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2010年  第29卷  第3期

院士论坛
我国北方岩溶研究的形势和任务
袁道先
2010, 29(3): 219-228.
摘要:
随着国民经济的发展、全球气候变化的加剧,我国北方岩溶还出现了许多重大环境地质问题,不仅受到国家的重视,还引起了国际学术界的关注。国家及各级政府正加大对岩溶研究的投入,北方岩溶研究面临着前所未有的大好形势,同时也肩负重大的责任。本文从社会经济发展和学科建设的需求出发,简要阐述了北方岩溶研究所面临的问题,并提出今后应当加强对北方岩溶水资源的保护工作,重视对岩溶形态等基础理论的研究,特别是对岩溶陷落柱、古岩溶与深部岩溶发育规律的研究,加强对已有成果的总结与交流;在应对全球气候变化和极端气候上,一方面要逐步推进岩溶碳汇调查和岩溶地质储碳实验的开展,另一方面要开展对气候变化,尤其是极端气候与岩溶水及岩溶含水层关系的研究;此外,还应当重视岩溶知识的普及,加强后继人才的培养,特别是对岩溶战略科学家的培养。
基础地质
石笋矿物类型、成因及其对气候和环境的指示
张海伟, 蔡演军, 谭亮成
2010, 29(3): 222-228.
摘要:
洞穴石笋的矿物组成分为方解石、文石和文石-方解石三种类型。本文总结了国内外已有的研究成果,并结合野外观测现象和数据,讨论了影响石笋矿物形成和转变的因素,分析了利用石笋矿物类型特征研究古气候和古环境变化的可行性。洞内滴水饱和度和滴水中Mg/Ca比值是影响石笋矿物类型的主要因素:当滴水Mg/Ca 比值较低(Mg/Ca<1或<<1)时,滴水饱和度较低易形成方解石,而文石沉积则需要更高的滴水饱和度;当滴水Mg/Ca 比值较高(Mg/Ca≥1)时,方解石相对文石沉积需要更高的滴水饱和度。洞穴围岩镁含量高且滴水多而稳定的洞内环境是我国南方大量文石笋发育的主要原因。长期处于滴水淋滤环境的文石笋容易向方解石转变,但若滴水中Mg2+浓度较大,此转变过程会受到抑制。在围岩镁含量较低的洞穴中,干旱时期渗流水滞留时间长、滴水速率变慢,会造成滴水中Mg/Ca比值升高并引起文石沉积。因此,石笋矿物类型及矿物相转变可指示气候和环境的变化。
岩溶地区石漠化综合治理的固碳增汇效应研究——基于实地监测数据的分析
陈伟杰, 熊康宁, 任晓冬, 周文龙
2010, 29(3): 229-238.
摘要:
为了探索岩溶地区石漠化综合治理的碳汇效应,以贵州毕节石桥小流域、清镇王家寨—羊昌洞小流域、贞丰顶坛小流域为研究对象,通过分析实地监测数据,分别测算了各研究区总碳存量,分析并比较了碳储量在各碳库以及不同等级石漠化之间的分布情况和大小关系。研究发现:三个研究区总碳存量仅为32 434.9tC;各碳库碳存量:土壤层>>植被层(草本层>>灌木层);碳密度在不同等级石漠化间关系表现为:轻度>中度>强度;总碳密度在各研究区中的大小关系表现为:毕节>清镇>贞丰,其中土壤层碳密度起决定性因素。此外,本文最后还提出在未来石漠化综合治理中增加碳汇监测指标、扩大石漠化综合治理碳汇研究的范围、加强岩溶作用碳汇效应基础研究等建议。
滇东南丘北区峰丛—洼地地貌形态特征分析
王 迪, 许 模, 漆继红, 张 强
2010, 29(3): 239-245.
摘要:
云贵高原东南部丘北区为峰丛—洼地岩溶组合地貌。利用统计分析方法考察了该区48个岩溶洼地及峰体的形态参数特征;利用分形理论方法计算了不同高程的等高线和地表水系的分维数。结果表明:(1)洼地的平均边数为5.6,平均周长3.4km,平均面积0.8km2;(2)洼地的加深和扩大近于同步,原始地面对后期溶蚀面的发育起控制作用;(3)峰丛—洼地的形态分形特征对岩溶演化具有很好的响应关系,可溶岩区等高线分维数平均为1.30,非可溶岩区为1.16,地表水文网分维数为1.07,反映岩溶区地形变化复杂,地下水文网较发育,岩溶发育程度较高;(4)研究区岩溶发育仍处于幼年至壮年期,将继续缓慢发育。
贵州典型喀斯特区土壤地球化学特征研究
陈 武, 任明强, 芦正艳, 王宁宁
2010, 29(3): 246-252.
