中国岩溶

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序

2022, 41(3): 329-330.

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810

64

摘要:

我国北方岩溶泉域生态修复策略研究——以晋祠泉为例

王焰新

2022, 41(3): 331-344. doi: 10.11932/karst20220301

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1742

102

摘要:
我国北方岩溶分布面积广，岩溶泉水资源丰富，是岩溶区工农业及居民生活的优质供水水源。但在全球气候变化和采煤等强烈人类活动的叠加作用下，我国北方岩溶泉水流量衰减，水质恶化，岩溶泉域生态环境功能下降。通过合理、适度的人工干预，强化岩溶大泉的自然恢复机能，并最终实现泉域生态环境修复，是当前我国生态文明建设的先行区和重点领域。论文在分析研究晋祠泉断流原因的基础上，针对性地提出并科学地评估了汾河二库强化渗漏补给、泉域岩溶水关井压采、煤矿区保水限采、近源生态补水和远源河道渗漏补给等一系列措施及预期效果，以期推进晋祠泉域岩溶地下水生态环境得到根本性改善。该研究工作有望对我国北方岩溶大泉的生态修复形成示范效应，为遏制我国岩溶区生态恶化现象提供科学依据。

我国岩溶地区碳汇研究进展与展望

蒋忠诚, 章程, 罗为群, 肖琼, 吴泽燕

2022, 41(3): 345-355. doi: 10.11932/karst20220302

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1679

189

摘要:
20世纪90年代，我国率先开展了岩溶作用与碳循环研究。文章在系统总结相关研究进展的基础上，阐明岩溶碳汇的原理，提出基于地球系统科学理念的岩溶流域6种碳循环过程模式，揭示了岩溶碳汇的稳定性并回答有关学者对岩溶碳汇的质疑，从四大圈层的碳循环角度提出发掘岩溶地区碳汇潜力的新理念。在综述岩溶地区碳汇人工干预研究进展的基础上，分析了石漠化综合治理、岩溶土壤改良、水生生物固碳、加速岩溶过程等人工干预措施的碳汇潜力及研究应用方面的不足。提出了下一步岩溶流域碳汇调查研究监测和技术创新发展方向，以及固碳增汇试验示范工作思路。

喀斯特地区地球关键带科学与生态水文学发展综述

陈喜, 张志才

2022, 41(3): 356-364. doi: 10.11932/karst20220303

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1297

134

摘要:
针对我国西南喀斯特地区生态环境演变历史及新的形势下面临的挑战问题，系统地总结了植被退化、人工恢复、自然演替三个阶段植被、水文、土壤和溶蚀等观测实验得出的成果，阐述了喀斯特生态水文模型的发展及存在的问题。以地球关键带科学系统思维和多学科综合研究范式，提出了喀斯特地区大气－植被－土壤－岩石系统结构和组成以及协同演变理念；从多学科交叉、系统观测、模型集成视角，探讨了生态水文与碳、水、钙循环协同演变的研究途径，并以此提出推动喀斯特生态水文学发展的建议，为全球气候变化和绿色发展形势下喀斯特地区生态环境恢复提供科学支撑。

岩溶生态系统中的植物

曹建华, 袁道先, 杨慧, 黄芬, 朱同彬, 梁建宏, 周孟霞, 罗劬侃, 吴夏

2022, 41(3): 365-377. doi: 10.11932/karst20220304

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1482

121

摘要:
岩溶生态系统是受岩溶环境制约的生态系统，是脆弱的生态系统，缺水、少土、富钙是岩溶生态系统无机环境的基本特征，植物与岩溶环境长期的相互作用，演化出独特的岩溶植物。岩溶植物具有喜钙性、石生性、旱生性，其多样性表现为少属科、寡种属和特有种，更有岩溶生态系统中特有的洞穴弱光带、天坑植物群落。植物是生态系统的生产者，肩负着生态系统的生产力、生态服务功能的重任，退化岩溶生态系统的修复，需要根据中国岩溶生态系统发育特色，探索发展具有仿自然特色的生态产业，走出岩溶区“绿水青山就是金山银山”的道路，完善中国岩溶生态系统理论。

