CN114522512A - 一种提升水生碳汇量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升水生碳汇量的方法，涉及增加碳汇改善碳循环技术领域。本发明包括如下步骤：第一步、通过碳酸盐岩风化过程中吸收大气CO2，使CO2被暂时捕获并储存于土壤孔隙中，实现土壤中CO2的富集；第二步、通过对降雨时场区内雨水的引导，增加携带溶解无机碳的雨水入渗到地下水中，经地表径流流入到地表水体中，增加地表水体中的溶解无机碳量；第三步、通过水生植物光合作用将水体中的溶解无机碳转化为有机碳量进行储存，实现水体中的水生碳汇量。本发明可以极大地增加进入到地表水体中的溶解无机碳含量，从而增加施肥效应，提高水生光合作用形成碳汇的量，具有重要的碳汇意义，能够实现大气中CO2的高效去除，且不会产生环境负效应。

Description

一种提升水生碳汇量的方法
技术领域
本发明属于增加碳汇改善碳循环技术领域，特别是涉及一种提升水生碳汇量的方法。
背景技术
最近研究发现岩石风化产生的溶解无机碳(DIC，CO2(aq)+HCO3 -+CO3 2-)可被河流、湖泊和海洋中的水生植物光合作用转化为有机碳(OC)固定在沉积物中，使大气中CO2不断减少，即：[CaCO3+CO2+H2O→Ca2++2HCO3 -+ 水生光合生物→CaCO3+x(CO2+H2O)+(1-x)(CH2O+O2)]。其中碳酸盐风化碳汇占整个岩石风化碳汇的94％，而硅酸盐风化仅占6％左右。因此，碳酸盐岩风化可以通过提供水生光合作用所需的DIC，进而提高碳汇量，且由于分别广，具有广泛的碳汇前景。
水生系统中的水生类植物可以通过光合作用，将大气中进入水体的CO2以水溶性或者HCO3 -，转化为有机碳，进而稳定下来，达到固碳目的，减少大气CO2，增加碳汇。其关键步骤在于大气CO2进入水体的过程，纯自然条件下，大气中直接进入水体中的无机碳含量较低，最终被转化形成稳定有机碳汇的量也就很少，难以达到大面积、大量碳汇以及形成产业推广的目的。此外，岩溶区因大量的碳酸盐岩的存在，风化作用产生的DIC量要高于非岩溶区，在非岩溶区，碳酸盐岩含量较少，进入到水体中的无机碳就更少了，但是，非岩溶区的面积是岩溶区的1.79倍，且在地下环境中依然存在较大量的碳酸盐岩，存在巨大的碳汇潜力，亟待开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升水生碳汇量的方法，通过增加水生光合作用所需的原材料DIC，依据水生光合作用中存在DIC施肥效应的原理，可增加碳汇量，解决了上述背景技术中的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种提升水生碳汇量的方法，包括如下步骤：
第一步、增加土壤中CO2储存量：通过陆地碳酸盐岩风化过程中吸收大气CO2，及以气体形式的CO2被暂时捕获并储存于土壤孔隙中，实现土壤中CO2的富集；
第二步、降雨入渗过程控制：第一步中捕获储存于土壤孔隙中的无机碳在降雨过程中与雨水混合，形成溶解无机碳，通过对降雨时场区内雨水的引导，增加携带溶解无机碳的雨水入渗到地下水中，经地表径流流入到地表水体中，增加地表水体中的溶解无机碳量；所述溶解无机碳包括CO2、 HCO3 -以及CO3 2-；
第三步、水生光合作用碳汇：通过第一步和第二步的效应，使得水体中的水生植物所需无机碳量增加，经水生植物光合作用将水体中的溶解无机碳转化为有机碳量进行储存，实现水体中的水生碳汇量。所述地表水体中溶解无机碳的来源有两个，其中一个溶解无机碳来源为大气降雨中的溶解无机碳，另一个溶解无机碳来源为岩石风化作用吸收的大气CO2，均系消耗和减少大气CO2的途径。
优选地，所述第一步中的增加土壤中CO2储存量的具体方法为：
SS01在场区内的原有土壤的基础上铺设一层可大量囤积CO2的泥碳土，经充分混合后得到高孔隙率的土壤层；
SS02利用陆地碳酸盐岩风化吸收CO2效应，使得大气中的大量CO2被暂时捕获并储存于SS01中的土壤层中，实现土壤层中溶解态CO2的富集。
优选地，所述第二步中的降雨入渗过程控制的具体方法为：
SS01在场区内布置若干降雨疏通通道，对场区内的降雨进行引导；
SS02通过降雨疏通通道，使得场区内的雨水大量入渗到地下水中，经地下水流动到地表水体中，增加地表水体中的溶解无机碳量。
本发明具有以下有益效果：
本发明可以极大地增加进入到地表水体中的溶解无机碳含量，从而增加施肥效应，提高水生光合作用形成碳汇的量，具有重要的碳汇意义，能够实现大气中CO2的高效去除，且不会产生环境负效应。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种提升水生碳汇量的方法，包括如下步骤：
第一步、增加土壤中CO2储存量：通过陆地碳酸盐岩风化过程中吸收大气CO2，及以气体形式的CO2被暂时捕获并储存于土壤孔隙中，实现土壤中CO2的富集；
第二步、降雨入渗过程控制：第一步中捕获储存于土壤孔隙中的无机碳在降雨过程中与雨水混合，形成溶解无机碳，通过对降雨时场区内雨水的引导，增加携带溶解无机碳的雨水入渗到地下水中，经地表径流流入到地表水体中，增加地表水体中的溶解无机碳量；所述溶解无机碳包括CO2、 HCO3 -以及CO3 2-；当土壤中的CO2储存量增加后，降雨入渗会携带此部分 CO2，形成DIC，最终经过地下水排泄，汇入地表水体，形成水生光合作用转化为有机碳汇；
