我國(guó)巖溶地區(qū)碳匯研究進(jìn)展與展望

蔣忠誠(chéng) ，章 程 ，羅為群 ，肖 瓊 ，吳澤燕

（1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所, 廣西 桂林 541004；2. 自然資源部、廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541004；3. 自然資源部巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 桂林 541004）

0 引 言

20 世紀(jì)90 年代初，基于地球系統(tǒng)科學(xué)思想，袁道先[1]提出了從四大圈層相互作用角度來(lái)研究巖溶形成的思路，由此推動(dòng)了IGCP299 “地質(zhì)、氣候、水文與巖溶形成”（1990-1994）項(xiàng)目的實(shí)施，并創(chuàng)建了巖溶動(dòng)力學(xué)理論[2]。而巖溶動(dòng)力系統(tǒng)的四大功能，明確揭示巖溶作用對(duì)碳循環(huán)具有驅(qū)動(dòng)作用[3]，由此推動(dòng)了IGCP379 “巖溶作用與碳循環(huán)”（1995-1999）項(xiàng)目實(shí)施及巖溶碳匯的持續(xù)研究[4-8]。中國(guó)巖溶面積346萬(wàn)km2,是世界上的巖溶大國(guó)，巖溶作用強(qiáng)烈、巖溶地貌典型,巖溶碳匯潛力巨大[9-10]。30 多年來(lái)，包括巖溶作用與碳循環(huán)在內(nèi)的很多巖溶研究成果居國(guó)際領(lǐng)先水平[11-12]。究其原因，一是歸功于新中國(guó)的快速發(fā)展，二是在巖溶動(dòng)力學(xué)理論的指導(dǎo)下巖溶研究團(tuán)隊(duì)建設(shè)及研究能力迅速提升。

為實(shí)現(xiàn)“2030 年前碳達(dá)峰，2060 實(shí)現(xiàn)碳中和”總體發(fā)展目標(biāo)，2021 年, 我國(guó)出臺(tái)了《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》和《國(guó)務(wù)院2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》兩個(gè)重要文件，巖溶碳匯被列入這兩個(gè)文件中重要的匯項(xiàng)，為巖溶碳匯深入研究與固碳增匯工程實(shí)踐帶來(lái)巨大的機(jī)遇。但是，目前我國(guó)的巖溶碳匯評(píng)價(jià)主要反映的是碳-水-鈣-生物四圈層自然循環(huán)過(guò)程的結(jié)果，全國(guó)年巖溶作用產(chǎn)生大氣二氧化碳匯僅約5 000 萬(wàn)t,其中河流溶解無(wú)機(jī)碳約3 700 萬(wàn)t[13]，河流水生生物固定的內(nèi)源有機(jī)碳為水體無(wú)機(jī)碳20%左右，水體沉積物的有機(jī)碳為水體無(wú)機(jī)碳10%左右[8，14]。而且，巖溶碳匯量隨環(huán)境而變化，巖溶碳匯的穩(wěn)定性被質(zhì)疑[15]。巖溶碳匯與其他生態(tài)過(guò)程碳匯的相關(guān)性以及人類如何干預(yù)巖溶碳匯的研究成果較少,不足以支撐巖溶地區(qū)碳中和工程，需要進(jìn)一步發(fā)掘巖溶碳匯潛力與增匯途徑，才能有效服務(wù)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)。為此，本文通過(guò)梳理前期巖溶地區(qū)碳匯調(diào)查研究進(jìn)展，堅(jiān)定人們對(duì)巖溶地區(qū)碳匯重要性的認(rèn)識(shí)，提出發(fā)掘巖溶地區(qū)碳匯潛力及技術(shù)的新理念和研究方向，為拓展巖溶碳匯研究思路和固碳增匯途徑提供借鑒。

1 巖溶碳匯的原理與機(jī)制

1.1 巖溶碳匯原理及過(guò)程模式

巖溶碳匯由巖溶動(dòng)力系統(tǒng)的碳-水-鈣-生物相互作用所產(chǎn)生并得到固定，由可溶巖（主要是碳酸鹽巖）的巖石溶解過(guò)程驅(qū)動(dòng)，使二氧化碳（來(lái)自大氣圈和生物圈）向水圈遷移和轉(zhuǎn)化[15-17]，具體表現(xiàn)為：碳酸鈣在二氧化碳和水流作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成重碳酸根和鈣離子：CaCO3+H2O+CO2≒ Ca2++2HCO3-。

