figure 1. Leaching dynamic change of Ca²⁺ and Mg²⁺

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 3. 不同厚度土壤Ca²⁺、Mg²⁺含量及可参与淋溶量

Table 3. Contents of Ca²⁺ and Mg²⁺ in soil with different thicknesses and the amount that can be involved in leaching

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
单层水溶性Ca²⁺/mg	21.48	39.78	28.03	35.61	34.04	12.84	48.12	32.04
累积水溶性Ca²⁺/mg	21.48	61.26	89.29	124.90	158.94	171.78	219.90	251.94
水溶性Ca²⁺可参与淋溶量/L	1.07	3.06	4.46	6.24	7.95	8.59	11.00	12.60
单层水溶性Mg²⁺/mg	13.00	13.23	14.91	20.97	22.59	19.43	24.06	24.05
累积水溶性Mg²⁺/mg	13.00	26.22	41.13	62.10	84.70	104.13	128.19	152.24
水溶性Mg²⁺可参与淋溶量/L	2.17	4.37	6.86	10.35	14.12	17.36	21.37	25.37

| Show Table

DownLoad: CSV

2.2 模拟酸雨淋溶下 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 、 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 淋溶动态变化

淋出液pH在6.42~7.71范围内变化，淋溶流失的无机碳主要以 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 形式存在。由图2可知，10~30 cm土柱淋出液中 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 含量随淋溶量的增加而增加，说明表层石灰土中无机碳受酸雨淋溶影响较为强烈。40~80 cm土柱淋出液中 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 含量则表现先快速降低，在淋溶量为680 mL时趋于平稳，稳定流出量约在40 mg·L⁻¹，以桂林市多年平均降雨量1 886 mm^[27]计算可知研究区每年碳流失量约为14.8 g·m⁻²，该值约为陆地生态系统每年平均碳流失量^[28]的2.2倍，可见岩溶区碳流失是陆地生态系统碳流失的主要发生场所，且以表层土壤碳淋失最为强烈。

图 2.

${\rm{HCO}}_3^{-}$ 、

${\rm{SO}}_4^{2-}$ 淋溶动态变化

Figure 2. Leaching dynamic change of

${\rm{HCO}}_3^{-}$ and

${\rm{SO}}_4^{2-}$

下载: 全尺寸图片幻灯片

淋溶初始阶段不同厚度土柱淋出液中 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 含量随淋溶量增加均呈现快速下降，在淋溶量为1 020 mL时20~80 cm土柱淋出液 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 含量转为缓慢上升，该过程的临界点与Ca²⁺、Mg²⁺淋溶临界点相同，而10 cm土柱淋出液 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 含量微弱上升后继续下降，前文“Ca²⁺、Mg²⁺淋溶动态变化”分析可知10 cm土柱淋溶过程中可能有碳酸盐矿物参与淋溶，碳酸盐矿物淋溶风化后形成的Ca²⁺、Mg²⁺与 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 结合形成溶解度低的硫酸盐淀积于土壤中，致使淋出液 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 含量下降。不同土柱淋溶初始阶段 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 含量快速下降可能与土壤中水溶性 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 随淋滤液流失有关，当淋溶量达某一阀值（约1 020 mL）时，土壤中水溶性 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 可能已基本淋失完，随着淋溶的继续进行，大量的 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 由于土壤胶体的专性吸附和静电吸附^[14]滞留于土壤中，土壤胶体的吸附量逐渐达饱和，致使淋出液中 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 含量逐渐升高，且随土层厚度增加，淋出液中 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 含量增幅逐渐变缓。

3. 讨　论

3.1 淋出液[Ca²⁺+Mg²⁺]与[ ${\rm{HCO}}_3^{-}$ ]来源

土壤中钙、镁的存在形态主要有矿物态、交换态、水溶态和少量的有机结合态，交换态钙约占土壤全钙量20%~30%，是土壤盐基总量的主要部分，镁在土壤中主要以矿物态存在，可占土壤全镁量的70%~90%^[14]。由图3可知，淋出液中Ca²⁺+Mg²⁺当量值远大于淋滤液H⁺交换出的盐基离子理论当量值(3.16×10⁻² meq·L⁻¹)，这主要是因为淋出液中Ca²⁺、Mg²⁺除了被交换淋出的Ca²⁺、Mg²⁺，还含有大量的土壤水溶性Ca²⁺、Mg²⁺，当酸雨持续沉降时，土壤中原生或次生矿物风化消耗H⁺释放Ca²⁺、Mg²⁺，实现对酸沉降的缓冲^[29]。

图 3. 淋出液[Ca²⁺+Mg²⁺]与

${\rm{HCO}}_3^{-}$ 毫克当量关系

Figure 3. The equivalent relation between [Ca²⁺+Mg²⁺] and

${\rm{HCO}}_3^{-}$ in the leaching solution

下载: 全尺寸图片幻灯片

水中 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 来源主要为大气或土壤中CO₂溶于水解离和碳酸盐矿物受质子侵蚀风化^[30]，反应方程如下：

$\tag{反应式1} \mathrm{CO}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}=\mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}=\mathrm{H}^++\mathrm{HCO}_{3}^- \quad\quad$

$\tag{反应式2} \mathrm{H}^++\mathrm{Ca}_{x} \mathrm{Mg}_{(1-x)} \mathrm{CO}_{3}=\mathrm{Ca}_{x}^{2+}+\mathrm{Mg}_{(1-x)}^{2+}+\mathrm{HCO}_{3}^-$

在石灰土的缓冲下，反应式1中生成的H⁺可能并不参与碳酸盐矿物的分解(反应式2)，而优先参与交换土壤中的盐基离子^[15]，反应过程如下：

$\tag{反应式3}土壤胶体\textemdash 盐基离子 +\mathrm{H}^+ \rightarrow 土壤胶体\textemdash \mathrm{H}^++盐基离子$

碳酸盐岩风化残积土中钙、镁含量可占其他化学成分的90%以上^[7]，土壤中盐基离子含量可估算为Ca²⁺、Mg²⁺含量。淋滤液为超纯水配制，无机碳含量可忽略不计，淋出液中 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 主要为大气、土壤CO₂溶于淋滤液解离生成（反应式1），该反应生成的H⁺交换土壤胶体中的盐基离子（反应式3），产生等当量的Ca²⁺、Mg²⁺，故淋出液中水溶性Ca²⁺、Mg²⁺当量值可用如下公式计算：

