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2016年  第35卷  第4期

岩溶碳汇
岩溶生物地球化学研究的进展与问题
李 强, 靳振江
2016, 35(4): 349-356. doi: 10.11932/karst20160401
摘要:
在CO2-水-碳酸盐岩活跃的代谢体系中,由于参与岩溶作用过程的二氧化碳来源复杂,因而研究碳酸盐岩环境中二氧化碳在生物介导下所耦联的物质循环过程及其与全球变化的关系成为岩溶生物地球化学学科的主要内容,并使其成为现代岩溶学的重要分支。在分析国内外岩溶学、地球化学、生物学等交叉学科研究成果的基础上,本文简要评述了基于岩溶生物地球化学特性的水土流失与石漠化过程,碳酸盐岩矿物在生物作用下的化学风化、元素释放规律以及控制元素循环的界面过程,碳酸盐岩区土壤-大气界面下的气体循环及其控制因素和过程,碳酸盐岩区有机污染物在环境中的来源、分布规律与降解,微型生物在岩溶水体碳循环过程中的作用等主题的主要研究进展和存在的科学问题。因此,需要以CO2为核心把岩溶环境中不同尺度上生物有机体参与的地球化学过程联系起来,但人们对生物有机体是如何通过协同作用而改变岩溶环境的,还了解得很少。如果能查明碳酸盐岩一土壤一水一生物相互作用产生的功能,岩溶生物地球化学将进一步拓展CO2-水-碳酸盐岩相耦合的岩溶作用过程,并在岩溶资源领域和全球变化领域有广阔的应用前景。因此,岩溶生物地球化学需要多学科的协同研究,特别是加强生物过程与岩溶过程的耦合研究,方能解决岩溶领域存在的生态环境问题。
微藻CO2同化过程的稳定碳同位素分馏值
赵丽华, 吴沿友, 谢腾祥, 李海涛, 张开艳, 杭洪涛
2016, 35(4): 357-362.
摘要:
研究微藻CO2同化过程中的碳同位素分馏值,对研究微藻在碳效应过程中的作用具有重要意义。目前还没有获取微藻CO2同化过程的稳定碳同位素分馏值的在体实验方法。文章以莱茵衣藻、蛋白核小球藻、及野外红枫湖混合藻三种岩溶湖泊微藻为例,利用双向标记建立了能在体获得此分馏值的方法,并通过此分馏值定量了微藻的各种无机碳利用途径份额。获得各自CO2同化过程中的碳同位素分馏值分别为15.3‰、14.8‰、21.7‰。三种藻分馏值差异主要与藻的种类及其细胞体积大小有关。利用此分馏值计算出衣藻、小球藻、混合藻自然培养下的碳酸氢根离子途径利用份额分别为100%、81.1%、97.8%,表明了生长在岩溶湖泊的微藻利用无机碳的途径主要为碳酸氢根离子。
水文地质
基于离散裂隙网络模型的裂隙水渗流计算
王晋丽, 陈 喜, 张志才, 康建荣, 高 满
2016, 35(4): 363-371.
摘要:
离散裂隙网络模型(Discrete Fracture Network(DFN))是研究裂隙水渗流最为有效的手段之一。文章根据裂隙几何参数和水力参数的统计分布,利用Monte Carlo随机模拟技术生成二维裂隙网络,基于图论无向图的邻接矩阵判断裂隙网络的连通,利用递归算法提取出裂隙网络的主干网或优势流路径。基于立方定律和渗流连续性方程,利用数值解析法建立了二维裂隙网络渗流模型,分析不同边界条件下裂隙网络中的流体流动。结果表明,该方法可以模拟区域宏观水力梯度和边界条件下,裂隙网络水力梯度方向总的流量,以及节点的水位、节点间的流量和流动方向的变化特征,为区域岩溶裂隙水渗流计算提供了一种实用、可行的方法。
岩溶地区地下水污染风险评价方法探究——以地苏地下河系流域为例
崔亚丰, 何江涛, 王曼丽, 赵阅坤, 王 菲
2016, 35(4): 372-383.