在碳-水-鈣循環(huán)產(chǎn)生巖溶碳匯的基礎(chǔ)上，劉再華等[18]提出了基于流域的二氧化碳-水-鈣-水生光合生物相互作用的碳酸鹽風(fēng)化碳匯模式，拓展了通過(guò)水生光合作用的巖溶碳匯過(guò)程：Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+x(H2O+CO2↑ +CO1-x)(CH2O↓+O2),揭示了流域系統(tǒng)巖溶碳匯的穩(wěn)定性機(jī)制。 上述化學(xué)反應(yīng)和生物過(guò)程可不斷消耗大氣中的二氧化碳并轉(zhuǎn)化為水體中的重碳酸根離子，從而降低大氣中的二氧化碳，以水中無(wú)機(jī)碳的形式進(jìn)入到河流、湖泊和海洋，然后被水生植物所固定。由于碳酸鹽巖的化學(xué)風(fēng)化速率（巖溶作用）非?？?，在1 h 內(nèi)就能達(dá)到水流溶蝕飽和或過(guò)飽和狀態(tài)[18]，而且，大氣二氧化碳濃度越高，巖溶作用越強(qiáng)，產(chǎn)生的巖溶碳匯量越大[19]，所以巖溶碳匯對(duì)于調(diào)節(jié)大氣二氧化碳濃度具有重要意義。

近年來(lái)的深入研究揭示，巖溶作用不但能夠產(chǎn)生巖溶碳匯，而且可以通過(guò)形成特殊的巖溶生態(tài)系統(tǒng),拓展碳循環(huán)途徑[20-25],增加流域尺度巖溶碳匯通量[26]。由此,可提煉形成由六種碳循環(huán)過(guò)程構(gòu)成的巖溶地區(qū)特有的碳循環(huán)過(guò)程模式（圖1）。六種碳循環(huán)過(guò)程中均有源匯途徑（表1），在目前條件下，巖溶空間、巖溶水系統(tǒng)、巖溶土壤系統(tǒng)、巖溶植物系統(tǒng)4 種碳循環(huán)過(guò)程均能夠?qū)崿F(xiàn)碳匯效應(yīng)，巖溶沉積物及巖溶區(qū)人類活動(dòng)2 種碳循環(huán)過(guò)程雖然是源大于匯，但通過(guò)巖溶技術(shù)研究，碳匯潛力也很大，因此，巖溶碳匯的潛力與穩(wěn)定性機(jī)制可通過(guò)巖溶生態(tài)重建和巖溶生態(tài)技術(shù)的創(chuàng)新而得到大大加強(qiáng)。

表1 流域尺度巖溶系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程及其碳源匯效應(yīng)Table 1 Carbon cycle process and carbon source sink effect of karst system at watershed scale

1.2 巖溶碳匯的穩(wěn)定性及對(duì)質(zhì)疑者的答復(fù)