$\tag{公式1} \begin{split} &\left[\mathrm{Ca}^{2+}+\mathrm{Mg}^{2+}\right]_{\text {水溶性}}=\left[\mathrm{Ca}^{2+}+\mathrm{Mg}^{2+}\right]_{\text {实测 }}-\\ &\quad\quad\quad\left[\mathrm{Ca}^{2+}+\mathrm{Mg}^{2+}\right]_{ {酸雨 \mathrm{H}+交换 }} -\left[\mathrm{HCO}_{3}^-\right]_{\text {实测 }} \end{split}$

土壤中被H⁺交换出的Ca²⁺、Mg²⁺当量值为：

$\tag{公式2}\left[\mathrm{Ca}^{2+}+\mathrm{Mg}^{2+}\right]_{ 交换} = \left[\mathrm{Ca}^{2+}+\mathrm{Mg}^{2+}\right]_{ {酸雨 \mathrm{H}+ \text {交换 }}}+\left[\mathrm{HCO}_{3}{ }^-\right]_{\text {实测 }}$

由降水pH值计算可知淋出液中被H⁺交换淋失的Ca²⁺、Mg²⁺当量浓度为：

$\left[\mathrm{Ca}^{2+}+\mathrm{Mg}^{2+}\right]_{酸雨{\rm{H}}+交换}=3.16 \times 10^{-2} \;\mathrm{meq} \cdot \mathrm{L}^{-1}$

根据公式（1）、（2）及表1、表3数据计算土壤淋出液水溶性和交换性Ca²⁺、Mg²⁺当量值及淋失比，计算结果见表4。

表 4. 不同厚度土壤累积Ca²⁺、Mg²⁺含量及淋失比

Table 4. Accumulative content of Ca²⁺ and Mg²⁺ in soil with different thicknesses and its leaching-loss ratio

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
累积土壤水溶性Ca²⁺/meq	1.07	3.06	4.46	6.24	7.95	8.59	11.00	12.60
累积土壤水溶性Mg²⁺/meq	1.08	2.19	3.43	5.18	7.06	8.68	10.68	12.69
累积土壤水溶性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	2.16	5.25	7.89	11.42	15.00	17.27	21.68	25.28
淋出液水溶性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	6.95	8.23	8.65	6.81	5.25	5.43	5.47	5.46
水溶性Ca²⁺+Mg²⁺淋失比/%	321.76	156.76	109.63	59.63	35.00	31.44	25.23	21.60
累积土壤交换性Ca²⁺/mg	11056	17448	22698	28709	38511	46466	54622	63091
累积土壤交换性Ca²⁺/meq	553	872	1135	1435	1926	2323	2731	3155
累积土壤交换性Mg²⁺/mg	2151	3702	4977	6623	8829	11315	13957	16738
累积土壤交换性Mg²⁺/meq	179	308	415	552	736	943	1163	1395
累积土壤交换性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	732	1180	1550	1987	2662	3266	3894	4550
淋出液交换性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	4.36	2.80	3.44	3.75	3.88	3.74	3.40	3.11
交换性Ca²⁺+Mg²⁺淋失比/%	0.60	0.24	0.22	0.19	0.15	0.11	0.09	0.07

| Show Table

DownLoad: CSV

由表4可知，10~30 cm土柱土壤水溶性Ca²⁺、Mg²⁺淋失比均大于100%，说明淋出液中Ca²⁺、Mg²⁺有水溶性Ca²⁺、Mg²⁺、酸雨H⁺交换淋失Ca²⁺、Mg²⁺之外的其他来源，另外10~30 cm土柱淋出液中 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 含量均随淋溶量升高而增加，说明淋滤液中H⁺或CO₂溶解解离产生的H⁺可能与土壤中碳酸盐矿物反应生成 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ ，同时产生2倍当量的Ca²⁺、Mg²⁺(反应式2)。表层土壤特殊的物理结构可能会有优先流产生^[31]，淋滤液中H⁺不能很好的渗流至土壤中每个盐基离子交换点，虽然土壤中有足够可被H⁺交换的盐基离子，解离的H⁺仍有可能侵蚀土壤碳酸盐矿物产生一定的碳汇效应。淋出液中被酸雨H⁺交换出的Ca²⁺、Mg²⁺仅占很小一部分，土壤中水溶性Ca²⁺、Mg²⁺是淋出液中Ca²⁺、Mg²⁺的主要部分，在开放系统中，大气和土壤CO₂溶于降雨形成H₂CO₃不仅增加碳汇，且H₂CO₃解离产生的H⁺交换土壤中交换态Ca²⁺、Mg²⁺，造成Ca²⁺、Mg²⁺的淋失量不容忽视。

由反应式2、3可知，土壤受H⁺侵蚀产生的Ca²⁺、Mg²⁺和 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 存在一定的比例关系，若淋出液中[Ca²⁺+Mg²⁺](当量值)显著偏离H⁺溶蚀碳酸盐曲线，则可能有大量的水溶性Ca²⁺、Mg²⁺参与淋溶。由图3可知，10 cm土柱有大量的水溶性Ca²⁺、Mg²⁺淋失，这可能因为表层土壤较易产生优先流，土壤对离子的吸附淀积作用较弱。当淋出液[ ${\rm{HCO}}_3^{-}$ ]大于0.8 meq·L⁻¹时，10 cm土柱淋出液离子当量关系接近H₂CO₃溶蚀碳酸盐曲线，说明在优先流作用下，H⁺的可交换点显著下降，造成以碳酸盐矿物溶蚀辅助缓冲淋滤液中H⁺。

3.2 石灰土对酸雨缓冲容量的预算

交换性盐基阳离子、氢氧化铝和原生或次生矿物是土壤缓冲酸雨的主要反应物^[15]。本次实验供试土壤缓冲酸雨反应物主要为土壤中交换性钙镁和碳酸盐矿物。土壤交换性钙镁的酸雨缓冲容量依据公式3及表5数据计算。若酸雨中k₁mol H⁺及k₂mol CO₂溶于降水产生的H⁺侵蚀碳酸盐矿物（反应式4、反应式5），依据（公式4）－（公式8）及表1数据可知碳酸盐矿物溶蚀产生的Ca²⁺当量值及可缓冲的酸雨容量，计算统计结果见表5。

