中国岩溶

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论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对<中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇分区估算>一文的商榷》的答复

蒋忠诚, 覃小群, 曹建华, 何师意, 章程, 张强

2013, 32(1): 1-6. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.001

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2602

2215

摘要:
岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2~3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。

Karst Hyporheic Zone及其研究进展

蒲俊兵, 袁道先

2013, 32(1): 7-13. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.002

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4830

1394

摘要:
Karst Hyporheic Zone(笔者将之译为“岩溶交互带”)是近三年来新出现的一个岩溶术语,我国尚未开展“岩溶交互带”的研究工作,它主要是指岩溶地下水与周边岩溶基质(含沉积物、基岩)水之间物质能量活跃交替的地带。本文从“岩溶交互带”的概念来源、含义、最新的研究进展和监测技术发展等方面进行了总结,并就现存的问题和未来研究提出了看法。

四川九寨沟景区钙华起源初探

晏浩, 刘再华, 邓贵平, 孙海龙, 张金流

2013, 32(1): 15-22. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.003

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2248

1992

摘要:
九寨沟风景区以绝美的景色闻名于世。钙华作为其独特景观的重要构成要素,有着重要的观赏价值和研究价值。为了弄清九寨沟钙华的起源,特别是CO2的来源,对九寨沟主要水体的水化学和碳氢氧同位素以及现代钙华的碳同位素进行了取样分析。结果发现:(1)九寨沟水体来源于大气降水的补给;(2)水体中碳酸氢根离子和钙离子浓度较低,主要来源于土壤CO2对碳酸盐岩的溶解;(3)根据碳的来源分类,九寨沟钙华应为大气成因类钙华(或表生钙华);(4)九寨沟珍珠滩钙华与碳酸氢根间较大的碳同位素分馏表明,此处生长的藻类对钙华的形成可能有重要作用。

碳酸盐岩红土植硅体记录的指示意义

农日正, 李仁成, 董松声, 何伟松, 黄春玲, 赵胜利, 何玲玉

2013, 32(1): 23-28. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.004

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2054

1561

摘要:
选取广西桂林市雁山碳酸盐岩红土剖面,对红土中的植硅体类型、分布及含量进行了定量分析。发现:(1)表土植硅体形态多样、含量丰富,含量从剖面表层向下迅速减少,20cm及其以下植硅体含量极少或没有;(2)除了0~0.1m内有植硅体富集外,其他深度再也没有发现新的植硅体富集层;(3)受淋滤和生物扰动作用影响,植硅体可能出现向下10~20cm的运移,但运移对其形态和大小没有明显的选择性,植硅体形态组合受运移影响不大,能够很好地反映上覆植被的组成和所处地区的气候总体特征;(4)研究区植硅体富集于红土表层,且为剖面中的唯一富集层,是红土形成过程植硅体运移的反映,支持了红土的碳酸盐岩风化成因;(5)植硅体运移选择性不明显的特点,为利用碳酸盐岩红土植硅体客观分析和重建古环境提供了基础和可能。

湖南大龙洞流域不同岩性不同土地利用类型条件下碳酸盐岩试片的溶蚀速率

王文娟, 蓝芙宁, 蒋忠诚, 覃小群, 劳文科

2013, 32(1): 29-33. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.005

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1947

1497

摘要:
选择湖南大龙洞流域寒武系中统熬溪组上段(∈2a3)白云岩、寒武系上统比条组下段(∈3b1)和奥陶系中统牯牛潭组(O2g)灰岩进行野外溶蚀试验,并测试林地和草地类型土壤剖面20cm、50cm深度土壤CO2浓度和有机质含量,以探讨林地、草地土地利用类型条件下试片溶蚀速率的差异特征。结果表明:(1)O2g、∈3b1和∈2a33种试片溶蚀速率在林地和草地土下20cm、50cm深度差异明显,∈3b1g灰岩林地土下20cm试片的溶蚀速率最大,达357.93mg/(m2?d);(2)试片溶蚀速率受岩性影响明显,CaO含量高,溶蚀速率大,O2g、∈3b1灰岩中CaO含量分别为35.38%、47.45%,较∈2a3白云岩的含量32.64%高,因而其溶蚀速率也较∈2a3的大;(3)埋放于林地土壤的试片其溶蚀速率大于草地,表明土地类型对溶蚀速率有较大的影响,植被从草地向林地的正向演替有利于岩溶作用的进行。