如果僅考慮巖溶作用過(guò)程的碳水鈣循環(huán)，形成的水體無(wú)機(jī)碳的確存在不穩(wěn)定性問(wèn)題，主要原因有三：一是碳酸鈣過(guò)飽和的水體，隨著鈣華沉積，導(dǎo)致二氧化碳釋放[27-28]；三是隨著水體中水溫、pH 等物理化學(xué)條件的改變產(chǎn)生二氧化碳、甲烷等脫氣作用[29-31]；三是水體生物或微生物活動(dòng)導(dǎo)致水體無(wú)機(jī)碳的轉(zhuǎn)化，包括促進(jìn)水生生物光合作用，形成水體顆粒有機(jī)碳和惰性有機(jī)碳[32-36]。但是，水體無(wú)機(jī)碳的不穩(wěn)定，不代表巖溶作用只造成碳轉(zhuǎn)移，沒(méi)有碳匯形成，這種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，嚴(yán)重影響了社會(huì)各界對(duì)巖溶碳匯重要性的認(rèn)可，必須加以澄清。第一種情況是造成錯(cuò)覺(jué)的主要根源，由于巖溶水會(huì)產(chǎn)生鈣華沉積，就被人誤認(rèn)為巖溶作用在上游發(fā)生溶蝕吸收二氧化碳，在下游通過(guò)化學(xué)沉積就產(chǎn)生碳排放，巖溶作用就只促進(jìn)碳轉(zhuǎn)移，而不能形成碳匯[15]。實(shí)事上過(guò)飽和水體主要發(fā)生在植被土壤覆蓋下有壓狀態(tài)的巖溶地下水中,當(dāng)水流流至洞穴或巖溶泉口會(huì)排放過(guò)飽和的二氧化碳[37-39]，但在地表河流、湖泊甚至海洋中，水體中的無(wú)機(jī)碳量一直保持與大氣二氧化碳平衡狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生二氧化碳完全釋放，而巖溶無(wú)機(jī)碳匯的計(jì)算從來(lái)都是基于這部分與大氣平衡的碳通量[40-44]。第二種情況是流域水系統(tǒng)碳-水-鈣循環(huán)正常的表生地球化學(xué)過(guò)程，而且研究表明，水體最大的二氧化碳排放量不足無(wú)機(jī)碳的10%[45-46]，實(shí)際上也是碳-水-鈣平衡的結(jié)果。第3 種情況，也反映了巖溶作用不僅促進(jìn)碳轉(zhuǎn)移，而且在碳轉(zhuǎn)移過(guò)程中存在固定機(jī)制，這種水生生物將水體無(wú)機(jī)碳為有機(jī)碳的機(jī)制，不但存在于陸地水體中[17,32-36,47-48]，也發(fā)生于海洋。所有入海的陸地?zé)o機(jī)碳多數(shù)被海洋生物固定[49]。由此，巖溶作用不但能夠促進(jìn)碳轉(zhuǎn)移，也產(chǎn)生碳匯，而且還有使巖溶碳匯穩(wěn)定的系列機(jī)制[50-51]，巖溶碳匯作為大氣二氧化碳去除的重要作用列入了IPCC 第五次報(bào)告[52]。

1.3 巖溶碳匯的內(nèi)涵、拓展與外延

到目前為止，巖溶碳匯還沒(méi)有明確的定義。20世紀(jì)末，巖溶碳匯主要是指碳酸鹽巖化學(xué)風(fēng)化碳匯，具體碳匯量計(jì)算主要考慮碳酸鹽巖巖石化學(xué)風(fēng)化吸收的大氣二氧化碳產(chǎn)生的水體無(wú)機(jī)碳[2-10]。21 世紀(jì)巖溶碳匯有拓展，除了河流排泄的無(wú)機(jī)碳之外，還包括流域內(nèi)通過(guò)生物（微生物+水生生物）使無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化的有機(jī)碳[8,14,30-36]，但巖溶碳匯的計(jì)算主要以流域?yàn)閱卧匀痪窒抻谒到y(tǒng)范圍，而且還對(duì)外源酸及水化學(xué)成分的影響進(jìn)行深入的研究[53-55]。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)，巖溶地區(qū)的植被恢復(fù)具有重大的碳匯效應(yīng)[56-58]，但植物碳匯與巖溶過(guò)程有什么關(guān)系還沒(méi)有開(kāi)展系統(tǒng)的研究，但很多現(xiàn)象表明，如果沒(méi)有巖溶作用，巖石很難長(zhǎng)樹(shù)，植物根系很難深展到地下深處。而且，巖溶地區(qū)還存在與巖溶作用密切相關(guān)的植物特殊的光合作用機(jī)制[59]，通過(guò)巖溶無(wú)機(jī)碳促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和有機(jī)碳的積累。巖溶土壤內(nèi)部有自己獨(dú)特的水文地球化學(xué)和生物地球化學(xué)機(jī)制，不但可以產(chǎn)生碳酸鈣沉積，還可以形成比非巖溶地區(qū)更高濃度的有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳[60-63,22]。 此外，巖溶作用形成的洞穴、地下河巖溶管道等地下空間可以富集高濃度的CO2[64-66]， 并為二氧化碳的地質(zhì)封存提供了有利空間條件。