摘要:
以贵州花溪党武、遵义虾子和安龙木咱3个地区的土壤为主要研究对象,从地球化学的角度研究其土壤中相关矿物元素的含量、元素在岩-土剖面中的迁移富集特征及其风化成土系数,综合表征出研究区土壤的农业地质环境特征,并对其矿物营养元素环境质量做出初步评价。研究结果表明,石灰土中矿物营养元素的淋溶较为强烈,有10种左右元素的含量低于中国或世界土壤化学组成中值,具体表现为纯的碳酸盐岩所发育的土壤中矿物营养元素的含量较少,而安龙木咱地区由于其成土母质为白云质灰岩,且所处地质环境易于汇集周边淋溶出来的营养元素,使得其土壤矿物营养元素环境质量好于其余两地,三地土壤中营养元素达标率分别为73.7%(安龙木咱)、63.1%(遵义虾子)和68.4%(花溪党武)。总体而言,碳酸盐岩风化成土作用缓慢,土层较薄,土壤营养元素含量不足,需要施用相应的矿物肥料。
碳酸酐酶及多肽类生物大分子与岩溶动力学理论的思考
李强
2010, 29(3): 253-257.
摘要:
岩溶动力系统是一个边界受制于已有地表地下岩溶形态,与地球四圈层有密切联系的开放系统。该系统在生物圈的主导作用下与水圈、大气圈及岩石圈(土圈)相互作用,产生物质循环和能量流动,发生水-岩-气作用,进而在全球碳循环中发挥积极作用。生命物质在水-岩-气过程中的作用机制,尤其碳酸酐酶快速催化水和二氧化碳反应过程,以及多肽类生物大分子提高方解石中镁含量能力的发现,使岩溶动力学理论得到进一步丰富和发展。因此,如何更好的将现代生命科学理论引入到岩溶动力学中,丰富和发展岩溶动力系统模型,并与生产实践相结合,是联合国教科文组织岩溶研究中心落户桂林之后岩溶动力学理论发展过程中面临的新课题。
中国近2 000年来气候变化石笋记录研究进展
殷建军, 覃嘉铭, 林玉石, 杨 琰, 唐 伟
2010, 29(3): 258-266.
摘要:
哥本哈根气候大会的召开,使得近2 000年来的气候变化研究倍受关注。本文对气候变化石笋记录,尤其是我国近2 000年来气候变化石笋记录取得的主要成果进行了总结。已有研究的进展主要在于:发现了近2 000年来的一系列气候事件在中国季风区石笋记录中存在,并进行了高分辨率的重建,对地区热月温度进行了年分辨率的重建,以及通过集成研究发现了“环流效应”等等。但以往的研究仍存在石笋气候环境重建代用指标对气候环境变化的响应机理、年代学以及区域性代表性石笋记录研究亟待加强的问题。为此,文中提出了加强年际分辨率氧同位素对气候环境变化的响应机理,特别是大气降水到石笋的一整套迁移变化过程的研究,以及与其他代用指标对气候环境变化的响应机理进行综合研究,加强近2 000年来石笋年代学研究,加强区域性代表性石笋记录研究等建议。
生态地质
基于生态综合治理的石漠化演变规律与趋势讨论
熊康宁, 陈起伟
2010, 29(3): 267-273.