中国北方岩溶水变化特征及其环境问题

梁永平, 王维泰, 赵春红, 王玮, 唐春雷

2013, 32(1): 34-42. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.006

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1994

2080

摘要:
随着自然条件改变和人类活动强度的加大,我国北方岩溶水系统从输入、输出到结构、水资源要素转换关系均发生了巨大变化,在短短几十年内有近30%岩溶大泉断流,80%泉水流量大幅度衰减,区域岩溶地下水位每年以1~2m速度持续下降,同时,有20%以上的岩溶水系统主排泄带的水质在Ⅲ类以下且总体趋向恶化,此外,还存在着矿坑突水,岩溶塌陷、地裂,海水入侵,旅游功能降低,生态功能丧失等诸多的岩溶水环境问题,极大地加剧了水资源的紧张状况。本文根据前人成果和实地调查资料并采用一些典型事例归纳总结了岩溶水环境问题及其发展演化趋势,展示北方岩溶水面临的严峻形势,以引起社会各界对此问题的关注,加大岩溶水资源调查研究与保护力度,同时,也为广大学者开展相关立项与研究提供参考。

雪玉洞岩溶地下水、地表水Ca2+、Mg2+、Sr2+变化特征研究

王晓晓, 徐尚全, 沈立成

2013, 32(1): 43-50. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.007

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2089

1323

摘要:
通过2011年对重庆丰都雪玉洞洞内滴水和地下河河水,上覆岩层中出露的表层岩溶泉水和雪玉洞附近龙河河水等不同类型水中Ca2+、Mg2+、Sr2+浓度及Mg/Ca、Sr/Ca值的研究,发现不同水的Ca2+、Mg2+、Sr2+随外界降水条件的改变而出现明显变化。表层岩溶泉水Ca2+变化能够敏感反应外界降水条件改变,滴水对外界降雨的反应滞后接近1个月,地下河Ca2+可以反应雨季和旱季的变化,地表河水Ca2+全年比较稳定,但是对特殊干旱天气有显著响应。2011年不同类型水的Mg2+、Sr2+全年变化趋势基本一致,在降水较多的3、5、10月呈低值,在其他降水较少的月份浓度相对较高。各离子的这种变化特征主要是受到稀释效应、CO2效应以及所在地层的岩性的影响。雪玉洞不同类型水的Mg/Ca、Sr/Ca值呈现出滴水>地表河>地下河>表层岩溶泉的特点,反映出不同类型水在含水介质中滞留时间的长短,并且Mg/Ca、Sr/Ca值在降水较多的月份降低,在降水较少的月份升高;受碳酸钙的前期沉淀和运移路径差异的影响,不同类型水的Mg/Ca、Sr/Ca值变化稍有不同。因此,不同类型水的离子变化及其比值对外界降水条件变化的响应特征和时间的不同,决定了在利用元素及其比值反映外界环境变化时也要区别对待。

桂林硝盐洞滴水水文和水化学动态变化特征

周文亮, 姜光辉, 陈国富, 白俞, 王开然

2013, 32(1): 51-56. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.008

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2142

1292

摘要:
为认识裸露型岩溶包气带洞穴水文水化学动态变化特征,以桂林硝盐洞滴水为例,选取桂林硝盐洞3处滴水,对滴速、电导率、pH值、Ca2+、Mg2+、Sr2+进行监测,结果显示:(1)岩溶洞穴滴水的离子浓度与温度降水关系密切,高温多雨时节岩溶作用加快,洞穴滴水中Ca2+、Mg2+含量升高,同时强降雨会导致离子浓度产生很大波动;(2)滴水化学性质受到土壤、基岩顶板厚度、滴水量等的影响,土壤层越厚,滴水中Ca2+含量越高;(3)受“慢速补给”的滴水点,其滴水量与离子浓度呈正相关性,而受“快速补给”的滴水点,其滴水量与离子浓度呈负相关性;同时接受两种方式补给的滴水点,其滴水量和离子浓度变化剧烈,且呈良好的正相关性。

基于15N同位素技术的岩溶地下河硝酸盐污染变化特征研究——以重庆青木关地下河为例

王开然, 贾亚男, 胡大超

2013, 32(1): 57-63. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.009

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2164

1268

摘要:
根据2010年5月至2010年10月每月对青木关地下河河水的监测数据,利用15N同位素技术并结合水化学指标,分析地下河的水化学特征以及硝态氮来源的时空变化特征。结果表明,地下河出口丁家龙洞硝态氮浓度(5.077mg/L)比入口天池硝态氮浓度(0.842mg/L)高6倍多。入口天池处地下河河水硝态氮浓度比较低,δ15N浓度变化范围为-7.0475‰~+7.059‰,变化幅度不大,说明该点的氮污染较低,地下水受外界影响较小,污水和粪便不是主要的δ15N来源。出口丁家龙洞处的δ15N浓度变化范围在-21.453‰~+37.825‰,总体浓度高且变化幅度大,受上游养猪场粪便直接排入及降水影响较大。