因此，在雙碳目標(biāo)下，不能再局限于從水循環(huán)角度的調(diào)查研究巖溶碳匯，應(yīng)當(dāng)有更開(kāi)闊的視野，從地球系統(tǒng)科學(xué)角度，至少是從地球關(guān)鍵帶的尺度，從四大圈層的碳循環(huán)角度深入發(fā)掘巖溶作用產(chǎn)生的碳轉(zhuǎn)移及其固碳增匯的潛力和途徑[67-68]，尤其要重視碳匯潛力巨大的巖溶生態(tài)系統(tǒng)（包括地上和地下）和巖溶土壤系統(tǒng)的碳匯研究。

2 巖溶地區(qū)碳匯的人工干預(yù)

雖然自然條件下巖溶作用可以產(chǎn)生碳匯，但量級(jí)相對(duì)較低，離滿足國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的要求差距較大。但從上述分析討論中可以看出，巖溶作用開(kāi)拓了多個(gè)方面的碳循環(huán)路徑，尤其是我國(guó)巖溶面積遼闊，巖溶作用強(qiáng)度大，為發(fā)掘巖溶地區(qū)固碳增匯的潛力提供了極為有利的條件。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的政策與行動(dòng)2019 年報(bào)告》中提出，“自然資源部積極探索人工造林種草、土壤改良、外源水灌溉及水生植物培育等4 種增加巖溶碳匯的方法”，這對(duì)于開(kāi)拓巖溶碳匯研究思路具有非常重要的積極意義[69]。然而，最近的研究表明，4 種措施中，人工造林種草措施需要進(jìn)一步聚焦，才能取得更好的固碳增匯效果；土壤改良的目標(biāo)和措施有待進(jìn)一步明確，才能發(fā)揮更大的固碳增匯潛力；外源水灌溉措施必須有跨流域調(diào)水的理念或工程措施才能真正實(shí)現(xiàn)增匯效應(yīng)，因?yàn)樵谝粋€(gè)流域內(nèi)巖溶作用是全覆蓋的，無(wú)論是巖溶地區(qū)還是非巖溶地區(qū)均有化學(xué)風(fēng)化作用[70-71]，無(wú)論是上游的外源水還是下游的巖溶水，最后在流域出口水流均達(dá)到碳-水-鈣平衡態(tài)，流域內(nèi)區(qū)分外源水和內(nèi)源水，有助于分析巖溶過(guò)程及其時(shí)空差異，而對(duì)于流域巖溶碳匯量的計(jì)算沒(méi)有實(shí)際意義；水生植物培育措施如何快速形成顯著的固碳增匯效應(yīng)還有待進(jìn)一步研究。因此，巖溶碳匯的人工干預(yù)措施和技術(shù)需要進(jìn)一步研究，而且，為了國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，巖溶碳匯必須拓展到巖溶地區(qū)的碳匯，加強(qiáng)巖溶碳匯與巖溶地區(qū)其他碳匯潛力的結(jié)合研究，進(jìn)一步開(kāi)辟巖溶地區(qū)固碳增匯的人工干預(yù)技術(shù)途徑。

2.1 石漠化綜合治理

石漠化綜合治理是巖溶地區(qū)重要的國(guó)家生態(tài)工程,自本世紀(jì)初石漠化治理工程實(shí)施以來(lái),不但有效推動(dòng)了西南巖溶地區(qū)的石漠化治理與生態(tài)修復(fù),同時(shí)也取得了巨大的固碳增匯效應(yīng),西南巖溶地區(qū)的固碳增匯貢獻(xiàn)在全球具有領(lǐng)先地位[58]。石漠化綜合治理的碳匯效應(yīng)包括三個(gè)方面,植被碳匯、土壤碳匯和巖溶碳匯[71-72]。雖然西南巖溶石漠化治理區(qū)植被碳匯的研究已經(jīng)形成較多成果和較大影響[56-58,73-74]，但石漠化治理產(chǎn)生的地下植物根系碳匯效應(yīng)還缺乏研究。石漠化治理的土壤碳匯和巖溶碳匯的研究還處于探索階段，但典型地區(qū)的研究結(jié)果表明，石漠化治理的土壤碳匯量遠(yuǎn)大于植被碳匯[75-77]，可是沒(méi)有在整個(gè)西南巖溶地區(qū)開(kāi)展研究。石漠化治理的巖溶碳匯也是明顯的,如打狗河流域兩岸,植被覆蓋率好的地區(qū)，其地下河的巖溶碳匯比石漠化地區(qū)的地下河高十倍以上[78]。巖溶地區(qū)碳循環(huán)地質(zhì)調(diào)查表明，西南地區(qū)“十一五”期間的石漠化治理工程，增加當(dāng)?shù)亓饔? 000萬(wàn)t CO2的巖溶碳匯[79],但這部分巖溶碳匯如何有效固定和利用目前還缺乏研究。由此可見(jiàn), 西南巖溶石漠化治理在植被碳匯、土壤碳匯和巖溶碳匯三方面均取得了顯著效果，但研究程度還不夠，具有巨大碳匯潛力的固碳增匯示范工程亟需開(kāi)展試驗(yàn)示范。

