技术解读 | GB/T 43932—2024《岩溶流域碳循环监测及增汇评价指南》

一、标准定位与出台背景

我国岩溶区面积约344.6万平方千米，其中南方岩溶区56.48×10⁴ km²、北方岩溶区32.58×10⁴ km²、青藏高原区55.60×10⁴ km²。岩溶作用通过碳酸盐岩风化溶解消耗大气/土壤CO₂，形成溶解无机碳（DIC）并进一步转化为有机碳，是重要的地质碳汇过程。

在此之前，行业层面仅有DZ/T 0375—2021《岩溶碳循环调查与碳汇效应评价指南》作为行业标准，适用于1:50 000重点调查区和1:250 000一般调查区。随着国家"双碳"战略的推进，亟需一部国家标准来统一流域尺度的监测方法与增汇评价体系——GB/T 43932—2024由此诞生，它与之配套的GB/T 43216—2023《岩溶关键带监测技术要求》、GB/T 43937—2024《岩溶区水土资源开发利用规范》共同构成了岩溶领域国家标准体系。

💡 标准层级定位：GB/T 43932—2024是推荐性国家标准（GB/T），相较行业标准DZ/T 0375—2021，其权威性与适用范围更高，侧重于流域尺度的监测与增汇评价。

二、适用范围与核心术语

2.1 适用范围

标准明确规定：适用于降水作用下我国岩溶流域碳循环监测及增汇评价工作。

⚠️ 注意限定条件"降水作用下"——这意味着标准针对的是受降水驱动的岩溶碳循环过程，聚焦于天然降水—土壤水—地表水/地下水—水生生物这一完整链路。

2.2 三个核心术语

岩溶流域（karst catchment）：流域内碳酸盐岩面积不小于10%，赋存的地下水或地表水体中重碳酸根浓度不小于1 mmol·L⁻¹且水化学类型为重碳酸根型的地表或地下水系的完整集水区单元。

岩溶碳循环（karst carbon cycle）：在岩溶流域中，碳酸盐岩风化溶解消耗大气或土壤中的CO₂形成无机碳，并在物理、化学和生物作用下碳形态相互转化和迁移的过程。

岩溶碳汇（karst carbon sink）：通过岩溶碳循环吸收大气或土壤中的CO₂，并储存于水体中的过程、活动或机制。

人工增汇（artificial carbon sink increasing）：通过实施人工造林种草、土壤改良、引入外源水、水生植物培育等活动，促进岩溶作用吸收更多的大气或土壤中CO₂的过程。

三、总体原则与工作流

3.1 分区分类的总体思路

标准的核心创新之一是强调分区分类：

3.2 流域级别划分

按面积将流域分为四级，不同级别对应不同的监测指标与工作量定额：

• 一级流域：S ≤ 20 km²
• 二级流域：20 km² < S ≤ 500 km²
• 三级流域：500 km² < S ≤ 10 000 km²
• 四级流域：S > 10 000 km²

3.3 工作流程

标准规定的工作流程包括：

1. 编制工作方案
2. 流域结构调查
3. 碳循环过程监测
4. 人工干预增汇措施调查
5. 碳汇强度和通量分析及分区评价
6. 图件编制和数据库建设

四、监测评价内容

标准将监测评价内容划分为三大板块：

4.1 监测前调查内容

• 地形地貌：高程、坡度、地貌类型、岩溶形态
• 地层构造：岩石组合、碳酸盐岩分布、石膏/硫化物/煤系地层分布
• 土壤/植被：土壤类型与厚度，植被群落类型与组成
• 水文地质特征：地表水/地下水水动力条件与水化学特征，确定岩溶地下水系统结构与边界

4.2 碳循环发生条件和过程监测

标准规定了6个核心监测过程：

1. 碳循环发生条件：气温、降水、潜在蒸发量、风力、太阳辐射、植被NPP、土地利用变化
2. 土壤碳循环过程：土壤呼吸、大气和土壤CO₂浓度、溶蚀试片溶蚀量
3. 地表水/地下水无机碳循环过程：DIC在地下岩溶介质中的迁移及形态变化、通量及来源
4. 地表水CO₂交换和释放过程：河流CO₂释放/吸收通量及动态特征
5. 地表水水生植物转化过程：有机碳与无机碳转变通量及动态
6. 地表水沉积过程：湖泊、水库有机碳无机碳时空分布、底泥碳沉积通量、沉积速率及来源