地下水水位及水温在查明矿区岩溶水补给条件中的应用——以福建马坑铁矿为例

陈彦美, 陈植华, 於开炳

2013, 32(1): 64-72. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.010

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2093

1849

摘要:
综合利用马坑矿区积累的水位、水温资料,结合前期对矿区水文地质条件的认识,查明了矿区岩溶水在疏干条件下的补给的变化特征。矿区岩溶含水层以石炭系船山组至二叠系栖霞组灰岩为主,大气降水为其主要补给来源。矿区开采过程中由于矿山采石场开采灰岩造成的溶洞出露地表、采空塌陷裂隙、第四系扰动及沟谷堵塞等使大气降水入渗补给量增大;断层破碎带使分布于灰岩含水层上部的二叠系文笔山组泥质砂岩地层具有了良好的含水性及导水性,致使其上部加福组砂岩裂隙水通过小娘坑断层及F3断层等破碎带补给岩溶水;溪马河河水沿河床与F1断层交汇段渗漏补给岩溶水;深部花岗岩低温热水也沿F1及F10断层破碎带进入矿坑。

岩溶石山区坡地土壤剖面水分与蒸发特征——以桂林丫吉试验场为例

陈国富, 姜光辉, 周文亮, 王开然, 杜宝林, 梁毅

2013, 32(1): 73-78. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.011

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1943

1489

摘要:
选取桂林丫吉试验场岩溶石山坡面上典型覆盖土壤的两个单元体为对象,对其土壤剖面层含水量的分布变化、土壤蒸发速率大小及其相关影响因素进行分析研究,结果表明:(1)土壤剖面最大含水率层位于土壤底部与基岩的交界处,中间过渡层土壤含水量最少,表层土壤水分受外界因素影响而变化显著;(2)在夏季岩溶石山区地表蒸发强烈,直径10cm的土壤柱日蒸发量为5~12mL之间,夜蒸发量在0~3mL之间;(3)几天内决定地表土壤日蒸发量(y)大小的因素主要是太阳辐射(x2)和土壤温度(x4),其关系式可表示为:y=18.018+0.001x2-0.691x4。

表层岩溶带土壤中多环芳烃分布特征及来源解析

孙玉川, 沈立成, 袁道先

2013, 32(1): 79-87. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.012

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2109

1726

摘要:
利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对表层岩溶泉域土壤中的16种优控的多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)含量进行了分析,并对其组成、污染水平和来源进行了探讨。结果表明,16种优控PAHs在表层岩溶泉域土壤中的检出率为100%,其含量介于439.19~3329.72ng/g之间,平均值为1392.44ng/g,7种致癌性PAHs占总量的26%。PAHs的组成特征受地形的控制,随着海拔升高,低环PAHs所占比例升高,高环PAHs比例降低。同分异构体比值分析表明,研究区土壤中的PAHs主要来自于煤、生物质和石油的燃烧排放。研究区土壤中16种PAHs的TEQcarc值介于18.65~501.13ng/g,平均值为140.57ng/g。7种致癌性PAHs占总TEQcarc的比例达到96.8%。研究区表土中,后沟泉域的污染程度最大,次之是兰花沟泉域和柏树湾泉域,水房泉泉域的污染程度最小,但由于柏树湾泉域松针落叶中BaP、PAHs含量较高,松针落叶中PAHs含量分别高达36.36ng/g和2370.1ng/g,土壤生态风险评价中应考虑松针落叶层的潜在影响。

贵州省岩溶石漠化地区生态服务价值损失评估

王月容, 卢琦, 周金星, 崔明

2013, 32(1): 88-94. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.013

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1745

1185

摘要:
构建了适合岩溶石漠化地区的生态价值损失评估指标体系,基于遥感资料、典型样点调查数据及社会公共数据,采用将物质量转化为价值量的方法,估算和评价了贵州省石漠化地区的有机质生产、固碳释氧、水土保持、营养物质积累、生物多样性保育及景观游憩6项核心生态价值的损失。结果表明:(1)不同石漠化等级单位价值量分别为潜在12483.88元/(hm2?a)、轻度7425.97元/(hm2?a)、中度6557.83元/(hm2?a)、重度4414.06元/(hm2?a)、极重度3755.07元/(hm2?a)。(2)贵州省岩溶石漠化地区生态系统服务的总价值损失量为210.85亿元/a,其中潜在、轻度、中度、重度、极重度的损失量分别为8.72亿元/a,59.43亿元/a,101.15亿元/a,47.89亿元/a和5.66亿元/a。(3)空间分布上,各州市生态价值损失量变幅在12.92~56.57亿元/a之间,生态价值损失量大小依次为毕节地区>黔南州>遵义市>黔西南州>安顺市>铜仁地区>六盘水市>黔东南州。