表 5. 不同厚度石灰土可缓冲酸雨(pH＝4.5)容量

Table 5. Capacity of buffer acid rain(pH＝4.5) in different thicknesses of lime

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
土壤交换性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	732	1 180	1 550	1 987	2 662	3 266	3 894	4 550
淋出液交换性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	4.36	2.80	3.44	3.75	3.88	3.74	3.40	3.11
H_交换态/mm(pH＝4.5)	27 269	68 449	73 184	86 061	111 434	141 836	186 019	237 625
土壤碳酸钙_以钙计/g	10.20	21.55	25.01	28.93	34.60	43.79	55.70	63.84
溶蚀矿物态钙/g	0.09	0.06	0.07	0.08	0.08	0.07	0.07	0.06
H_矿物态/mm(pH＝4.5)	18408	58 336	58 030	58 735	70 247	101 606	129 240	172 815
H_交换态/ H_矿物态	1.48	1.17	1.26	1.47	1.59	1.40	1.44	1.38

| Show Table

DownLoad: CSV

$\tag{公式3} \mathrm{H}_{\text {交换态 }}=10 \times \dfrac{\text{5100}\text{}\text{×}\text{}{\text{[}{\text{C}}{\text{a}}^{\text{2+}}\text+\text{}{\text{M}}{\text{g}}^{\text{2+}}\text{]}}_{\text{土壤}}}{{\text{10}}^{\text{2}}\text{× π ×}{\text{[}{\text{C}}{\text{a}}^{\text{2+}}+{\text{}\text{M}{\text{g}}}^{\text{2+}}\text{]}}_{\text{淋出液}}}$

式中：H_交换态为土壤交换性钙镁可缓冲pH4.5的酸雨容量（mm）；5 100为本次实验设计的总淋溶量（mL）；[Ca²⁺+Mg²⁺]_土壤为土壤交换性钙镁当量值（meq）；[Ca²⁺+Mg²⁺]_淋出液为淋出液交换性钙镁当量值（meq）。

$\tag{反应式4} k_{2} \mathrm{CO}_{2}+k_{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}=k_{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}==k_{2} \mathrm{H}^++k_{2} \mathrm{HCO}_{3}^-$

$\tag{反应式5} \begin{split} &\left(k_{1}+k_{2}\right) \mathrm{H}^++\left(k_{1}+k_{2}\right) \mathrm{Ca}_{x} \mathrm{Mg}_{(1-x)} \mathrm{CO}_{3}=\left(k_{1}+k_{2}\right) \mathrm{Ca}_{x}^{2+}+\\ &\quad\quad\quad\left(k_{1}+k_{2}\right) \mathrm{Mg}_{(1-x)}^{2+}+\left(k_{1}+k_{2}\right) \mathrm{HCO}_{3}^- \\[-15pt] \end{split}$

上述反应产生的 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 满足如下关系：

$\tag{公式4} \left[\mathrm{HCO}_{3}^-\right]_{\text {实测 }}=k_{1}+2 k_{2}$

$\tag{公式5} k_{1}=3.16 \times 10^{-5} \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{L}^{-1} (依降水 \mathrm{pH} 计算 )$

$\tag{公式6} \left[\mathrm{Ca}^{2+}\right]_{\text {溶蚀 }}=2 k_{1}+2 k_{2}$

土壤原生或次生碳酸钙可缓冲酸雨容量为：

$\tag{公式7} \mathrm{H}_{\text {矿物态 }}=10 \times \dfrac{\text{5100 ×}{\text{M}}_{\text{Ca}\text{土壤}}}{{\text{10}}^{\text{2}}\text{× π ×}{\text{M}}_{\text{Ca}\text{溶蚀}}}$

$\tag{公式8} \mathrm{M}_{\mathrm{Ca} \text { 溶蚀 }}=40 \times 1 / 2\left[\mathrm{Ca}^{2+}\right]_{\text {溶蚀 }} \times 1 / 1000$

式中：H_矿物态为土壤碳酸钙矿物可缓冲pH=4.5的酸雨容量（mm）；5100为本次实验设计总淋溶量（mL）；M_Ca土壤为土壤碳酸钙(以钙计)含量（g）；M_Ca溶蚀为土壤碳酸钙(以钙计)的溶蚀量（g）。

由表5可知，10~80 cm厚石灰土中交换性钙镁可缓冲27 269~23 7625 mm pH为4.5的酸性降水，土壤碳酸钙矿物可缓冲18 408~172 815 mm pH为4.5的酸性降水，随土层厚度增加土壤交换性钙镁和碳酸钙可缓冲酸性降水量逐渐增加。对比可知，土壤交换性钙镁对酸雨的缓冲容量是碳酸盐矿物(碳酸钙)缓冲容量的1.17~1.59倍，这一方面因为土壤中交换性钙镁含量远大于土壤碳酸钙含量，另一方面土壤交换性钙镁优先参与缓冲酸雨中H⁺，但由于原状土壤的特殊物理结构，淋滤液不能均匀的渗流到土壤中的离子交换点，致使交换性钙镁淋失不均匀，局部伴随有碳酸钙淋溶风化。实验结果显示土壤交换性盐基离子具有巨大的酸雨缓冲能力，一定强度的酸性降水并不能很快将交换性盐基离子全部消耗掉，甚至需要持续几十年的酸性降水才能完全消耗掉土壤中交换性盐基离子。

然而天然条件下石灰土对酸性降水的缓冲能力往往远大于实验计算的结果^[32]，由于天然条件的复杂性，本研究对石灰土缓冲酸雨容量的计算设置了几个限制条件：（1）只考虑酸雨中H⁺输入带来的交换缓冲反应，未考虑天然降水中H⁺之外的其他成分的影响；（2）输入的H⁺与交换性盐基离子的交换是完全的；（3）未考虑土表植被凋落物、土壤养分循环、土壤生物作用、人为输入物质等的影响。

3.3 石灰土缓冲下酸雨沉降产生的碳汇量计算

酸雨沉降经石灰土缓冲后，H⁺可能全部参与交换土壤中盐基离子，也可能侵蚀部分碳酸盐矿物甚至全部与碳酸盐矿物反应。由反应式1、3可知若酸雨中a mmol H⁺及b mmol CO₂溶于降水解离产生的H⁺全部参与土壤盐基离子交换，则会产生b_y mmol的碳汇，计算公式如下：

$\tag{公式9} b_{\mathrm{y}}=\displaystyle\sum\nolimits_{\mathrm{i}=1}^{30}\left[\left(\mathrm{HCO}_{3}^-\right)_{\text {实测 }} \times 0.17\right]$

若a mmol H⁺及b mmol CO₂溶解解离产生的H⁺全部与碳酸盐矿物反应，依据反应式4-5及公式4可知产生的碳汇量为：

$\tag{公式10} b_{\mathrm{t}}=\displaystyle\sum\nolimits_{\mathrm{i}=1}^{30}\left\{1 / 2\left[\left(\mathrm{HCO}_{3}^-\right)_{\text {实测 }}-a\right] \times 0.17\right\}$