岩溶动力学理论与现代岩溶学发展

章程

2022, 41(3): 378-383. doi: 10.11932/karst20220305

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1193

136

摘要:
岩溶动力学理论的核心是碳水钙循环，强调系统思维和全球视野观，提出了岩溶动力系统概念模型、结构与功能。岩溶动力学研究产生的新的学科生长点，对现代岩溶学形成与发展具有里程碑式的意义。“岩溶形态组合”概念的提出为岩溶不均一性研究、岩溶类型与形成环境划分奠定了完整的方法体系；将岩溶学研究成功引入全球变化领域，由此开辟了岩溶碳循环与碳汇效应研究，为重新认识岩溶作用在全球碳循环中的地位打开了窗口；将岩溶地球化学研究延伸至无机与有机过程的融合研究，为脆弱岩溶环境修复与保护提供了更加清晰的思路与方法。岩溶IGCP项目的执行，体现了岩溶动力学理论为建立联合国教科文组织国际岩溶研究中心的指导意义，同时，岩溶动力学理论为我们自觉融入国家“一带一路”倡议、生态文明发展战略和“双碳”目标等奠定了坚实的理论与方法基础。

红河流域元古界大红山群变质岩系的热储结构及热流特征

李传伟, 王宇, 曾威, 王家兴, 庄海俊

2022, 41(3): 384-394. doi: 10.11932/karst20220306

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1392

76

摘要:
经过地热地质调查、物探验证和分析论证，在红河流域中段的戛洒盆地古元古界大红山群变质岩系中钻探获得了可供开发利用的热矿水。勘探孔深2 200.71 m，大红山群第4至第5段（Pt₁dhs^4-5）热储层富水性强，钻孔涌水量1 089 m³·d⁻¹，孔底测温84.3 ℃，地热水矿化度9 777 mg·L⁻¹，水化学类型为Cl-Na型，水化学成分复杂。此次成功的勘探研究，揭示了大红山变质岩系的热储特征及地热资源潜力，拓展了地热水勘探开发的新领域。综合研究认为，大红山群变质岩系中的硬脆性大理岩、石英片岩、火成岩等热储层（带）、导热导水的深大断裂及上覆隔水隔热的三叠系红层等盖层，构成了较为典型的带状热储。热储层赋存承压地热水，主要由地下水在重力和热力作用下，沿区域深大断裂带的主干和次级导热导水断裂作深循环逐渐增温和对流运动所形成，实测地热增温率为3.0 ℃·(100 m)⁻¹。

碳酸酐酶胞外酶影响下的岩溶湖泊微藻碳汇研究

李海涛, 吴沿友, 付兵

2022, 41(3): 395-400, 440. doi: 10.11932/karst20220307

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1411

56

摘要:
以岩溶湖泊——红枫湖的微藻为研究对象，通过添加两种标记稳定碳同位素组成的无机碳进行室内模拟岩溶环境条件；并通过添加不同浓度的乙酰唑胺（AZ），来模拟岩溶湖泊中碳酸酐酶胞外酶活性差异的各类微藻。重点监测微藻蛋白质含量及其稳定碳同位素组成变化等指标，计算其对不同来源无机碳的吸收利用份额，并结合微藻的生物量生长指标，最终计算出碳酸酐酶胞外酶活性差异的各种微藻的碳汇能力。结果显示：在岩溶湖泊的自然水体中，碳酸酐酶胞外酶活性强的微藻碳汇能力是缺乏碳酸酐酶胞外酶的微藻碳汇能力的5倍。碳酸酐酶胞外酶对微藻光合碳汇能力的影响显著。