第三步、水生光合作用碳汇：通过第一步和第二步的效应，使得水体中的水生植物所需无机碳量增加，经水生植物光合作用将水体中的溶解无机碳转化为有机碳量进行储存，实现水体中的水生碳汇量；当增加水体中 DIC含量后，碳汇量也会正比例增加。
据统计分析，DIC含量与水生光合作用形成的碳汇量之间呈现正相关关系，因此，通过增加土壤CO2的办法，可有效地使得进入水体中的DIC 含量增加2～3倍，进而使得形成的碳汇量增加2～3倍，具有重要的碳汇经济前景。
本实施例中，所述第一步中的增加土壤中CO2储存量的具体方法为：
SS01在场区内的原有土壤的基础上铺设一层可大量囤积CO2的泥碳土，经充分混合后得到高孔隙率的土壤层；
SS02利用陆地碳酸盐岩风化吸收CO2效应，使得大气中的大量CO2被暂时捕获并储存于SS01中的土壤层中，实现土壤层中溶解态CO2的富集。土壤中的孔隙是储存CO2的关键，其中泥碳土是一种能有效提高土壤孔隙、且可大量囤积CO2的土壤，因此，在原有土壤中混入此类泥碳土，能够大大增加土壤中CO2的储存量。
本实施例中，所述第二步中的降雨入渗过程控制的具体方法为：
SS01在场区内布置若干降雨疏通通道，对场区内的降雨进行引导；
SS02通过降雨疏通通道，使得场区内的雨水大量入渗到地下水中，经地下水流动到地表水体中，增加地表水体中的溶解无机碳量。
本实施例中，增加进入水体中的DIC，是增加碳汇量的基础关键。而水体中的DIC来源有两个，大气降雨中的DIC以及岩石风化作用吸收的大气CO2。其中，第二个部分是最为主要的水体DIC来源，因为大量的大气 CO2是以半永久的方式储存与土壤孔隙中的。增加土壤中CO2储存量，可以在降雨条件不变的前提下，提高进入水体中DIC的量，从而依据DIC施肥效应，提升水生植物光合固碳的能力，达到增加碳汇的目的，为国家增碳汇，实现碳达峰和碳中和的重要目标提供科技支撑。
生物碳泵效应是陆地水生生态系统中稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制，其过程为：(1)陆地碳酸盐风化过程中吸收大气CO2，以气体的形式被暂时捕获并储存于土壤孔隙中；(2)大气降雨达到地表土壤后，经过入渗，将气相的CO2转化为无机碳(DIC，CO2(aq)+HCO3 -+CO3 2-)的形式，并随着水流入渗进入到地下水中；(3)地下水水体中DIC被进一步随地下水排泄进入地表水体，在光的参与下，水生植物通过光合作用，将DIC转化为生物体中的有机碳被固定下来，并存储于湖泊、河流中或者最终流入大海，成为稳定的碳汇。在此水生光合作用固定碳汇的机制下，其重要特征为DIC施肥效应，即水生光合作用随着水体的DIC浓度越高，水生光合生物的生产力越高，形成的碳汇量越多，进入水体中DIC的量与最终形成的碳汇量呈正相关关系。在控制实验中，高DIC浓度水体中浮游植物的生产力和生物量是低DIC浓度水体的5倍；在相同营养和光照条件下，硬水湖泊(碱度高，钙离子浓度高)比软水湖泊具有更高的生物量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种提升水生碳汇量的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步、增加土壤中CO2储存量：通过陆地碳酸盐岩风化过程中吸收大气CO2，及以气体形式的CO2被暂时捕获并储存于土壤孔隙中，实现土壤中CO2的富集；
第二步、降雨入渗过程控制：第一步中捕获储存于土壤孔隙中的无机碳在降雨过程中与雨水混合，形成溶解无机碳，通过对降雨时场区内雨水的引导，增加携带溶解无机碳的雨水入渗到地下水中，经地表径流流入到地表水体中，增加地表水体中的溶解无机碳量；
第三步、水生光合作用碳汇：通过第一步和第二步的效应，使得水体中的水生植物所需无机碳量增加，经水生植物光合作用将水体中的溶解无机碳转化为有机碳量进行储存，实现水体中的水生碳汇量。
2.根据权利要求1所述的一种提升水生碳汇量的方法，其特征在于，所述第一步中的增加土壤中CO2储存量的具体方法为：
SS01在场区内的原有土壤的基础上铺设一层可大量囤积CO2的泥碳土，经充分混合后得到高孔隙率的土壤层；
SS02利用陆地碳酸盐岩风化吸收CO2效应，使得大气中的大量CO2被暂时捕获并储存于SS01中的土壤层中，实现土壤层中溶解态CO2的富集。
3.根据权利要求1所述的一种提升水生碳汇量的方法，其特征在于，所述第二步中的降雨入渗过程控制的具体方法为：
SS01在场区内布置若干降雨疏通通道，对场区内的降雨进行引导；
SS02通过降雨疏通通道，使得场区内的雨水大量入渗到地下水中，经地下水流动到地表水体中，增加地表水体中的溶解无机碳量。
4.根据权利要求1所述的一种提升水生碳汇量的方法，其特征在于，所述溶解无机碳包括CO2、HCO3 -以及CO3 2-。
5.根据权利要求1所述的一种提升水生碳汇量的方法，其特征在于，所述地表水体中溶解无机碳的来源有两个，其中一个溶解无机碳来源为大气降雨中的溶解无机碳，另一个溶解无机碳来源为岩石风化作用吸收的大气CO2。
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