式中：b_y、b_t为两种酸雨缓冲机制产生的碳汇量（mmol）；( ${\rm{HCO}}_3^{-}$ )_实测为淋出液 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 浓度（mmol·L⁻¹）；a为3.16×10⁻² mmol·L⁻¹ (依降水pH 计算)，每个土柱共收集30组淋出液，每组淋出液0.17 L。

依据公式9和公式10计算土壤盐基离子、碳酸盐矿物分别参与酸雨缓冲作用产生的碳汇量(表6)，可知土壤盐基离子参与酸雨缓冲产生的碳汇量约为碳酸盐矿物风化缓冲产生碳汇量的2.1倍。相同酸度、同一降雨量(土壤水达饱和后)下不同厚度石灰土产生的碳汇量大致相等，说明石灰土对酸雨的缓冲作用主要发生在表层，相同降雨条件下石灰土的存在能显著提高碳汇量。

表 6. 酸雨沉降下不同厚度石灰土产生的碳汇通量

Table 6. The carbon sink flux of lime soil with different thicknesses caused by acid rain deposition

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
碳汇量b_y/mmol	4.20	2.64	3.28	3.59	3.72	3.58	3.24	2.95
碳汇量b_t/mmol	2.02	1.24	1.56	1.72	1.78	1.71	1.54	1.40
碳汇量b_y/碳汇量b_t	2.08	2.13	2.10	2.09	2.09	2.09	2.10	2.11
碳汇量C_Y/mol·m⁻²·y⁻¹	0.93	0.59	0.73	0.80	0.83	0.79	0.72	0.65
碳汇量C_T/mol·m⁻²·y⁻¹	0.45	0.28	0.35	0.38	0.39	0.38	0.34	0.31

| Show Table

DownLoad: CSV

研究区（桂林市）多年平均降雨量1 886 mm，降雨pH年均值范围4.85~5.23，酸雨频率范围42.5%~74.9%^[24]，本文取降雨pH＝4.5、酸雨频率60%、降雨量1 886 mm计算石灰土缓冲下，酸雨沉降引起的碳汇量。

土壤盐基离子(Y)、碳酸盐矿物(T)分别参与酸雨缓冲产生的碳汇量计算公式如下：

$\tag{公式11} \begin{split} C_{\rm{Y}}=&\frac{h \times \delta \times \pi \times r^2 \times b_{\rm{y}} \times 10^{-1}}{5100} \times\\ &\frac{10^4}{\pi \times r^2} \times 10^{-3}=\frac{{h} \times \delta \times b_{\rm{y}}}{5100} \end{split}$

$\tag{公式12} \begin{split}\;\\ C_{\rm{T}}=&\frac{h \times \delta \times \pi \times r^2 \times b_{\rm{t}} \times 10^{-1}}{5100} \times\\ &\frac{10^4}{\pi \times r^2} \times 10^{-3}=\frac{h \times \delta \times b_{\rm{t}}}{5100} \end{split}$

式中：C_Y、C_T分别为土壤盐基离子、碳酸盐矿物参与酸雨缓冲产生的碳汇量（mol·m⁻²·y⁻¹）；h为降雨量（mm）；δ为酸雨频率；r为淋滤柱半径（cm）；b_y、b_t分别为本次实验土壤盐基离子、碳酸盐矿物参与酸雨缓冲产生的碳汇量（mmol）；5 100为本次实验设计的总淋溶量（mL）。

根据公式11和公式12计算研究区石灰土缓冲下酸雨沉降产生的碳汇量（表6），可知桂林市质纯石灰岩风化残积土壤区(土层厚度≥10 cm)，土壤盐基离子参与酸雨缓冲每年可产生0.59~0.93 mol·m⁻²的碳汇通量。当土壤盐基离子淋失殆尽或无土层覆盖，原生或次生碳酸盐矿物参与酸雨缓冲每年可产生0.28~0.45 mol·m⁻²的碳汇通量。

4. 结　论

（1）石灰土对酸雨的缓冲作用主要发生在表层(10 cm)，表层土壤特殊的物理结构可能会引起优先流，并致使H⁺的可交换点显著下降，造成以碳酸盐矿物溶蚀辅助缓冲淋滤液中H⁺。淋出液中被酸雨H⁺交换出的Ca²⁺、Mg²⁺仅占很小一部分，土壤中水溶性Ca²⁺、Mg²⁺是淋出液中Ca²⁺、Mg²⁺的主要部分，在开放系统中，大气和土壤CO₂溶于降雨形成H₂CO₃不仅增加碳汇，且造成土壤中交换态Ca²⁺、Mg²⁺一定程度的流失；

（2）不同厚度石灰土中交换性钙镁可缓冲酸雨容量均大于土壤碳酸钙矿物可缓冲容量，前者是后者的1.17~1.59倍，随土层厚度增加土壤交换性钙镁和碳酸钙可缓冲酸性降水量逐渐增加。土壤交换性盐基离子具有巨大的酸雨缓冲能力，一定强度的酸性降水并不能很快将交换性盐基离子消耗掉，甚至需要持续几十年的酸性降水才能完全消耗掉土壤中交换性盐基离子；

（3）相同酸度、同一降雨量(土壤水达饱和后)下土壤盐基离子参与酸雨缓冲产生的碳汇量约为碳酸盐矿物风化缓冲产生碳汇量的2.1倍，不同厚度(≥10 cm)石灰土产生的碳汇量差值较小。根据本次实验及桂林市降雨数据计算，桂林市质纯石灰岩风化残积土壤区(土层厚度≥10 cm)，土壤盐基离子参与酸雨缓冲每年可产生0.59~0.93 mol·m⁻²的碳汇通量。当土壤盐基离子淋失殆尽或无土层覆盖，原生或次生碳酸盐矿物参与酸雨缓冲每年可产生0.28~0.45 mol·m⁻²的碳汇通量。

图 1 供试土壤自然剖面

Figure 1.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 淋滤实验装置

Figure 2.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 1 Ca²⁺、Mg²⁺淋溶动态变化

Figure 1.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 、 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 淋溶动态变化

Figure 2.

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 淋出液[Ca²⁺+Mg²⁺]与 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 毫克当量关系

Figure 3.