中国岩溶研究进展的哲学认知与展望

李玉辉, 章程, 庄晓东, 丁文荣, 俞筱押

2022, 41(3): 401-413. doi: 10.11932/karst20220308

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1513

107

摘要:
喀斯特和岩溶科学术语源于欧洲和中国对同一客观实体（碳酸盐岩地形）的认知历史和差异性定位。中国岩溶研究从聚焦岩溶系统溶蚀动力的解构性工程属性和资源利用研究转向全面融合岩溶动力、岩溶生物地球化学、岩溶生态系统生产力的岩溶系统建构属性研究。在服务社会经济发展需要中，中国岩溶研究发现和深化了岩溶系统“解构”和“建构”的矛盾运动机制，而人类活动影响着这对矛盾运动的时空尺度和效应，并将其转化为包括岩溶石漠化治理的区域资源环境管理和可持续发展的理论和技术。深度研究控制小流域岩溶生态系统解构的侵蚀基准面自然演化与人为影响的规律和制约岩溶生态系统建构的植被演替（生物群落生产力提高）间的矛盾对立运动规律，将有助于岩溶山水田林湖草生态共同体建设，服务可持续发展和应对全球变化。

重庆丰都雪玉洞群洞穴现代监测与古环境研究回顾和展望

曹敏, 蒋勇军, 贺秋芳, 殷建军, 杨琰, 李廷勇

2022, 41(3): 414-428. doi: 10.11932/karst20220309

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1390

55

摘要:
重庆丰都雪玉洞群包括羊子洞、雪玉洞和水鸣洞，西南大学的研究团队从2008年开始对雪玉洞群开展了系统的现代过程监测，以了解洞穴系统气候和环境信息的传输、转化和记录过程。通过对雪玉洞洞穴内外的大气、植被、土壤、基岩、滴水和洞穴沉积物等的动态监测，研究了碳酸盐沉积过程的水化学指标变化，揭示了现代洞穴滴水的影响因素和变化过程，以及碳酸盐沉积物对现代气候环境变化的响应，也为古气候的定量化研究提供了基础支撑。现代过程监测记录表明：雪玉洞CO₂主要来源于上覆土壤，其季节变化受降水的影响较大；在短时间尺度上受到游客旅游活动的影响明显，但幅度远远小于自然过程引起的变化。雪玉洞内次生沉积物的沉积速率具有明显的旱季、雨季特征，不同滴水点下方沉积物的沉积速率变化较大。雪玉洞群三个洞穴的石笋古环境记录研究表明，本区石笋的²³⁰Th/²³²Th比值较适合高精度铀系测年；部分石笋沉积速率较快，平均沉积速率达到0.25 mm·a⁻¹，可以开展高分辨率的气候和环境变化研究。羊子洞YZ1石笋的年龄范围在116~3 ka B.P.之间（平均测年精度2σ，269年），覆盖了整个末次冰期，δ¹⁸O和δ¹³C的变化曲线和东亚季风区的其他记录具有明显的一致性。同位素测试的时间分辨率平均为88年，成功记录了一些百年－千年尺度的气候突变事件，如Heinrich事件、7.2 ka事件、小冰期等。在精确年代学的基础上，雪玉洞群石笋具有重建高分辨率气候环境变化的潜力。

