黄土区典型小流域矿物化学风化及碳汇效应

黄土中蕴含了巨大的碳库,黄土中碳的转移对区域乃至全球碳循环具有重要影响.本文选择山西省临县一典型黄土小流域青凉寺沟流域进行调查分析,研究黄土水的化学特征及离子来源,分析黄土矿物的溶蚀过程及碳汇效应,并利用正演模型和水化学方法估算不同矿物的离子贡献比例及流域碳汇通量.结果 发现,研究区黄土化学成分的含量由高到低依次为SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O,表现出贫SiO2、Fe2O3,富CaO、MgO的特点;黄土水的pH呈中性偏碱,阴离子主要以HCO3-为主,阳离子以Na+为主,水化学类型为重碳酸-钠型(HCO3-Na+),水化学组成与黄土的化学组成相对应;流域内不同端元离子来源贡献计算结果表明,大气沉降、人类输入、蒸发盐矿物、硅酸盐矿物和碳酸盐矿物化学风化贡献的溶解物质分别占总溶解物质的1.66％、6.32％、10.38％、62.23％、19.31％;黄土区长时间的水-矿物作用是硅酸盐矿物溶解贡献占主导的主要原因,阳离子置换反应、土壤-盐分浸出与蒸发以及人类输入对硅酸盐矿物溶解也有一定的贡献;受黄土区相对低温少雨的影响,黄土矿物的平均化学风化速率较低,为9.31 t/(km2·a),低于全球岩石的化学风化速率平均值36t/(km2·a),但是其消耗大气CO2的速率较高,约为6.34 t CO2/(km2·a),明显高于同纬度三川河岩溶流域的碳汇速率(5.28 t CO2/(km2·a));利用水化学径流法计算的青凉寺沟黄土小流域的矿物化学风化的大气CO2消耗量为0.18×104 t/a,为中国黄土区大气CO2消耗量的估算提供基础数据.