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 供试土壤基本理化性质

Table 1. Physico-chemical properties of soil samples

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
pH	6.62	6.66	6.51	6.63	6.62	6.52	6.54	6.92
容重/g·cm⁻³	1.47	1.37	1.24	1.33	1.58	1.68	1.63	1.62
含水率/%	23.2	26.6	24.7	27.9	29.7	27.0	25.6	27.4
水溶性Ca²⁺/×10^-6	5.75	11.70	8.97	10.90	8.89	3.10	11.80	8.02
交换性钙/cmol·kg⁻¹	7.4	4.7	4.2	4.6	6.4	4.8	5.0	5.3
水溶性Mg²⁺/×10^-9	3.48	3.89	4.77	6.42	5.90	4.69	5.90	6.02
交换性镁/cmol·kg⁻¹	2.4	1.9	1.7	2.1	2.4	2.5	2.7	2.9
碳酸钙/×10^-3	6.83	8.34	2.77	3.00	3.70	5.55	7.30	5.09

下载: 导出CSV

表 2 石灰土淋出液水化学分析结果 (mg·L⁻¹)

Table 2. Hydrochemical analysis results of leachate from lime soil (mg·L⁻¹)

土层厚度/cm		pH	Ca²⁺	Mg²⁺	K⁺	Na⁺				Cl⁻
10 (n=30)	最大值	7.71	127.79	44.44	8.06	6.90	60.63	33.35	547.59	13.94
	最小值	7.15	15.68	5.72	2.97	0.59	28.29	19.83	3.99	1.48
	平均值	7.52	27.68	10.00	3.69	1.30	50.26	24.31	61.33	3.18
	标准差	0.17	27.07	9.87	1.33	1.32	9.52	3.11	138.60	3.18
	变异系数	2.30	97.79	98.61	36.18	101.77	18.94	12.79	225.98	100.30
20 (n=30)	最大值	7.46	69.97	16.61	12.51	5.36	44.46	34.83	249.84	14.56
	最小值	6.42	17.08	4.40	6.21	0.77	16.17	17.14	4.86	1.90
	平均值	7.00	30.20	7.84	8.48	1.61	31.60	28.01	81.15	4.36
	标准差	0.28	15.34	4.02	2.27	0.97	9.25	6.61	86.15	2.77
	变异系数	4.00	50.79	51.32	26.83	60.20	29.26	23.61	106.15	63.56
30 (n=30)	最大值	7.53	55.79	12.04	6.77	5.05	44.46	40.76	175.98	10.50
	最小值	6.73	19.04	4.64	4.10	0.92	28.29	20.44	4.77	1.90
	平均值	7.18	33.79	8.19	5.42	1.79	39.28	30.34	77.23	4.62
	标准差	0.25	10.54	2.47	0.94	0.86	4.40	7.17	54.16	1.86
	变异系数	3.51	31.18	30.16	17.30	48.09	11.20	23.63	70.13	40.40
40 (n=30)	最大值	7.57	48.20	9.30	4.82	5.24	60.63	29.72	119.70	7.74
	最小值	6.88	21.55	5.29	3.36	1.26	34.36	16.52	13.02	3.11
	平均值	7.23	29.60	7.10	3.99	2.01	42.98	21.73	59.98	4.37
	标准差	0.14	7.49	1.53	0.54	0.92	5.38	4.51	41.55	1.04
	变异系数	1.95	25.32	21.54	13.43	45.68	12.53	20.77	69.28	23.75
50 (n=30)	最大值	7.60	50.54	9.54	4.37	6.03	64.67	30.32	115.02	8.77
	最小值	6.82	19.55	4.74	2.81	1.16	36.38	16.77	5.72	3.10
	平均值	7.23	25.58	6.14	3.25	2.08	44.53	20.69	41.80	4.14
	标准差	0.22	6.91	1.22	0.41	1.08	6.24	3.24	31.25	1.43
	变异系数	3.10	26.99	19.89	12.70	51.97	14.02	15.67	74.76	34.54
60 (n=30)	最大值	7.50	47.84	10.43	3.72	7.26	52.55	33.96	125.59	9.41
	最小值	6.85	19.24	5.16	2.28	1.38	32.34	16.60	3.52	3.60
	平均值	7.16	24.84	6.67	2.74	2.23	42.84	20.78	39.90	4.63
	标准差	0.18	6.28	1.27	0.36	1.20	6.59	3.87	32.11	1.48
	变异系数	2.45	25.29	19.10	12.97	53.78	15.39	18.64	80.48	32.06
70 (n=30)	最大值	7.45	43.18	11.03	2.62	5.87	48.50	32.28	109.33	9.60
	最小值	6.89	17.63	5.56	1.63	1.39	28.29	18.60	3.30	3.60
	平均值	7.21	22.93	7.11	1.92	2.19	38.74	21.66	40.08	4.92
	标准差	0.15	5.43	1.27	0.22	0.95	7.60	3.10	29.48	1.42
	变异系数	2.02	23.68	17.87	11.46	43.28	19.62	14.32	73.56	28.88
80 (n=30)	最大值	7.38	30.82	8.25	1.08	3.38	44.46	18.78	62.97	8.53
	最小值	6.74	17.10	6.04	0.75	1.60	28.29	14.33	16.36	4.88
	平均值	7.08	21.31	7.39	0.89	2.02	35.30	15.41	45.09	5.81
	标准差	0.19	2.89	0.66	0.07	0.38	4.49	1.08	15.33	0.87
	变异系数	2.64	13.54	8.90	8.33	18.84	12.73	7.01	33.99	15.03
注：n为样品数量。

下载: 导出CSV

表 3 不同厚度土壤Ca²⁺、Mg²⁺含量及可参与淋溶量

Table 3. Contents of Ca²⁺ and Mg²⁺ in soil with different thicknesses and the amount that can be involved in leaching

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
单层水溶性Ca²⁺/mg	21.48	39.78	28.03	35.61	34.04	12.84	48.12	32.04
累积水溶性Ca²⁺/mg	21.48	61.26	89.29	124.90	158.94	171.78	219.90	251.94
水溶性Ca²⁺可参与淋溶量/L	1.07	3.06	4.46	6.24	7.95	8.59	11.00	12.60
单层水溶性Mg²⁺/mg	13.00	13.23	14.91	20.97	22.59	19.43	24.06	24.05
累积水溶性Mg²⁺/mg	13.00	26.22	41.13	62.10	84.70	104.13	128.19	152.24
水溶性Mg²⁺可参与淋溶量/L	2.17	4.37	6.86	10.35	14.12	17.36	21.37	25.37

下载: 导出CSV

表 4 不同厚度土壤累积Ca²⁺、Mg²⁺含量及淋失比

Table 4. Accumulative content of Ca²⁺ and Mg²⁺ in soil with different thicknesses and its leaching-loss ratio