4.3 人工干预措施增汇评价

标准明确四类人工增汇措施：

• 生态修复型：人工造林、种草，增加地表生物碳汇，促进地下岩溶碳循环
• 土壤改良型：有机肥、农家肥、生物炭基肥等，提升土壤质量与土壤碳循环
• 外源水引入型：引入外源水促进岩溶碳循环强度
• 水生生物培育型：人工选育水生光合生物，提升无机碳到有机碳转化效率，降低水-气界面CO₂释放

五、技术方法要点

5.1 岩溶流域结构调查

收集自然地理、气象水文、区域地质、水文地质、生态环境等资料；在地下河管道介质、分水岭地带等重要地段宜采用物探、钻探、示踪等方法确定地下水系统结构与边界。

5.2 关键监测技术参数

（1）气象条件监测

• 布点：主要气候类型区和降雨带分别布点
• 频率：15 min/次或30 min/次
• 方法：全自动小型气象站点，指标包括气温、降水量、潜在蒸发量、风力、太阳辐射、大气CO₂浓度

（2）溶蚀试片法（核心方法）

• 布点：按不同地层岩性、植被类型、土地利用方式及地貌部位（山顶、山腰、洼地、垭口）
• 频率：每年枯水期和丰水期各1次
• 方法：挖土壤剖面埋放试片，地上空气中（距地面100 cm）、地表、土下20 cm、土下50 cm各埋放一组，每组3片；称重法计算溶蚀量

（3）常规水质监测

• 频率：每年枯水期和丰水期各1次
• 现场测定：pH、水温、电导率、溶解氧、Ca²⁺、HCO₃⁻、TDS
• 简分析：K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻、CO₃²⁻、NO₃⁻、HCO₃⁻、有机碳、游离CO₂、总硬度、总碱度、总酸度
• 全分析：在简分析基础上增加Fe²⁺、Fe³⁺、NH₄⁺、Al³⁺、F⁻、NO₂⁻、Br⁻、I⁻及Li、Sr、Zn等微量元素
• 同位素：δ¹³C_DIC、δ¹³C_POC、δ¹⁵N_NO₃、δ¹⁸O、δD、δ³⁴S
• 关键计算：用加利法（Galy法）区分硅酸盐岩和碳酸盐岩风化来源；用质量平衡法区分碳酸、硫酸和硝酸的溶蚀比例，计算碳酸溶解碳酸盐岩形成的岩溶无机碳汇通量（F_DIC）

（4）水-气界面CO₂释放监测

• 方法：现场测定流量、水温、电导率、pH、Ca²⁺、HCO₃⁻、水面上方风速、水面CO₂浓度；用菲克（Fick）定律计算释放量；小流域可用静态箱收集-实验室测定法
• 频率：变化较小区域2次/年（枯、丰水期）；变化较大区域4次/年（丰水期2次+平水期+枯水期）

（5）水生植物转化监测

• 频率：丰水期和枯水期各1次
• 方法：设置样方，定性描述水生植物类型、数量，计算生物量；测定TOC/TN比值、δ¹³C值、δ¹³C_DIC；采用溶解氧估算法或无机碳同位素法计算水生植物转化无机碳为有机碳的通量（F_AOC）

（6）沉积过程监测

• 频率：平水期1次/流域
• 方法：水深<20 m时取样测定沉积物有机碳含量、有机质稳定碳同位素、总氮、²¹⁰Pb和¹³⁷Cs；用同位素二元模式法计算内源有机碳沉积通量（F_SOC）

5.3 人工增汇控制试验

标准特别规定了人工增汇的4类控制试验：

1. 遥感对比法：提取人工造林、种草、种果等不同石漠化治理面积、叶面积指数、NPP，对比历史数据
2. 土壤改良对比：采集不同改良方式的0~15 cm表层土壤，埋放标准溶蚀试片，对比溶蚀速率
3. 小生境对比试验：选择治理与未治理岩溶区土壤，利用土壤水收集装置开展碳酸盐岩溶蚀试验
4. 外源水增汇试验：监测外源水水量动态和水文地球化学指标，用同尺度水化学径流法计算增汇量；开展外源水和岩溶水灌溉模拟试验