2.2 巖溶土壤改良

巖溶地區(qū)的森林土壤有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳非常豐富，表層土壤有機(jī)質(zhì)含量可達(dá)20%，下部土壤也可達(dá)2%～8%，均為非巖溶地區(qū)的2 倍左右[80-81]。但在巖溶石漠化區(qū)，土壤層瘠薄，厚度多在50cm 以下，且經(jīng)常為裸巖所間隔呈不連續(xù)狀分布，而土壤有機(jī)碳含量很低，常在2%以下[75-76]。除了巖溶土壤退耕和通過(guò)植被恢復(fù)可增加土壤有機(jī)碳含量措施外[82], 巖溶區(qū)土壤改良也可大幅度增加土壤有機(jī)質(zhì)，形成土壤碳匯，同時(shí)還可促進(jìn)巖溶碳匯。研究表明，秸稈還田、施有機(jī)肥和免耕措施，可增加土壤有機(jī)碳 50 t·km-2a-1以上[83]。在廣西平果縣果化生態(tài)修復(fù)示范區(qū)通過(guò)使用淤泥、有機(jī)肥、秸稈等方式進(jìn)行的土壤改良試驗(yàn)結(jié)果表明，利用池塘淤泥進(jìn)行巖溶土壤改良的效果較好,不但增加土壤有機(jī)碳80 t·km-2a-1，而且增加巖溶碳匯1.93～2.70 t·km-2a-1[84]。但是，巖溶土壤改良增匯研究與試驗(yàn)工作還很薄弱，巖溶土壤增匯的機(jī)理、土壤碳匯評(píng)價(jià)方法和土壤管理及改良技術(shù)均有待深入研究。業(yè)也證明，土地利用方式調(diào)整及土壤改良能夠產(chǎn)生可觀的巖溶碳匯潛力[85-87]，但這部分巖溶碳匯如何固定和有效利用？有待進(jìn)一步深入研究和技術(shù)創(chuàng)新。

2.3 水生生物固碳

近年來(lái)對(duì)巖溶區(qū)溪流、河流、湖泊、水庫(kù)水體的物理化學(xué)指標(biāo)和穩(wěn)定同位素高分辨率的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，這些巖溶水體的水生生物通過(guò)光合作用形成生物碳泵效應(yīng)[31-36,88-90]，而巖溶水的高濃度溶解無(wú)機(jī)碳對(duì)水生生物生長(zhǎng)起著施肥作用[14,91]。水生植物的生物碳泵作用不僅促進(jìn)無(wú)機(jī)碳向有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化，而且減少了水氣界面的CO2向大氣排放[45-46,92]。通過(guò)水體生物碳泵作用,不但能夠產(chǎn)生相當(dāng)于水體無(wú)機(jī)碳30%左右的內(nèi)源有機(jī)碳[8,14,93],而且為水體沉積物提供有機(jī)碳源，產(chǎn)生水體沉積物碳匯[14,94]。進(jìn)一步研究表明,通過(guò)水體好氧不產(chǎn)氧細(xì)菌等微生物作用可使水體有機(jī)碳固定為惰性有機(jī)碳，增強(qiáng)碳匯的穩(wěn)定性。