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
累积土壤水溶性Ca²⁺/meq	1.07	3.06	4.46	6.24	7.95	8.59	11.00	12.60
累积土壤水溶性Mg²⁺/meq	1.08	2.19	3.43	5.18	7.06	8.68	10.68	12.69
累积土壤水溶性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	2.16	5.25	7.89	11.42	15.00	17.27	21.68	25.28
淋出液水溶性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	6.95	8.23	8.65	6.81	5.25	5.43	5.47	5.46
水溶性Ca²⁺+Mg²⁺淋失比/%	321.76	156.76	109.63	59.63	35.00	31.44	25.23	21.60
累积土壤交换性Ca²⁺/mg	11056	17448	22698	28709	38511	46466	54622	63091
累积土壤交换性Ca²⁺/meq	553	872	1135	1435	1926	2323	2731	3155
累积土壤交换性Mg²⁺/mg	2151	3702	4977	6623	8829	11315	13957	16738
累积土壤交换性Mg²⁺/meq	179	308	415	552	736	943	1163	1395
累积土壤交换性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	732	1180	1550	1987	2662	3266	3894	4550
淋出液交换性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	4.36	2.80	3.44	3.75	3.88	3.74	3.40	3.11
交换性Ca²⁺+Mg²⁺淋失比/%	0.60	0.24	0.22	0.19	0.15	0.11	0.09	0.07

下载: 导出CSV

表 5 不同厚度石灰土可缓冲酸雨(pH＝4.5)容量

Table 5. Capacity of buffer acid rain(pH＝4.5) in different thicknesses of lime

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
土壤交换性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	732	1 180	1 550	1 987	2 662	3 266	3 894	4 550
淋出液交换性Ca²⁺+Mg²⁺/meq	4.36	2.80	3.44	3.75	3.88	3.74	3.40	3.11
H_交换态/mm(pH＝4.5)	27 269	68 449	73 184	86 061	111 434	141 836	186 019	237 625
土壤碳酸钙_以钙计/g	10.20	21.55	25.01	28.93	34.60	43.79	55.70	63.84
溶蚀矿物态钙/g	0.09	0.06	0.07	0.08	0.08	0.07	0.07	0.06
H_矿物态/mm(pH＝4.5)	18408	58 336	58 030	58 735	70 247	101 606	129 240	172 815
H_交换态/ H_矿物态	1.48	1.17	1.26	1.47	1.59	1.40	1.44	1.38

下载: 导出CSV

表 6 酸雨沉降下不同厚度石灰土产生的碳汇通量

Table 6. The carbon sink flux of lime soil with different thicknesses caused by acid rain deposition

	石灰土厚度/cm
	10	20	30	40	50	60	70	80
碳汇量b_y/mmol	4.20	2.64	3.28	3.59	3.72	3.58	3.24	2.95
碳汇量b_t/mmol	2.02	1.24	1.56	1.72	1.78	1.71	1.54	1.40
碳汇量b_y/碳汇量b_t	2.08	2.13	2.10	2.09	2.09	2.09	2.10	2.11
碳汇量C_Y/mol·m⁻²·y⁻¹	0.93	0.59	0.73	0.80	0.83	0.79	0.72	0.65
碳汇量C_T/mol·m⁻²·y⁻¹	0.45	0.28	0.35	0.38	0.39	0.38	0.34	0.31

下载: 导出CSV

参考文献(32)