现代岩溶学学科体系——祝贺《现代岩溶学》出版六周年

蒲俊兵

2022, 41(3): 429-440. doi: 10.11932/karst20220310

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1187

51

摘要:
作为现代地球科学学科体系重要组成部分的岩溶学一直以来都被认为是地质学、地理学、环境科学、生态学之间的交叉、边缘学科，并未建立起自己独立的学科体系。面对全球岩溶地貌分布广泛、生态环境脆弱及问题复杂多样且同经济社会发展密切相关等情况，文章在简要回顾国内外岩溶学发展历程的基础上，通过对近三十年国内外岩溶研究相关学科发展情况的分析，以地球系统科学、岩溶动力学理论为指导，讨论构建现代岩溶学学科体系这一重要问题。文章围绕岩溶动力系统的四大功能和岩溶区资源环境生态问题的实际，从地质学、地理学、地球化学、生态学、环境学、水文学等与现代岩溶学研究相关的学科出发，尝试构建现代岩溶学学科体系，其主要的学科分支包括岩溶地质学、岩溶地貌学、岩溶水文地质学、岩溶环境学、岩溶工程地质学、岩溶生态学、岩溶资源学、全球变化岩溶学、洞穴学等九个分支学科，并简要阐述了各分支学科的科学内涵和定位。分支学科的构建，体现了国际岩溶科学研究中相关研究方向和学科发展独立性和交叉性的统一，体现了国际岩溶学发展的现状和趋势，对于国际岩溶科学的发展具有较为重要的意义。

微生物诱导碳酸盐岩沉淀过程及作用机理

高旭波, 潘振东, 龚培俐, 江玉, 李成城, 李鸿煜

2022, 41(3): 441-452. doi: 10.11932/karst20220311

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1420

86

摘要:
微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcium carbonate precipitation, MICP)是一种在自然界中广泛存在的生物矿化过程。由于MICP具有反应速度快、环境条件要求低、应用范围广、温室气体减排效应显著等特点，在地质、土木、水利、环境多个领域中广泛推广应用。文章在分析国内外相关研究成果的基础上，归纳整理出反硝化过程、硫酸盐还原作用、尿素分解作用等多种微生物诱导下碳酸钙矿化途径和作用机制。以尿素分解菌为代表，重点讨论微生物诱导碳酸盐沉淀过程中pH、温度、离子浓度等环境因素对生成矿物晶型晶貌等方面的影响，总结了MICP的环境应用机制，即环境中的重金属元素通过替换作用替换矿化矿物中的Ca²⁺或CO₃²⁻从而被固定。MICP作为一种简单高效的地质环境过程，在生态环境修复领域具有广阔的应用前景。

微型生物在岩溶碳循环中的作用研究回顾与展望

康卫华, 程从雨, 李为, 余龙江

2022, 41(3): 453-464. doi: 10.11932/karst20220312

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1141

53

摘要:
全球气候变化问题使岩溶系统碳循环的研究倍受关注，有关微型生物及其碳酸酐酶在岩溶系统碳循环中的作用的认识也在不断深入。文章回顾了微型生物及其碳酸酐酶在碳酸盐岩风化以及碳酸盐岩沉积过程中的作用过程及作用机制，指出未来的研究需结合不同岩溶生态环境，量化微型生物及其碳酸酐酶对岩溶生态系统碳增汇的影响，为深入研究微型生物及其碳酸酐酶对岩溶碳汇的贡献、增加岩溶生态系统碳汇的能力、助力实现碳中和提供参考。

喀斯特系统生物地球化学循环及对全球变化的响应

刘鑫, 李思亮, 岳甫均, 钟君, 覃蔡清, 丁虎

2022, 41(3): 465-476. doi: 10.11932/karst20220313

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1324

99

摘要:
生物地球化学循环是地球系统物质循环的核心，是维系地表生态系统稳定和人类社会可持续发展的重要基础。然而，气候变化以及人类的过度干扰可能会显著改变表层地球系统中的生物地球化学循环过程，尤其是脆弱的喀斯特生态系统。特殊的多孔隙关键带结构也加速了喀斯特地区物质循环及其对外界环境变化的响应，影响了不同尺度的物质循环和生物地球化学过程。本研究主要综述了宏观尺度（气候变化）、中尺度（人类活动）和微观尺度（微生物活动）的环境变化对喀斯特地区生物地球化学循环的影响。结果表明多要素变化导致喀斯特地区物质循环受到强烈影响，气候变化、人类活动和微生物活动及其耦合关系对喀斯特地区生物地球化学循环的调控作用具有重要意义。最后，本研究强调了现有研究的局限性并指出未来研究的挑战与方向，即未来应从系统研究（如地球关键带）的视角出发，将多尺度观测－分析与综合模型集成研究并举，从而构建多源多尺度耦合的过程和系统模型，进而为阐明喀斯特系统的演变规律和动力学机制、实现喀斯特地区的生态保护和高质量发展提供理论基础。

