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2021年  第40卷  第1期

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中国钙华-岩溶景观中最值得世界研究和保护的自然资产
董发勤
2021, 40(1): 1-3.
摘要:
国内外钙华岩溶景观的研究进展与展望
蒋忠诚, 代群为, 董发勤, 张强, 党政, 汪智军, 刘凡
2021, 40(1): 4-10.
摘要:
利用计量学软件Citespace处理分析2008-2020年间国内外文献,揭示钙华研究在基于同位素技术的钙华成因、钙华景观特点及地貌演化、钙华生物成因和钙华景观退化等方面取得的重要研究进展,阐明了全球钙华景观的分布、特点、物质组成、成因类型及典型钙华景观退化的现状和原因,推动了钙华自然遗产景观的保护及钙华研究的国际合作。目前,急需加强钙华内生动力与外生动力的复合作用、微生物对钙华沉积的耦合作用、钙华景观退化的微观结构表现等方面的基础研究及钙华景观生态修复保育关键技术的研发。
雪宝顶区块流域钙华形成的生物作用研究
董发勤, 李刚, 代群威, 周琳, 王富东, 赵学钦, 蒋忠诚, 张强, 李博文, Enrico Capezzuoli, Mike O'Driscoll, Andelka Plenkovic-Moraj
2021, 40(1): 11-18.
摘要:
钙华不仅具有重要的景观旅游价值,而且对确定区内碳酸盐沉积特征、环境演化规律及同期环境生物的作用与贡献有重要的研究意义。本文在对比国内外典型钙华特征的基础上,以黄龙和九寨沟为例,对雪宝顶区块流域内钙华的沉积特征、环境化学与生物作用进行阐述,指出了雪宝顶区块流域冷水型钙华的形成与演化是化学沉积-溶解作用、生物沉积与溶蚀作用等共同作用的结果,并受非生物、生物因素影响。在雪宝顶冷水型钙华的形成过程中,微生物协同参与了钙华的沉积与溶蚀过程,通过自身新陈代谢促活动促使使钙离子结晶,并诱导晶型变化;其他生物体如植物、藻类等或以间接的方式促进或加快了钙华形成,或为钙华生长提供模板和体量。
黄龙核心景区多层级水循环系统结构研究
刘馨泽, 孙东, 曹楠, 袁楠楠, 黄何平, 田长宝, 张清明, 唐淑, 李大猛, 周大吉, 董发勤
2021, 40(1): 19-33.
摘要:
为查明四川黄龙核心景区钙华层内水体的循环交替过程及水循环系统结构,采用野外实地调查、水循环断面监测等方法,分析任一监测断面的地下水径流量和地表水流量(二次转化泉形成)组成、循环段内的补给和排泄特征,理清各水循环系统的发育规模、层级。分析结果表明,丰水期水循环系统层级最为复杂,分为区域-局部-场地三个循环层级,以局部循环为主。以7月为典型月,景区内水循环主要受控于4个串联发育的局部地下水循环系统,区域地下水循环系统在接仙桥以北地段发育,各循环段内的充水彩池群为补给区,出口为流量较大的钙华二次转化泉,地下水在钙华层内径流,钙华层底部和两侧为隔水边界;争艳池以南场地水循环较多;景区水循环系统结构年动态变化较大,仅在丰水期达到动态平衡状态。转花池泉群、黄龙沟东坡泉群、黄龙沟地表水及地下水构成了驱动核心景区水循环系统的全部水量,接仙桥、涪江右岸为排泄口。黄龙核心景区水循环在丰水期形成动态平衡,其余时段处于不稳定流动状态。
钙华体次生有机体系的界面结晶作用研究
董发勤, 陈禹衡, 代群威, 郑飞, 刘明学, 蒋忠诚, 张强, 李博文, Alper Baba, Mike O'Driscoll, Andelka Plenkovic-Moraj
2021, 40(1): 34-43.
摘要:
本文总结了钙华体次生有机体系中生物群落特征和界面结晶行为,根据生物在碳酸盐沉积中的角色,将钙华体中次生有机体系的界面结晶矿化类型分为生物控制矿化沉积和生物诱导矿化沉积。分述了碳酸钙沉积矿化相关的五种生物代谢活动,讨论了生物胞外聚合物(EPS)对碳酸钙矿物晶型和形貌的影响。针对目前钙华研究中存在的问题,今后应深入研究生物体主要构成元素、生物小分子和生物体内部组织在钙华形成或退化中的作用,进一步厘清钙华体与次生有机体系的多界面溶化方式,为钙华保护修复及钙华退化治理措施提供科学依据。
基于微岩相分析的藻类在钙华沉积中的作用研究——以四川黄龙为例
汪智军, 殷建军, 郝秀东, 王培, 张强, 蓝高勇, 张清明
2021, 40(1): 44-54.