[1]	Han G L, Liu C Q. Water geochemistry controlled by carbonate dissolution: a study of the river waters draining karst-dominated terrain, Guizhou Province, China[J]. Chemical Geology, 2004, 204(1-2):1-21. doi: 10.1016/j.chemgeo.2003.09.009
[2]	Ding H, Lang Y C, Liu C Q, et al. Chemical characteristics and δ³⁴S-SO₄²⁻ of acid rain: Anthropogenic sulfate deposition and its impacts on CO₂ consumption in the rural karst area of southwest China[J]. Geochemical Journal, 2013, 47(6):625-638. doi: 10.2343/geochemj.2.0293
[3]	Huang Q B, Qin X Q, Liu P Y, et al. Impact of sulfuric and nitric acids on carbonate dissolution, and the sociated deficit of CO₂ uptake in the upper-middle reaches of the Wujiang River, China[J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2017, 203:18-27. doi: 10.1016/j.jconhyd.2017.05.006
[4]	于奭. 西江流域河流化学风化及其碳汇效应研究[D]. 武汉: 中国地质大学, 2019. YU Shi. Study on chemical weathering and carbon sink in Xijiang basin[D]. Wuhan: China University of Geosciences, 2019.
[5]	刘丛强, 蒋颖魁, 陶发祥, 郎赟超, 李思亮. 西南喀斯特流域碳酸盐岩的硫酸侵蚀与碳循环[J]. 地球化学, 2008, 37(4):404-414. doi: 10.3321/j.issn:0379-1726.2008.04.014 LIU Congqiang, JIANG Yingkui, TAO Faxiang, LANG Yunchao, LI Siliang. Chemical weathering of carbonate rocks by sulfuric acid and the carbon cycling in Southwest China[J]. Geochimica, 2008, 37(4):404-414. doi: 10.3321/j.issn:0379-1726.2008.04.014
[6]	黄奇波, 覃小群, 程瑞瑞, 李腾芳, 刘朋雨. 硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展[J]. 中国岩溶, 2019, 38(2):149-156. HUANG Qibo, QIN Xiaoqun, CHENG Ruirui, LI Tengfang, LIU Pengyu. Research progress of sulfuric acid rain participating in the dissolution of carbonate rocks[J]. Carsologica Sinica, 2019, 38(2):149-156.
[7]	袁道先, 蔡桂鸿. 岩溶环境学[M]. 重庆: 重庆出版社, 1988: 24-27 YUAN Daoxian, CAI Guihong. The science of karst environment[M]. Chongqing: Chongqing Publishing House, 1988: 24-27
[8]	Matschullat J, Andreae H, Lessmann D, et al. Catchment acidification-from the top down[J]. Environmental Pollution, 1992, 77(2-3):143-150. doi: 10.1016/0269-7491(92)90070-Q
[9]	黄芬, 肖琼, 尹伟璐, 胡刚. 岩溶系统中土壤氮肥施用对岩溶碳汇的影响[J]. 中国岩溶, 2014, 33(4):405-411. doi: 10.11932/karst20140403 HUANG Fen, XIAO Qiong, YIN Weilu, HU Gang. The effects of using N-fertilizers in soil on karst carbon sink in karst system[J]. Carsologica Sinica, 2014, 33(4):405-411. doi: 10.11932/karst20140403
[10]	Hartikainen H. Soil response to acid percolation: Acid-base buffering and cation leaching[J]. Journal of Environmental Quality, 1996, 25(4):638-645.
[11]	廖柏寒, 蒋青. 酸沉降与我国南方森林土壤的酸化[J]. 农业环境保护, 2002, 21(2):110-114. LIAO Baihan, JIANG Qing. Acid deposition and acidification of forest soils in southern China[J]. Agro-environmental Protection, 2002, 21(2):110-114.
[12]	岑慧贤, 王树功, 仇荣亮, 马灵芳. 模拟酸雨对土壤盐基离子的淋溶释放影响[J]. 环境污染与防治, 2001, 23(1):13-16. doi: 10.3969/j.issn.1001-3865.2001.01.005 CEN Huixian, WANG Shugong, QIU Rongliang, MA Lingfang. Effect of simulating acid rain on cation release of some soils[J]. Environmental Pollution & Control, 2001, 23(1):13-16. doi: 10.3969/j.issn.1001-3865.2001.01.005
[13]	杨忠芳, 余涛, 唐金荣, 朱翠娟, 宗思锋, 张娇, 张建新, 申志军. 湖南洞庭湖地区土壤酸化特征及机理研究[J]. 地学前缘, 2006, 13(1):105-112. YANG Zhongfang, YU Tao, TANG Jinrong, ZHU Cuijuan, ZONG Sifeng, ZHANG Jiao, ZHANG Jianxin, SHEN Zhijun. A study of the characteristics and mechanisms of soil acidification in the Dongting Lake region in Hunan Province, South China[J]. Earth Science Frontiers, 2006, 13(1):105-112.
[14]	耿增超, 贾宏涛. 土壤学[M]. 第二版. 北京: 科学出版社, 2020. GENG Zengchao, JIA Hongtao. Soil Science[M]. Second Edition. Beijing: Science Press, 2020.
[15]	廖柏寒, 李长生. 土壤对酸沉降缓冲机制探讨[J]. 环境科学, 1989, 10(1):30-34. doi: 10.3321/j.issn:0250-3301.1989.01.001 LIAO Baihan, LI Changsheng. Study on buffering mechanism of acid precipitation in soil[J]. Environmental Science, 1989, 10(1):30-34. doi: 10.3321/j.issn:0250-3301.1989.01.001
[16]	Liu K H, Mansell R S, Rhue R D. Cation removal during application of acid solutions into air-dry soil columns[J]. Soil Science Society of America Journal, 1990, 54(6):1747-1753. doi: 10.2136/sssaj1990.03615995005400060040x
[17]	凌大炯, 章家恩, 黄倩春, 韩维栋, 欧阳颖. 模拟酸雨对砖红壤盐基离子迁移和释放的影响[J]. 土壤学报, 2007, 44(3):444-450. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2007.03.010 LING Dajiong, ZHANG Jiaen, HUANG Qianchun, HAN Weidong, OU Yangying. Influences of simulated acid rain on leaching and release of base ions in latosol[J]. Acta Pedologica Sinica, 2007, 44(3):444-450. doi: 10.3321/j.issn:0564-3929.2007.03.010
[18]	于俊霞, 焦燕, 杨文柱, 刘立家, 宋春妮, 于亚泽. 外源盐对盐碱土壤无机碳淋溶特征的影响[J]. 环境科学学报, 2021, 41(6):2358-2368. doi: 10.13671/j.hjkxxb.2020.0500 YU Junxia, JIAO Yan, YANG Wenzhu, LIU Lijia, SONG Chunni, YU Yaze. Influence of exogenous salt on inorganic carbon leaching in saline-alkali soil[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2021, 41(6):2358-2368. doi: 10.13671/j.hjkxxb.2020.0500
[19]	李春龙, 赵家梅, 龙偲, 陈中吉, 周运超, 张春来. 模拟酸雨条件下石灰土-碳酸盐岩体系的碳汇效应[J]. 中国岩溶, 2014, 33(1):51-56. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2014.01.008 LI Chunlong, ZHAO Jiamei, LONG Si, CHEN Zhongji, ZHOU Yunchao, ZHANG Chunlai. Carbon sink effect of simulated acid rain in lime soil and carbonate rock system[J]. Carsologica Sinica, 2014, 33(1):51-56. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2014.01.008
[20]	刘炜, 周运超, 张春来. 石灰土盐基离子迁移对模拟酸雨的响应[J]. 中国岩溶, 2018, 37(3):336-342. LIU Wei, ZHOU Yunchao, ZHANG Chunlai. Response of base cations migration of lime soil to simulated acid rain[J]. Carsologica Sinica, 2018, 37(3):336-342.
[21]	吴春笃, 戴竞, 阿琼, 陈诗龙, 解清杰. 酸雨的研究现状及新兴趋式的可视化分析[J]. 安全与环境学报, 2019, 19(1):344-353. doi: 10.13637/j.issn.1009-6094.2019.01.051 WU Chundu, DAI Jing, A Qiong, CHEN Shilong, XIE Qingjie. Visualization analysis of the research status and emerging trends of the acid rain application[J]. Journal of Safety and Environment, 2019, 19(1):344-353. doi: 10.13637/j.issn.1009-6094.2019.01.051
[22]	Pan Y, Birdsey R A, Fang J, et al. A large and persistent carbon sink in the world’s forests[J]. Science, 2011, 333(6045):988-993. doi: 10.1126/science.1201609
[23]	解淑艳, 王胜杰, 于洋, 刘丽, 张凤英. 2003-2008年全国酸雨状况变化趋势研究[J]. 中国环境监测, 2020, 36(4):80-88. XIE Shuyan, WANG Shengjie, YU Yang, LIU Li, ZHANG Fengying. Analysis on acid rain status and its change trends in China from 2003 to 2008[J]. Environmental Monitoring in China, 2020, 36(4):80-88.
[24]	李陵, 黎泳珊, 彭良, 周艺, 柴发合, 莫招育, 陈志明, 李红. 桂林市酸雨污染特征及防治对策研究[J]. 环境科学研究, 2020, 33(6):1393-1401. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.03.11 LI Ling, LI Yongshan, PENG Liang, ZHOU Yi, CHAI Fahe, MO Zhaoyu, CHEN Zhiming, LI Hong. Pollution characteristics and control countermeasures of acid rain in Guilin[J]. Research of Environmental Sciences, 2020, 33(6):1393-1401. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.03.11
[25]	陈怀满. 环境土壤学[M]. 第三版. 北京: 科学出版社, 2018. CHEN Huaiman. Environmental soil science[M]. Third Edition. Beijing: Science Press, 2018.
[26]	俞元春, 丁爱芳, 胡笳, 孟磊. 模拟酸雨对土壤酸化和盐基迁移的影响[J]. 南京林业大学学报, 2001, 25(2):39-42. YU Yuanchun, DING Aifang, HU Jia, MENG Lei. Effects of simulated acid rain on soil acidification and base ions transplant[J]. Journal of Nanjing Forestry University, 2001, 25(2):39-42.
[27]	黄奇波, 吴华英, 程瑞瑞, 李腾芳, 罗飞, 赵光帅, 李小盼. 桂林岩溶区石灰土壤对酸雨缓冲作用的观测及其对岩溶碳汇的指示意义[J/OL]. 地球学报, https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.3474.p.20220121.1039.002.html. HUANG Qibo, WU Huaying, CHENG Ruirui, LI Tengfang, LUO Fei, ZHAO Guangshuai, LI Xiaopan. Buffering effect of lime soil on acid rain and its influence on the evaluation of the karst carbon sink effect[J/OL]. Acta Geoscientica Sinica, https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.3474.p.20220121.1039.002.html.
[28]	Schulze E D, Luyssaert S, Ciais P, et al. Importance of methane and nitrous oxide for Europe’s terrestrial greenhouse-gas balance[J]. Nature Geoscience, 2009, 2(12):842-850. doi: 10.1038/ngeo686
[29]	廖柏寒, 戴昭华. 土壤对酸沉降的缓冲能力与土壤矿物的风化特征[J]. 环境科学学报, 1991, 11(4):425-431. doi: 10.13671/j.hjkxxb.1991.04.007 LIAO Baihan, DAI Zhaohua. Soil buffering capacity to acid precipitation and weathering characteristics of soil minerals[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 1991, 11(4):425-431. doi: 10.13671/j.hjkxxb.1991.04.007
[30]	章程, 汪进良, 肖琼, 郭永丽, 苗迎. 桂林潮田河水溶解无机碳昼夜变化与通量[J]. 地球学报, 2021, 42(4):555-564. doi: 10.3975/cagsb.2020.110301 ZHANG Cheng, WANG Jinliang, XIAO Qiong, GUO Yongli, MIAO Ying. Day and night variations of dissolved inorganic carbon and flux in Chaotian River, Guilin, Guangxi[J]. Acta Geoscientica Sinica, 2021, 42(4):555-564. doi: 10.3975/cagsb.2020.110301
[31]	肖佩文, 肖保华. 土柱淋洗实验研究进展及其在土壤有机碳迁移研究中的应用展望[J]. 地球与环境, 2021, 49(1):106-114. doi: 10.14050/j.cnki.1672-9250.2020.48.096 XIAO Peiwen, XIAO Baohua. Research progress of soil column leaching experiment and its application prospect in soil organic carbon migration[J]. Earth and Environment, 2021, 49(1):106-114. doi: 10.14050/j.cnki.1672-9250.2020.48.096
[32]	Mcfee W W, Kelly J M, Beck R H. Acid precipitation effects on soil pH and base saturation of exchange sites[J]. Water, Air and Soil Pollution, 1977, 7(3):401-408.