摘要:
岩溶地下水污染风险评价对岩溶地下水的保护、管理和合理利用具有重要意义。文章总结了近年来国内外地下水污染风险评价方面的研究进展,针对目前评价体系存在的不足,构建了适合岩溶区地下水污染风险评价体系。该方法基于欧洲模式,实现地下水防污性能评价;污染负荷评价则考虑污染物在覆盖层中的衰减过程,利用折减系数实现污染负荷量化;最后,基于GIS空间叠加分析耦合防污性能与污染负荷评价,实现区域地下水污染风险评价。文章以地苏地下河系流域为例,开展岩溶区域地下水污染风险评价,结果表明:区域整体地下水污染风险偏低,地下水中等及以上污染风险区域面积424.41 km2,占研究区总面积的39.03%,主要分布在研究区中东部地苏乡、东庙乡、六也乡局部等人类活动频繁与地苏地下河干流中下游段。地下水污染风险空间分布特征不仅显示了岩性、坡度、岩溶网络发育等自然条件对评价结果的影响,同时也反映了人类活动的影响。地势平缓,岩溶发育程度强烈,加之人类活动频繁是导致区域地下水污染风险较高的原因所在。
近50年济南岩溶泉域地下水位对降水响应的时滞差异
祁晓凡, 王雨山, 杨丽芝, 刘中业, 王 玮, 李文鹏
2016, 35(4): 384-393.
摘要:
依据近50年降水及年均水位等的差异,将1959-2011年济南岩溶泉域地下水位与降水观测数据划分为若干时段。采用小波变换方法定量分析了泉域地下水位对降水的响应时滞,并采用相关分析讨论了时滞与地下水开采量等的关系。结果表明,(1)泉域地下水位与降水的主周期均为1 a。(2)两种划分方式下,泉域排泄区水位时滞分别为83.44~161.24 d、88.62~150.56 d,径流区水位时滞分别为67.87~81.66 d、76.58~82.21 d,径流区水位时滞明显小于排泄区。(3)依据降水划分的时段,排泄区与径流区均有随年降水减少,水位时滞增加的趋势。(4)依据水位划分的时段,排泄区有随水位降低,时滞增加的趋势,而径流区不明显。(5)泉域水位时滞与泉域地下水开采量、泉群流量等存在相关关系,泉域开采量越大,泉群流量越小,则水位时滞相对越大。上述时滞差异分析,有助于增加地下水位与降水之间的非线性耦合过程的认识,可为地下水位的预报预警提供帮助。
岩溶洞穴
岩溶洞穴古河漫滩沉积物特征及其沉积环境演变——以山王洞中段为例
杨振华, 李 坡, 吴克华
2016, 35(4): 394-401.
摘要:
为揭示岩溶洞穴沉积物对沉积环境与沉积过程的指示作用,文章在分析双河洞洞系形成过程及山王洞区域地质调查资料的基础上,选取贵州山王洞中段古河漫滩沉积物为研究对象,采用粒度分析法与萨胡公式对洞穴沉积物粒度特征与沉积环境的相关性进行分析,推断不同沉积韵律期的沉积环境演变过程,研究结果表明:(1)古河漫滩表层沉积物以极细砂、粉砂和黏土为主,平均含量达94.42%,且中上部含有一层粗砂砾夹层;(2)沉积模式主要为跳跃和悬浮沉积,水动力条件整体稳定,搬运颗粒粒径平均值为637 μm,其最大沉积物颗粒粒径为864.2 μm;(3)以沉积物粒度特征为依据,将古河漫滩沉积过程划分为三级沉积韵律,一级沉积韵律厚度为404~275 cm ,二级沉积韵律厚度为285~165 cm,三级沉积韵律厚度为165~0 cm。上述研究为确定区域侵蚀基准面和地层升降运动过程提供有力证明,也为山王洞古气候环境研究提供了重要依据。
双河洞中大熊猫-剑齿象动物群化石的发现
高占冬, Jean Bottazzi, 赵欣楠, 贺 卫, Eric Sanson, 李 坡, 程 海
2016, 35(4): 402-406.
摘要:
对贵州省境内的双河洞历次科考中发现的第四纪动物群化石进行初步研究和总结,认为目前对双河洞第四纪动物群研究尚处于起步阶段,化石的发现者都是洞穴科考专家,古生物知识相对欠缺且重视不够是洞穴化石研究进展缓慢的原因。为了加快双河洞第四纪动物群的研究进程,以今年中法联合科考过程中发现的大熊猫-剑齿象动物群化石为样本,采用ICP-MS铀系定年方法对这批大熊猫骨骼化石碳酸盐岩包裹物的年龄进行测试,结果表明该化石群化石距今6.75万年,初步判定此动物群可能生存于中更新世-晚更新世早期。这批哺乳动物化石及其地层信息将为贵州(尤其是黔北)第四纪的研究提供重要资料。
贵州绥阳红果树景区地质遗迹特征及探险、洞穴养生旅游
黎有为, 石晓智, 贺 卫, 李 坡
2016, 35(4): 407-413.