作為水生生物固碳的人工干預(yù)措施還沒(méi)有實(shí)施。目前的相關(guān)研究主要聚焦于水生植物的選擇，以提高水體無(wú)機(jī)碳（HCO3-）向有機(jī)碳轉(zhuǎn)化的效率[8,95]。調(diào)查發(fā)現(xiàn),巖溶地下河出口的水生植物種類非常豐富，具有海菜花、黑藻、苦草、竹葉眼子菜、狐尾藻等優(yōu)勢(shì)種,其中竹葉眼子菜的固碳能力相對(duì)較大[96-97]。而巖溶濕地以華克拉沙的固碳能力最大[8]。但這些研究結(jié)果如何用于人工干預(yù)工程,在可操作性與經(jīng)濟(jì)可行性等方面缺乏論證，有待進(jìn)一步探索?？傮w說(shuō)來(lái)，水生生物培育和繁殖應(yīng)與水環(huán)境污染治理結(jié)合起來(lái)，既有利于凈化水體環(huán)境，又有利于水生生物固碳，以增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)上的可行性。此外，水生生物固碳增匯速率和效率如何提高？則是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2.4 加速巖溶過(guò)程的碳酸酐酶增匯技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)，作為一種生物酶，碳酸酐酶（CA）廣泛存在于巖溶區(qū)植物、土壤和水環(huán)境中，將其收集利用，進(jìn)行碳酸酐酶施肥可加速巖溶作用及生物固碳作用[98-99]。試驗(yàn)研究表明，利用碳酸酐酶施肥增匯效果可提高1 個(gè)數(shù)量級(jí)[100-102]。因此,碳酸酐酶技術(shù)通過(guò)加速巖溶過(guò)程在石漠化治理、土壤改良、水生生物培育的固碳增匯中有廣闊的應(yīng)用前景。目前,如何實(shí)施工廠煙塵的碳減排成為新的研究熱點(diǎn),如何利用巖溶過(guò)程于碳減排是前沿技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，其中的技術(shù)難點(diǎn)是在煙塵排放過(guò)程中加速碳-水-鈣反應(yīng)過(guò)程，以更大程度捕捉煙塵中的二氧化碳成分，對(duì)此，利用碳酸酐酶技術(shù)可發(fā)揮重要作用。

3 展 望

3.1 巖溶流域的碳循環(huán)調(diào)查研究與監(jiān)測(cè)

巖溶流域的6 種碳循環(huán)過(guò)程還沒(méi)有展開(kāi)，因此，必須加強(qiáng)巖溶流域的碳循環(huán)基礎(chǔ)研究。首先，開(kāi)展不同生態(tài)類型巖溶流域碳循環(huán)調(diào)查，以巖溶地區(qū)碳匯潛力大和碳排放問(wèn)題比較突出的流域重點(diǎn)，以“地質(zhì)作用-生態(tài)過(guò)程-人類活動(dòng)”耦合系統(tǒng)碳收支現(xiàn)狀和潛力為目標(biāo)，查明流域內(nèi)在巖溶地質(zhì)系統(tǒng)、不同類型生態(tài)系統(tǒng)、人類生產(chǎn)生活活動(dòng)過(guò)程的二氧化碳釋放項(xiàng)和吸收項(xiàng)及其影響因素，查明碳排放條件下流域無(wú)機(jī)-有機(jī)碳的循環(huán)過(guò)程及碳匯潛力。其次，開(kāi)展流域尺度6 種碳循環(huán)過(guò)程研究，在建立不同類型巖溶流域大氣-降水-植被-土壤-洞穴及管道-巖溶水全鏈條碳循環(huán)過(guò)程模型的基礎(chǔ)上，深化四大圈層界面碳循環(huán)過(guò)程研究，尤其是大氣-巖溶水-植被系統(tǒng)碳循環(huán)、大氣-植物-土壤系統(tǒng)碳循環(huán)、大氣-巖溶水-水生植物系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程及其影響因素研究，為發(fā)掘巖溶地區(qū)碳匯潛力和固碳增匯技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。第三，利用先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器，開(kāi)展6 種碳循環(huán)過(guò)程及其影響因素監(jiān)測(cè)，在我國(guó)重點(diǎn)巖溶區(qū)面上遙感監(jiān)測(cè)及前期碳循環(huán)監(jiān)測(cè)站建設(shè)的基礎(chǔ)上，建立完善我國(guó)典型巖溶流域碳循環(huán)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)巖溶流域6 種碳循環(huán)過(guò)程及其影響因素的野外高分辨率在線監(jiān)測(cè)體系，監(jiān)測(cè)碳排放條件下6 種碳循環(huán)過(guò)程的不同碳形態(tài)的時(shí)空動(dòng)態(tài)及其生態(tài)環(huán)境變化，揭示不同碳排放強(qiáng)度下的巖溶地區(qū)碳循環(huán)過(guò)程響應(yīng)過(guò)程、源匯動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。第四，利用信息技術(shù)，建立巖溶流域碳循環(huán)及碳收支數(shù)據(jù)庫(kù)及信息系統(tǒng)，融合國(guó)土空間基本單元信息，構(gòu)建服務(wù)國(guó)土空間規(guī)劃和生態(tài)修復(fù)的巖溶流域碳中和調(diào)控決策大數(shù)據(jù)和管控平臺(tái)。