六、岩溶碳汇计量与增汇评价（核心技术章节）

6.1 按流域级别分档计量

标准第8.1条给出了按流域面积分档的碳汇计量公式，这是标准最核心的技术创新：

🔹 小微流域（S ≤ 20 km²）

仅考虑碳酸溶蚀产生的无机碳汇：

$$F = 0.031\,536 \times Q \times [HCO_3^-]_{H_2CO_3} \times \frac{44}{61}$$

$$C = F/S$$

🔹 中等流域（20 km² < S ≤ 500 km²）

增加内源有机碳汇：

$$F = F_{DIC} + F_{AOC} = 0.031\,536 \times Q \times \left([HCO_3^-]_{H_2CO_3} \times \frac{44}{61} + [AOC]_n \times \frac{44}{12}\right)$$

$$C = F/S$$

🔹 大流域（500 km² < S ≤ 10 000 km² 及 S > 10 000 km²）

进一步增加沉积物内源有机碳：

$$F = F_{DIC} + F_{AOC} + F_{SOC} = 0.031\,536 \times Q \times \left([HCO_3^-]_{H_2CO_3} \times \frac{44}{61} + [AOC]_n \times \frac{44}{12}\right) + F_{SOC}$$

$$C = C_{DIC} + C_{AOC} + C_{SOC} = F_{DIC}/S + F_{AOC}/S + F_{SOC}/S_1$$

式中：

• $F$：流域碳汇量（tCO₂·a⁻¹）
• $C$：流域碳汇强度（tCO₂·km⁻²·a⁻¹）
• $Q$：岩溶地下水径流量（L·s⁻¹）
• $S$：流域面积（km²）
• $0.031\,536$：单位转换系数
• $[HCO_3^-]_{H_2CO_3}$：碳酸溶蚀碳酸盐岩产生的DIC（mg·L⁻¹）
• $[AOC]_n$：流域内源有机碳浓度（mg·L⁻¹）
• $F_{DIC}$：碳酸溶蚀碳酸盐岩产生的无机碳汇（tCO₂·a⁻¹）
• $F_{AOC}$：内源有机碳汇通量（tCO₂·a⁻¹）
• $F_{SOC}$：湖泊/水库内源有机碳沉积通量（tCO₂·a⁻¹）
• $S_1$：流域内湖泊/水库面积（km²）
• 44、12：CO₂和C的原子量

📌 公式设计的科学逻辑：小流域主要发生碳酸盐岩溶蚀，DIC是主导；随着流域面积增大，水力滞留时间延长，水生植物光合作用转化DIC为有机碳（F_AOC）以及湖泊/水库沉积物埋藏内源有机碳（F_SOC）的贡献逐渐显现——因此分档计量更符合物理实际。

6.2 增汇评价方法

标准第8.2条规定了两类评价：

岩溶作用强度主控因子评价：以GIS为平台，采用空间因子分析及多元统计分析方法，结合多年多流域监测结果，识别地形地貌、地层岩性、水动力条件及气象、植被、土壤、人类活动对环境的影响。

人工干预增汇评价：

七、工作量定额与监测密度

标准附录B给出了每百平方千米的工作量定额，核心要点：

7.1 南方岩溶区（复杂地区）工作量

7.2 研究程度折减系数

• 水文地质研究程度高的地区：工作量按50%部署
• 研究程度中等的地区：按70%部署
• 研究程度低的地区：按100%（即附录B定额）部署

7.3 常规水质分析样品数

宜占水文地质点的30%~50%，其中全分析样宜达水质分析样的10%~20%。

八、数据库建设与成果编制

8.1 数据库架构

标准第9章要求建立三类数据：

• 基础数据：区域地理、地质、气象、水文数据
• 原始数据：监测站基本信息、原始监测数据
• 加工数据：统计数据、分析数据、图件数据、研究报告、论文、三维地质模型数据