岩溶试片的岩性差异对估算岩溶速率和碳通量的影响

张小琴, 罗维均, 王彦伟, 蔡先立, 吕伊娜, 王世杰

2022, 41(3): 477-487. doi: 10.11932/karst20220314

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1054

56

摘要:
研究岩性差异对溶蚀速率的影响有助于提高溶蚀试片法估算岩溶碳汇强度的精确度。本文以贵州省普定县为研究区，将埋放地的主要基岩类型（石灰岩与白云岩）制成标准尺寸的试片，并将其埋设于不同土地利用类型和土壤深度下，经过4个水文年的监测后将估算的结果与前人在同一区域使用标准溶蚀试片的研究结果进行对比分析，结果表明：（1）在相同气候和土壤环境条件下，岩性对溶蚀试片的溶蚀速率有显著影响，且溶蚀速率与岩石中CaO含量呈正相关关系，与MgO含量呈负相关关系；（2）石灰岩与白云岩试片溶蚀速率的差异程度受土地利用及埋放深度的调控，整体上石灰岩溶蚀速率比白云岩溶蚀速率大14%；（3）不同岩性试片估算的岩溶碳汇强度相差较大，标准溶蚀试片估算的结果比埋放地基岩试片估算的结果高。故使用溶蚀试片法估算区域岩溶碳通量时应考虑埋放地基岩的岩性，或者对基于标准溶蚀试片的估算结果进行校正，才能准确反映区域尺度真实的岩溶碳通量大小。

新生碳酸钙沉积矿物形态的影响因素分析——以重庆芙蓉洞为例

黄洋阳, 李廷勇, 肖思雅, 陈朝军, 黄冉, 王涛, 吴尧, 徐玉珍, 邱海英, 杨琰, 李俊云

2022, 41(3): 488-500. doi: 10.11932/karst20220315

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998

65

摘要:
石笋是古气候重建的重要地质载体，文石与方解石是石笋碳酸钙晶体的常见矿物形态。根据现代洞穴监测数据分析洞穴新生碳酸钙沉积物 (Active Speleothem： AS)的矿物形态的研究较少。本文在重庆武隆芙蓉洞三个滴水点 (MP2、MP5、MP9)下放置玻璃片，收集新生碳酸钙沉积物和滴水样品，监测新生碳酸钙沉积物矿物形态、滴水的Mg/Ca比值、pH、滴率和洞穴环境等指标，分析玻璃片正面和反面新生碳酸钙沉积物的δ¹⁸O、δ¹³C和Mg/Ca比值。研究发现：(1) MP2滴水点下的玻璃片正反面新生碳酸钙沉积物的矿物形态均为方解石；MP5和MP9滴水点的正面沉积方解石和文石-方解石混合两种情况，反面沉积文石-方解石，且反面文石多于正面。 (2) MP2滴水Mg/Ca比值小于MP5和MP9，说明滴水Mg/Ca比值是影响新生碳酸钙沉积物矿物形态的重要因素；而滴水pH值对AS矿物形态的影响在不同滴水点有差异。(3) 不论是玻璃片正面还是反面，文石-方解石混合的新生碳酸钙沉积物δ¹⁸O和δ¹³C比以方解石为主的沉积物偏正，说明AS矿物形态的变化会导致δ¹⁸O和δ¹³C发生变化。通过在芙蓉洞的系统监测和分析，发现新生碳酸钙沉积物的矿物形态与地表环境、洞穴上部岩溶水文地质条件密切相关，并验证了洞穴新生碳酸钙沉积物的矿物形态对石笋δ¹⁸O和δ¹³C具有重要影响。

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2022年第41卷第3期

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