摘要:
分析了中国南方石漠化现状及变化,以中国南方石漠化最为严重的贵州省为主要研究对象,研究了生态综合治理下石漠化的变化特征及发展趋势。数据表明:贵州省石漠化面积从2000年35 920km2(占全省总面的20.39%)发展到2005年的3 7597km2(占全省总面的21.34%),5年间平均每年增加334.7km2。但与1975—1999年期间相比,石漠化增加的速度明显降低,生态治理工程一定程度上抑制了石漠化发展。贵州花江、清镇、毕节3个典型示范区石漠化监测数据表明,在生态治理工程实施下石漠化面积都逐年减小,说明石漠化是可以治理的,石漠化并不是“环境癌症”。但是,预测数据表明,即使《贵州省喀斯特石漠化综合治理规划》的工程措施全部实施,到2030年贵州石漠化面积将仍占全省国土面积的14.9%。中国南方石漠化问题将长期存在,石漠化治理是一个长期、艰巨的任务,绝非一两个五年计划就能达到“山川秀美”。要从根本上遏制石漠化增长的趋势和生态环境恶化的局面,仍需国家和地方在“十二五”期间及以后大规模的投入。
西南喀斯特山地水土流失特点及有关石漠化的几个科学问题
张信宝, 王世杰, 曹建华, 王克林, 孟天友, 白晓永
2010, 29(3): 274-279.
摘要:
由于特殊的岩土组构,喀斯特坡地的水土流失具有如下特点:地表和地下流失相互叠加;地表产流、产沙少;纯碳酸盐岩区地下流失比例大。论文区别了石漠化和石质化的科学内涵,指出了喀斯特山地石漠化的核心是土地的石质化,提出了按照地面物质组成与裸岩率叠加的石漠化分类系统。根据土壤中硅酸盐矿物的物质平衡,提出了不同碎屑岩含量碳酸盐岩区的土壤允许流失量介于5~500 t/(km2?a)之间。喀斯特坡地土壤虽然肥沃,但总量太少,矿质养分不足可能是石质坡地植物生产力低的重要原因。此外,根据农耕驱动土地石质化的机制,提出了相应的石漠化治理的对策建议,具体是:(1)不但要治标,提高植被覆盖率,更要治本,防止或减缓土地石质化,同时还要增加群众收入;(2)按照坡地岩土组成的垂直分带特点,因地(土)制宜,开展治理;(3)重视矿质肥料的施用;(4)在纯碳酸盐岩土石质和石质坡地农田的小型蓄水工程修建中,要加强集流面建设。
石笋P/Ca重建宜昌地区9 000年以来的陆地生产力
陈菲菲, 胡超涌, 史 郁, 阮骄杨
2010, 29(3): 280-284.
摘要:
陆地生产力在全球变化,尤其是全球碳循环研究领域中,具有重要的地位。本文通过分析湖北清江和尚洞HS4石笋中P和Ca的地球化学组成,考察P/Ca对陆地生物生产力的响应。结果发现,最近50年沉积的石笋P/Ca比值与Thornthwaite Memorial生产力模型计算的区域陆地生产力具有显著的相关性,可以作为陆地古生产力的指标。以石笋P/Ca 重建的宜昌地区陆地古生产力在过去9 000年呈现波动变化的特征:8.9~6.5ka BP,陆地生产力较低;6.5~5.0ka BP,陆地生产力显著升高,并在6.4~5.6ka BP期间达到9.0ka来的最高值;5.0~4.0ka BP,处于低生产力期;4.0~1.5ka BP,生产力逐渐回升;1.5ka BP以来,生产力再次处于低值期。陆地生产力的波动明显受到全球和区域气候的制约。
基于3S-CAD技术的广西天等县小流域石漠化综合治理初步设计及应用
闫 妍, 胡宝清, 苏广实, 王 雷
2010, 29(3): 285-292.
摘要:
为进一步提高石漠化综合治理水平,利用3S-CAD技术对广西天等县岩溶小流域石漠化综合治理工程进行初步设计。设计以RS技术对基础地理信息进行解译,以GIS对信息进行数字化、管理、分析和输出,以GPS对样地等进行定位,以 CAD技术进行工程制图,并以小山流域石漠化综合治理设计为例,通过提取该流域的数据信息并进行空间分析,然后结合野外实地考察,确定其石漠化综合治理工程主要由封山育林、人工造林、水利水保、草食畜牧组成,其中,封山育林805hm2,人工造林46hm2,水利水保工程引水渠7462m,草食畜牧业面积330m2。工程总体布置点线面相结合,林草植被工程、水利水保工程和草食畜牧业工程分布配套,与传统的方法相比,3S-CAD技术具有设计速度快,工程布局科学合理的特点。
广西弄拉峰丛洼地灌丛岩生优势种光合生理生态特征日变化研究
庞冬辉, 沈利娜, 蒋忠诚, 覃星铭, 梁铭忠, 吴孔运, 邓 艳, 尹 辉
2010, 29(3): 293-300.