摘要:
为了普及绥阳红果树景区旅游科普知识,为其它喀斯特旅游区提供探险、洞穴养生等旅游产品的科普示范,文章通过野外实地考察并结合景区地质背景,阐述了贵州绥阳红果树景区地质遗迹特征,并在此基础上深入研究景区“飞拉达”攀登、SRT(单绳技术)升降、洞穴养生等旅游产品,及其产品开发方式。研究表明,绥阳红果树景区地质遗迹丰富、美观、有特色,具有较高的观赏、旅游及科普价值;开展探险、洞穴养生等旅游产品开发在红果树景区具有较好的可行性,其娱乐性、功能性强,发展潜力较大,绥阳红果树景区的探险、洞穴养生项目可作为其它喀斯特旅游区多元化开发之范本。
岩溶洞穴内气候环境因子关系分析——以贵州省织金洞为例
殷 超, 周忠发, 曹明达, 张 结, 张 强, 张绍云, 潘艳喜
2016, 35(4): 414-424.
摘要:
织金洞为旅游洞穴,且洞内竖井以及裂隙较多,洞内封闭环境较差,因此随着洞外大气环境的变化和游客量的波动,存在夏秋两季洞内CO2浓度、湿度均高于冬春两季的现象。2015年1月至2016年1月经对织金洞内CO2浓度、气压、气温、湿度等气候环境数据进行相关性统计分析得出:夏秋两季气温与CO2浓度呈现负相关,相关系数r分别为-0.728 76和-0.656 16,冬春两季则呈正相关,两季CO2浓度与气温的相关系数r分别达0.854 52和0.938 46;洞内气候环境因子除湿度与温度的关系外,各环境因子间在SINE函数基础上拟合度较高,拟合度大部分处于0.6~0.8之间。洞内各气候环境因子的关系,经分析认为可能由于洞内外气流交换状况的季节性变化以及外界大气降水、洞内水量、上覆土壤CO2、游客量、照明设施等因素共同影响所致。
旅游洞穴空气环境时空变化特征及其影响因素——以贵州省绥阳大风洞为例
潘艳喜, 周忠发, 李 坡, 曹明达, 张绍云, 殷 超, 张 结
2016, 35(4): 425-431.
摘要:
为探究绥阳大风洞空气环境时空变化的规律及其成因,沿洞道布设10个监测点,并对各点在垂直剖面上(洞道上、中、下部)的温度、湿度和CO2浓度进行为期11个月的监测,结果表明:(1)大风洞空气环境要素(CO2、温度、相对湿度)均呈现出明显的季节变化,大体上CO2、温度和湿度表现为冬季低,夏季高的特点。(2)春、夏、秋季洞内外空气交换较弱,由洞口至洞内深处CO2浓度、湿度逐渐增加,温度逐渐减小,且越往洞内深处,空气交换减弱,各参数变化越稳定;冬季洞内外空气交换作用强,由洞口至洞穴深部,温度变化曲线表现为并无突变点,且洞穴CO2、湿度的垂直变化加大。(3)垂直变化上,春、夏、秋季洞穴CO2浓度、相对湿度差异大,洞底部CO2浓度和相对湿度大多高于洞顶部,但越往洞穴深入,3个环境参数的垂直差异均减小。
喀斯特洞穴窝穴的形态对比与成因分析——以贵州省双河洞为例
张 结, 周忠发, 李 坡, 曹明达, 殷 超, 张绍云, 张 强
2016, 35(4): 432-438.
摘要:
喀斯特洞穴窝穴作为洞穴小形态的一种,记录了喀斯特地区地下河的演变过程和洞穴的发育状况。通过对双河洞系统中阴河洞、响水洞洞穴窝穴的规模、形态大小进行统计,对比了两洞穴窝穴形态的差异性并分析其成因。结果表明:在规模上,阴河洞窝穴分布面积较小,但窝穴数量相当可观,响水洞窝穴分布数量巨大,范围广泛,成千上万的窝穴沿洞穴通道两侧分布;在平面形态上,阴河洞内窝穴扁率要高于响水洞;在垂直剖面上,阴河洞内窝穴深宽比要比响水洞的偏大,且阴河洞窝穴以“V”型、倒“Ω”型窝穴为主,响水洞窝穴以倒“Ω”型窝穴为主,这与两洞穴水动力条件、地质构造、推移质、基岩、风化溶蚀作用等因素的不同密切相关。
生态地质
硫铁矿冶炼区不同土地利用方式及土壤类型对重金属迁移的影响
洪 涛, 谢运球, 赵 一, 杨利超
2016, 35(4): 439-445.