空间数据采用国际通用GIS数据格式，支持XML交换格式，定期更新。

8.2 成果图件

必编图件：

• 岩溶流域动态碳库储量分布图
• 岩溶碳汇增汇技术布置表

选编图件（根据实际需要选择）：

• 碳酸盐岩溶蚀速率分区图
• 土壤CO₂浓度分布图
• 植被生物量分布图
• 等

8.3 成果报告编写提纲（附录E）

标准规定了10章结构的报告编写提纲：

1. 前言
2. 调查区环境条件
3. 岩溶流域碳循环的地质条件
4. 岩溶流域碳循环的生态条件
5. 岩溶流域碳循环的水文条件
6. 水化学及同位素特征
7. 岩溶流域碳的迁移与转化
8. 岩溶地质碳汇储量计算
9. 人工增汇方式对比与评价
10. 结论和建议

九、标准创新点与学术价值

综合来看，GB/T 43932—2024相较于此前的DZ/T 0375—2021行业标准，在以下方面实现了重要突破：

9.1 首部流域尺度的国家标准

将评价单元从"重点调查区/一般调查区"的制图比例尺思维，转向"按流域面积分四级"的水文单元思维，更契合岩溶碳循环的物理过程。

9.2 分区分类的差异化监测

明确南方岩溶区为"复杂地区"，北方岩溶区与青藏高原区为"简单—中等地区"，工作量定额差异化设置，体现了"因地制宜"的科学原则。

9.3 碳汇计量的分档公式

按流域面积分三档计量公式，分别对应DIC、DIC+AOC、DIC+AOC+SOC三种碳汇组分，物理意义清晰，避免了"小流域用大流域公式"或反之的误差。

9.4 人工增汇的系统化评价

首次将人工造林种草、土壤改良、外源水引入、水生植物培育四类增汇措施纳入国家标准，并规定了具体的控制试验方法，为"岩溶增汇工程"提供了标准依据。

9.5 全程量化与可追溯

从溶蚀试片法、水化学法到同位素示踪法，标准提供了一套可量化、可验证、可对比的技术体系；数据库建设要求确保了数据的长期可追溯性。

十、对新手研究者的实践建议

如果你刚进入岩溶碳汇研究领域，建议按以下路径学习与应用该标准：

1. 先读术语与范围（第3、4章）：把"岩溶流域""岩溶碳循环""岩溶碳汇""人工增汇"四个术语吃透
2. 精读技术方法（第7章）：特别是7.4节"地表水/地下水无机碳循环过程监测"——这是数据采集的核心
3. 掌握计量公式（第8.1条）：理解三档公式的物理意义与适用条件
4. 参考附录B工作量定额：根据研究流域面积和所处岩溶区类型，规划野外工作量
5. 重视同位素应用：δ¹³C_DIC、δ¹³C_POC、²¹⁰Pb、¹³⁷Cs等同位素手段是精准量化碳来源与沉积通量的关键
6. 数据库先行：项目启动时就按第9章要求规划数据库结构，避免后期数据混乱

十一、结语

GB/T 43932—2024的发布实施，标志着我国岩溶碳汇研究从"行业探索"迈向"国家标准引领"的新阶段。作为岩溶碳汇领域的首部推荐性国家标准，它不仅为科研工作者提供了统一的方法学框架，更为"双碳"目标下岩溶增汇工程的规划、设计、评价与核查提供了权威技术依据。

对从事岩溶碳循环研究的科研人员而言，深入理解并严格执行该标准，是产出高质量、可对比、可集成研究成果的基础前提。随着标准的推广应用，我国岩溶碳汇的"家底"必将更加清晰，岩溶增汇在国家碳汇战略中的贡献也将更加凸显。

🔖 建议在野外工作开始前，将本标准全文与DZ/T 0375—2021、GB/T 43216—2023、GB/T 43937—2024配套研读，形成完整的标准体系认知。

参考文献
[1] GB/T 43932—2024 岩溶流域碳循环监测及增汇评价指南[S]. 国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会, 2024.
[2] DZ/T 0375—2021 岩溶碳循环调查与碳汇效应评价指南[S]. 自然资源部, 2021.
[3] 中国地质调查局. 岩溶所起草的两项国家标准正式发布[EB/OL]. 2024.
[4] 全国标准信息公共服务平台. GB/T 43932—2024 标准详细信息[DB/OL]. 2024.