摘要:
运用LI-6400测定弄拉峰丛洼地灌丛岩生优势种金银花、黄荆、红背山麻杆、裸花紫珠的光合生理生态特性,并比较它们的净光合作用速率、光合有效辐射等生理、生态指标日变化。结果表明,峰丛洼地灌丛群落生态环境因子日变化复杂,不同灌丛群落对小气候调控有差异。黄荆和红背山麻杆调控大气CO2浓度的能力最强。黄荆的平均净光合作用速率和平均蒸腾速率最大,红背山麻杆的水分利用效率和表观量子效率最高。金银花和裸花紫珠有明显的“午休”现象。生理因子受外界生态因子的制约,生态因子和蒸腾作用、气孔等生理因子共同作用影响光合生理作用,不同岩生优势种影响因子有差异。以逐步回归方式建立净光合作用速率和影响因子之间的回归方程模型,所有方程均有显著性意义和良好的预测性。
岩溶石漠化区不同植被类型表土孢粉组合特征——以重庆市南川区南平镇石漠化区为例
郝秀东, 谢世友, 欧阳绪红, 罗伦德, 石胜强, 李林立, 孙爱芝, 赵增友
2010, 29(3): 301-311.
摘要:
通过对南平次生林地、杂草丛、坡耕地不同植被类型表土调查和采样,利用LuoPacias孢粉鉴定系统对所采的表土样品进行分析鉴定,以研究该区表土的孢粉组合特征。结果显示:(1)样品植物孢粉共由123种植物组成,其中以草本和蕨类植物占据优势,其孢粉含量为46.40%~76.47%,平均为65.55%,其次是乔木(主要为马尾松),花粉含量为17.73%~46.84%,平均为26.40%,灌木植物花粉含量最小,为5.79%~12.50%,平均为8.26%,显示该区植被退化严重;(2)不同植被类型的表土孢粉组合差别明显, 次生马尾松林和次生樟树林的孢粉组合特征依次为马尾松—火棘—大楼梯草—里白和樟树—火棘—构棘—泽芹;杂草丛为裂叶荨麻—圆叶藜—车前子—里白;坡耕地为异叶花椒—裂叶荨麻—剑叶凤尾蕨—玉米,与其相应的实际植被情况大致相同,较好地反映出了石漠化地区现代植被的基本状况。
桂中盆地岩溶地貌区两栖爬行动物调查
蒋爱伍, 粟通萍, 于家捷
2010, 29(3): 313-318.
摘要:
岩溶地区的两栖爬行动物调查相对较少,2000年7月至2009年7月,采用样线调查的方法对桂中盆地岩溶地貌区的两栖爬行动物进行了调查。共在桂中盆地岩溶地貌区记录了两栖爬行动物67种,其中两栖动物3目6科13种,爬行动物3目11科54种。其区系表现出较强的华南区和华中区过渡地带特点,种群数量较多的有黑眶蟾蜍、泽陆蛙、斑腿泛树蛙、变色树蜥、中国石龙子、草腹链蛇、红脖颈槽蛇、渔游蛇和舟山眼镜蛇等。岩溶地貌对两栖爬行动物分布具有较强的影响,除细痣疣螈外,大部分的两栖动物都不适应岩溶地貌,但爬行动物中的壁虎科和百花锦蛇则主要分布于岩溶地区。
水文工程地质
赤泥中氟迁移转化的影响因素分析
袁霄梅, 王冰莹, 原学政, 李 光
2010, 29(3): 319-324.
摘要:
为了研究赤泥中氟向下运移过程中的影响因素,根据堆场周围的水文地质条件,设计了7组动态淋溶试验,并对试验数据进行了灰色关联度分析。结果表明,排放7天后的赤泥其表面下700 mm处的温度仍达78℃,而刚排放到堆场的冲灰水温度更高,可达87.5℃,高温赤泥和冲灰水有利于氟的迁移;赤泥的pH值为10.29~11.83,浸出液的pH值为12.00~13.20,碱性很大,致使氟易随水迁移;赤泥的其它污染组分,如总硬度、Cl-、SO42-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+,均对氟的迁移有一定的影响,且Na+、SO42-和Ca2+为主要控制因素,即溶液中Na+、SO42-、Ca2+含量越高,赤泥中的F-离子越易淋出。
城市屋顶雨水回灌裂隙岩溶含水层的国内外案例介绍——兼对济南市屋顶雨水回灌裂隙岩溶含水层问题的思考
王维平, 徐 玉, 何茂强, 曹 彬
2010, 29(3): 325-330.