3.2 巖溶流域碳匯評(píng)估體系構(gòu)建

通過(guò)流域大氣二氧化碳濃度、巖溶作用強(qiáng)度、有效降雨量等區(qū)域指標(biāo)，探索流域碳-水-鈣平衡的巖溶碳匯評(píng)價(jià)方法，以增強(qiáng)巖溶碳匯評(píng)估模型的普適性和可考核性。在調(diào)查監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，探索不同類型巖溶流域植被（地上、地下）碳匯、土壤（無(wú)機(jī)、有機(jī)）碳匯、水體有機(jī)碳碳匯、洞穴空氣二氧化碳匯的評(píng)價(jià)方法，取得巖溶碳匯評(píng)價(jià)的科技創(chuàng)新，為全面把握巖溶流域的碳匯和進(jìn)一步發(fā)掘巖溶碳匯潛力提供科技支撐。巖溶流域類型多樣、地表地下空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，碳循環(huán)過(guò)程交叉重復(fù)，建立公認(rèn)的巖溶流域碳匯評(píng)價(jià)模型難度較大，因此，雖然巖溶流域碳匯評(píng)估體系構(gòu)建前景廣闊，但任重道遠(yuǎn)，需要國(guó)家和社會(huì)的大力支持，設(shè)立多學(xué)科交叉研究專項(xiàng)，才能盡快取新得技術(shù)突破。

3.3 固碳增匯顛覆性技術(shù)研發(fā)與試驗(yàn)示范

巖溶地區(qū)碳匯潛力巨大，但人工干預(yù)措施尚未展開(kāi)實(shí)施，需要加大力度開(kāi)展巖溶地區(qū)固碳增匯技術(shù)的探索和研發(fā)。其中，有的技術(shù)已有研究基礎(chǔ)，如石漠化生態(tài)修復(fù)固碳技術(shù)、巖溶植被篩選固碳技術(shù)、巖溶土壤改良固碳技術(shù)、巖溶水生植物選擇和培育技術(shù)等；而有些方面的技術(shù)還沒(méi)有開(kāi)展研究，但他們可能是顛覆性技術(shù)，如煙塵二氧化碳的巖溶作用快速固定技術(shù)，巖溶碳匯的土壤和植被固定與轉(zhuǎn)化技術(shù)，巖溶空間地下植物根系培植固碳技術(shù)等。

固碳增匯技術(shù)研發(fā)應(yīng)當(dāng)與試驗(yàn)示范有機(jī)結(jié)合。選擇我國(guó)碳排放嚴(yán)重且?guī)r溶碳匯潛力大的地區(qū)，以流域?yàn)閱卧?，建立典型巖溶流域固碳增匯試驗(yàn)示范區(qū)，通過(guò)石漠化治理、巖溶森林重建、土地利用調(diào)整、巖溶土壤改良、水生植物培育、煙塵碳回收固定等措施的固碳增匯試驗(yàn)，形成流域“可測(cè)量、可報(bào)告、可核實(shí)”的巖溶流域固碳增匯技術(shù)體系，并通過(guò)流域自然-人工二元系統(tǒng)的綜合調(diào)控，構(gòu)建典型巖溶流域碳中和示范樣板。