施引文献

资源附件(0)

访问统计

图(5)

表(6)

计量

文章访问数: 1635
PDF下载数: 147
施引文献: 0

0. 引　言
1. 材料与方法
1.1 供试材料
1.2 实验设计
2. 结果与分析
2.1 模拟酸雨淋溶下Ca2+、Mg2+淋溶动态变化
2.2 模拟酸雨淋溶下 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 、 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 淋溶动态变化
3. 讨　论
3.1 淋出液[Ca2++Mg2+]与[ ${\rm{HCO}}_3^{-}$ ]来源
3.2 石灰土对酸雨缓冲容量的预算
3.3 石灰土缓冲下酸雨沉降产生的碳汇量计算
4. 结　论

石灰土对硫酸型酸雨缓冲过程模拟及碳汇效应研究

作者简介: 赵光帅(1989－），男，博士研究生，助理研究员，主要从事岩溶碳循环与全球变化研究。E-mail: zhaoguangshuai@mail.cgs.gov.cn

通讯作者: 黄奇波（1982－），男，博士，研究员，主要从事岩溶水文地质、岩溶碳循环与全球变化研究。E-mail: qbohuang0108@163.com

Simulation of buffering process and carbon sink effect of lime soil on sulfuric acid rain

Corresponding author: HUANG Qibo, qbohuang0108@163.com

0. 引 言

1. 材料与方法

1.1 供试材料

1.2 实验设计

2. 结果与分析

2.1 模拟酸雨淋溶下Ca2+、Mg2+淋溶动态变化

2.2 模拟酸雨淋溶下HCO−3{\rm{HCO}}_3^{-}、SO2−4{\rm{SO}}_4^{2-}淋溶动态变化

3. 讨 论

3.1 淋出液[Ca2++Mg2+]与[HCO−3{\rm{HCO}}_3^{-}]来源

3.2 石灰土对酸雨缓冲容量的预算

3.3 石灰土缓冲下酸雨沉降产生的碳汇量计算

4. 结 论

计量

出版历程

目录

0. 引 言

1. 材料与方法

1.1 供试材料

1.2 实验设计

2. 结果与分析

2.1 模拟酸雨淋溶下Ca2+、Mg2+淋溶动态变化

2.2 模拟酸雨淋溶下HCO−3{\rm{HCO}}_3^{-}、SO2−4{\rm{SO}}_4^{2-}淋溶动态变化

3. 讨 论

3.1 淋出液[Ca2++Mg2+]与[HCO−3{\rm{HCO}}_3^{-}]来源

3.2 石灰土对酸雨缓冲容量的预算

3.3 石灰土缓冲下酸雨沉降产生的碳汇量计算

4. 结 论

0. 引　言

2.1 模拟酸雨淋溶下Ca²⁺、Mg²⁺淋溶动态变化

2.2 模拟酸雨淋溶下 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 、 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 淋溶动态变化

3. 讨　论

3.1 淋出液[Ca²⁺+Mg²⁺]与[ ${\rm{HCO}}_3^{-}$ ]来源

4. 结　论

0. 引　言

2.1 模拟酸雨淋溶下Ca²⁺、Mg²⁺淋溶动态变化

2.2 模拟酸雨淋溶下 ${\rm{HCO}}_3^{-}$ 、 ${\rm{SO}}_4^{2-}$ 淋溶动态变化

3. 讨　论

3.1 淋出液[Ca²⁺+Mg²⁺]与[ ${\rm{HCO}}_3^{-}$ ]来源

4. 结　论