摘要:
通过监测和分析济南市市区降水、屋面雨水水质和水量过程,屋顶雨水属微污染类水,经前期雨水弃流和预处理达到一定质量标准,通过管井回灌到裂隙岩溶含水层,可用于饮用水供水和保护地下水环境。已做的示踪试验表明,北方岩溶含水介质多属多重裂隙岩溶通道,因此在人工开采条件下,回灌应关注快、慢速流带来的不同水质变化问题,包括屋面雨水与裂隙岩溶介质的水岩作用。澳大利亚的案例说明,裂隙岩溶含水层对不同污染物有着不同的衰变效果。100多年来Mount Gambier市城区雨洪水经非承压石灰岩含水层径流一直排放到作为城市供水的蓝湖,到目前它对蓝湖水质没有表现出任何可量度的损害。但对于济南市的屋顶雨水回灌裂隙岩溶含水层,仍有许多问题需要研究。
桂林毛村岩溶地下河二十多年来的水质演化趋势研究
唐 伟, 裴建国, 殷建军, 林玉石, 蒲俊兵, 汪智军, 朱 琴
2010, 29(3): 331-336.
摘要:
利用桂林毛村地下河1983年、2007年、2008年和2009年的水化学监测数据和地下水水质资料,研究了地下河二十多年前后的主要离子浓度变化及其形成原因,并在水质评价的基础上预测其水质演化趋势。地下水地球化学分析表明:(1)地下河水中绝大部分离子和指标符合地下水质量标准(GB/T14848-93)规定的Ⅰ、Ⅱ类水质标准,地下水质量较好,但由于土地利用方式以及气候等自然条件的变化,一些离子浓度有所升高,水质有受污染倾向。(2)升高较显著的为Cl-、NO3-、SO42-、Mg2+、TFe、K+、pH值、 Na+、电导率(Ec)、总溶解固体(TDS)、总硬度(TH)和碱度(Alk)。(3)地下水离子浓度的变化主要受人类活动和气候、水—岩地质作用过程的共同影响。
贵阳息烽县阳郎排洪工程水量效应分析——以鱼简河水库至底赛寨为例
程 星, 吴 伟, 覃飞妮
2010, 29(3): 337-340.
摘要:
在没有河谷水文监测资料的情况下,利用洪丰期水量及引洪流量和河谷断面水文参数,计算出引洪前后鱼简河断面水位、流量的变化,并与河岸农田、村舍等地物分布高程对比,进而评估引洪产生的受灾情况。结果表明在阳朗坝排洪412 m3/s的条件下,鱼简河A-A、C-C地段河谷断面承载流量分别为491.091及476.219 m3/s,相对安全,而B-B、D-D地段,河谷断面承载流量分别为365.002及160.675 m3/s,将有可能被洪水淹没成灾。
旅游地质
洞穴旅游容量测算方法探讨
向 旭, 杨晓霞, 施俊庄
2010, 29(3): 341-348.
摘要:
通过对国内外相关文献梳理和分析,发现现行洞穴旅游容量测算方法存在以下不足:(1)单一方法测算不科学,无法反映出不同洞穴间的能量、形态的差异;(2)没有充分考虑洞穴的特殊环境,游客周转率计算取值简单化;(3)一味套用《旅游规划通则》的相关规定,取生态环境容量与设施容量、社会心理容量与设施容量、空间容量与设施容量之和中的最小值作为洞穴旅游容量最终值不合理;(4)热量法仅从游客角度测算洞穴的旅游容量,实际意义不大;(5)测算方法往往忽视了洞穴旅游容量的动态性分析。为此提出:应根据洞穴的具体情况确定与之相适应的测算方法;洞穴旅游容量的周转率取值应在两批游客之间留有恰当的间隔期;基本空间标准的取值,建议洞穴厅堂取3~5㎡/人,洞穴游道取5~10m/人;洞穴空气中CO2的最大浓度值应根据不同洞穴的具体情况确定,不宜设置统一标准;游客呼出的CO2量建议取值25L/h;洞穴空气中CO2背景值应以每个洞穴的监测数据为准;在洞穴旅游容量的测算中,应将环境影响的控制性因子作为重要依据。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日