基于Google Earth的果化示范区石漠化评估

杨奇勇, 蒋忠诚, 李晖, 肖土安

2013, 32(1): 95-99. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.014

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1771

1908

摘要:
充分挖掘Google Earth(GE)提供的免费数据,可以克服数据缺乏区域无图可用的困难。以典型峰丛洼地果化示范区为例,基于GE和GIS技术,建立了果化示范区数字高程模型。利用植被覆盖度和坡度两个指标对研究区域2003年石漠化进行定量评估。结果表明,2003年示范区石漠化面积为5.63km2,比重高达64.7%;研究区域以轻度石漠化为主,轻度石漠化面积为3.92km2。

桂林岩溶峰丛区定域时空变化研究

刘超, 吴虹

2013, 32(1): 100-107. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.015

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2110

1202

摘要:
为探索局域生态环境变化对桂林市整体生态环境状态的影响,选择漓江沿岸北从刘村南至街底共8个峰丛地貌区作为研究对象(编号为No.1~No.8),并以1986、1991和2006年3个时相的Landsat-5卫星影像的TM数据为信息源,采用基于ROI的定域定量遥感技术,结合地理与岩溶地质学资料,对这8个岩溶峰丛区的遥感生境指标即归一化植被指数NDVI和缨帽变换中的绿度分量TC2作定域提取和纵、横向分析(时间和空间变化分析)。研究表明,2006年岩溶峰丛区的NDVI和TC2最高,生态环境最好,1986年次之,1991年最差,表明在20世纪80年代末90年代初这一阶段里,由于桂林市经济高速发展而忽视环保,岩溶峰丛区的生境曾受到较不良影响,但进入本世纪以来已经得到了明显改善;在空间上各峰丛区NDVI大于4.0和TC2大于20的地块呈现斑状或条带状分布,且自1991年以来有向全区扩大的趋势。同一区域不同时间NDVI和TC2变化具有1991年低,1986年、2006年高的趋势,而同一时间不同区域NDVI和TC2也存在着差异,由好到差其关系为:No.5>No.4>No.3>No.8>No.7>No.6>No.2>No.1。

江油国家地质公园地质遗迹景观资源特征及评价

刘海龙, 刘岁海, 刘爱平

2013, 32(1): 108-116. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.016

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3486

2413

摘要:
江油国家地质公园特色突出,地质遗迹景观品质高、互补性强,配套性好,具有极高的科研、观赏和旅游开发价值。本文在资料收集和实地考察的基础上,总结了江油国家地质公园地质遗迹景观资源的特征,划分了地质遗迹景观的类型,并对地质公园内主要的地质遗迹景观进行了定性和定量评价。该地质公园地质遗迹景观主要有岩溶洞穴、岩溶漏斗、泥盆纪标准地层剖面和古生物化石,以及山岳、峡谷地貌等,其中属国家级地质遗迹景观的有11处,省级地质遗迹景观的有12处。

不同方法萃取的溶解无机碳的δ13C值比较分析

孙海龙, 刘再华, 晏浩, 杨睿, 曾成, 王海静

2013, 32(1): 117-122. doi: 10.3969/j.issn.1001-4810.2013.01.017

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1821

1406

摘要:
为了测定水中溶解无机碳的δ13C值,通常可以利用两种方法对水中的DIC进行萃取:沉淀法和脱气法。但是,一直以来未有研究对这两种方法萃取同一水样DIC的δ13C值之间的差异进行对比分析,尤其是对于具有高CO2分压(pCO2)的水样。本文对两组分别代表深部岩溶系统(高pCO2)和表层岩溶系统(低pCO2)的水样分别同时利用这两种萃取方法萃取其DIC然后测定δ13CDIC值。对比发现利用脱气法萃取物测定得到的δ13CDIC值要显著高于利用沉淀法萃取物测定得到的δ13CDIC值。这是因为在脱气法萃取DIC的过程中,由于水的pCO2高于大气的pCO2,水中富含12C的CO2通过扩散作用逃逸到大气中,从而使δ13CDIC值偏正。这表明利用沉淀法萃取物测定的δ13CDIC值的精度要高于脱气萃取法的精度。对两种DIC萃取方法萃取物测定的δ13CDIC值之间的差与水样和大气之间的CO2分压差进行分析后发现,两者之间具有较好的正相关关系。由于深部岩溶系统的水样具有很高的pCO2,富含12C的CO2向大气逸出的量相对较多,从而导致相应的深部岩溶系统线性关系的斜率和截距均比表层岩溶系统的线性关系的斜率和截距为大。文中所建立的这些线性关系为校正脱气法萃取物测定得到的δ13CDIC值提供了一个可能的经验校正公式。

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