摘要:
为探讨硫铁矿冶炼区不同土地利用方式和土壤类型对重金属元素迁移的影响,采集了毕节市林口废弃硫铁矿冶炼厂内耕地砂壤土及附近林地石灰土表层和深层样共40组。室内测试土壤理化指标Pb、Zn、Cd全量和有效态含量,并对重金属元素含量的水平和垂直分布特征及重金属元素含量的相关性进行了讨论。结果表明:土壤中Pb和Zn的含量均符合土壤环境质量二级标准值,耕地表层土壤Cd含量是贵州省农业土壤背景值的7倍。土壤Cd有效态含量占全量的比值最大,而Pb和Zn有效态含量占全量的比值差别较小。耕地砂壤土Zn和Cd的全量随剖面深度的增加表现为先增大后减小,Pb呈减少的趋势;Pb和Zn的有效态含量随剖面深度的增加而减少,Cd有效态含量呈波动变化。林地石灰土中Pb、Zn、Cd的全量和有效态含量均随剖面深度的增加而减少,且Pb、Zn、Cd全量之间及全量与有效态含量之间都具有显著的正相关关系,而在耕地中各元素的相关性不明显。土壤频繁的扰动和偏酸性的环境有利于重金属垂向迁移。
喀斯特地区土壤水分随降雨的动态变化研究——以贵阳市花溪区为例
颜蒙蒙, 周 洲, 王 济, 谷晓平, 肖建勇
2016, 35(4): 446-452.
摘要:
土壤水分是喀斯特地区植被恢复和生态环境建设的关键性限制因素。选取贵阳市花溪区为研究对象,基于2013年和2015年土壤水分定位监测数据,分析了研究区土壤水分的动态变化规律。结果表明:(1)土壤剖面水分的垂直变化具有明显层次;基于标准差和变异系数两个指标,采用聚类分析将2013年和2015年研究区土壤水分垂直变化层次分为活跃层(0~10 cm),次活跃层(10~30 cm)和相对稳定层(30~100 cm)。(2)土壤水分的动态变化主要受降雨与蒸散作用的综合影响;10~30 cm土层由于没有与外部环境直接接触受其影响相对降低,同时降雨的入渗与蒸散作用的减弱,使该层次土壤水分分布范围广、停留时间长,较能准确地反映其受降雨和蒸发的影响。(3)土壤水分的动态变化具有明显季节性;2013年和2015年春季(3-5月)和冬季(12-2月)为土壤水分的补给期,夏季(6-8月)和秋季(9-11月)为土壤水分的消耗期。
1999-2013年重庆市土地持续利用与生态环境协调发展耦合性分析
伦 丹, 周文佐, 苏维词
2016, 35(4): 453-459. doi: 10.11932/karst20160414
摘要:
采用主成分分析法并结合SPSS,对1999-2013年重庆市土地持续利用与生态环境的耦合关系进行分析,研究结果表明:1999-2013年土地持续利用指数逐年递增,土地开发利用强度逐年不断加大,城镇化大规模的建设是土地利用强度升高的主要原因;生态环境质量除了在2000-2004年生态环境指数呈“V”字型发展之外,总体呈上升态势发展;重庆市土地持续利用与生态环境耦合发展度由0.387 4(轻度失调衰退土地利用损益型)上升至0.754 0(中级协调发展经济主导型),但2011年情况有所变化,土地持续利用指数首次低于生态环境指数,耦合发展基本类型由生态主导型转向经济主导型发展,经济发展方式由土地利用制约型演变为生态环境制约型,生态环境效益滞后于土地资源经济效益。土地资源总体利用水平提高和生态环境改善的双重作用是耦合关系由失调发展转化为协调发展的主要原因。现阶段应坚持土地资源集约利用与保护并举,优化经济结构与技术创新齐下,发展循环经济和清洁能源,维系相对稳定的生态环境运行机制,确保重庆市土地资源可持续利用。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日