摘要:
在地表环境下,钙华沉积常常是物理化学和生物沉积过程共同作用的结果。藻类因其在钙华沉积环境中具有较大的生物量及其自身拥有多样的代谢方式,对钙华沉积过程和形态具有重要影响。本研究以四川黄龙钙华为例,通过对典型沉积点的水化学、藻类群落组成和现代钙华微岩相结构进行综合分析,来揭示藻类在钙华沉积中的作用。研究发现,黄龙钙华沉积环境中分布的藻类主要包括蓝藻、绿藻和硅藻等。这些藻类代谢活动会在一定程度上改变沉积水体水化学环境,但在快速流动的水体中,其影响有限。不同藻类群落常常形成几百微米至1~2 mm厚的微生物席或生物膜层,作为碳酸钙沉积发生的重要场所,即钙华沉积活动层。在该活动层内,藻体及其分泌的胞外聚合物(EPS)能够为碳酸钙晶体生长提供大量成核位点和生长模板,从而极大地促进钙华沉积。同时,EPS可以控制或影响碳酸钙结晶形态及钙华微岩相结构。准确认识和量化藻类在钙华沉积中的作用还需要继续开展更多微观尺度方面的研究,以便更好地理解钙华沉积机制,并为准确解译古老钙华岩相结构和地球化学特征奠定基础,同时为预测钙华景观演化和保育提供更多科学依据。
钙华非经典沉积的纳米生长过程与调控机制初探——以九寨沟—黄龙钙华形成为例
董发勤, 郑飞, 代群威, 李琼芳, 陈禹衡, 刘明学, 蒋忠诚, 张强, 李博文, Alper Baba, Andelka Plenkovic-Moraj
2021, 40(1): 55-67.
摘要:
钙华是自然界重要的岩溶碳酸盐沉淀之一,其形成过程往往受到生命活动的影响,弄清钙华生物沉积作用有助于更好地理解钙华微岩相结构和地球化学特征的气候环境指示意义。本文以黄龙-九寨沟钙华形成为例,阐述黄龙-九寨沟现代钙华纳米结晶特征、纳米钙华的生长和集合体形态,分析模拟实验中生物有机质对钙华生长和形貌的调控原因,揭示了生物活动和代谢产物对纳米钙华成核、生长及钙华晶体形貌的调控两途径四阶段机制;为探究钙华成因、碳酸钙生长调控机制、钙华退化的因素及其保护和可持续利用钙华景观具有重要的科学价值。
九寨沟景区“8·8”地震前后及钙华生境保育修复后植被和水系的动态变化
陈云, 董发勤, 韩颖, 王卫红, 代群威, 赵学钦, 王富东
2021, 40(1): 68-76.
摘要:
利用Landsat-8、高分1号、2号等卫星影像,评估九寨沟核心钙华景点及整个景区在“8·8”地震前、后和钙华生境保育修复后植被覆盖度、土壤湿度、森林面积和水系面积的动态变化。结果显示:人工为辅、自然为主的钙华保育修复后钙华核心景点和整个景区的高植被、中低植被、低植被覆盖面积均有了显著增加,裸地生态类型仍存在,但呈逐年减少趋势,中植被覆盖类型较震后和震前减少;保育后第二年,湿润和很湿润面积、总森林面积和水系面积比震前和震后都有大幅增加,高植被覆盖度面积、森林面积和水系面积间存在正相关关系,可能是由于人工干预下原生境快速恢复,提高了植被覆盖面积,植被的蒸散和截流作用进一步影响了流域的水文过程,促进了水系面积的恢复。
雪宝顶流域黄龙“8·8”地震后短期内主要水环境变化特征
赵晓夏, 李琼芳, 董发勤, 代群威, 宋娜, 董鹏举, 崔杰, 罗尧东, 张强, Xin Zhang, O'Driscoll Mike
2021, 40(1): 77-87.
摘要:
富含Ca2+ 和HCO3-的水体是黄龙钙华地貌得以持续沉积的首要条件。为明确2017年九寨沟“8·8”地震是否对黄龙脆弱钙华体产生影响并进而导致水环境的改变,于2017年10月和2018年8月对黄龙3个主要监测点进行了水样采集和水质参数检测。通过主成分分析震前的多次水质检测结果,得到影响黄龙水化学的主要参数,并与震后的水化学参数进行对比分析,发现:2016年(震前)水质参数显示pH、总磷、总氮对黄龙水质起主要贡献作用,地震后水体的pH、Ca2+ 和HCO3-含量上升,而总磷含量则下降较多,表明地震对黄龙钙华体内部结构产生了影响,导致上升泉(转花泉)中的Ca2+ 和HCO3- 含量增加,并影响了pH,而震后水体中的总磷含量减少,这可能与游客数量大幅度减少有关;“8·8”地震对黄龙钙华沉积区水环境造成了影响,并有利于钙华沉积。
雪宝顶流域黄龙彩池新生钙华生物沉积特性
董鹏举, 李琼芳, 董发勤, 代群威, 刘凡, 宋娜, 赵晓夏, 崔杰, 罗尧东, Xin Zhang, O'Driscoll Mike
2021, 40(1): 88-98.
摘要:
为探究钙华沉积的生物特性,以雪宝顶流域黄龙景区的五彩池和争艳彩池为研究对象,采集和分析研究点藻类的优势种类,利用傅里叶变换红外光谱仪和高效液相色谱确定优势藻胞外产物的主要组成和含量,并采用X射线荧光光谱仪、X射线衍射光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜分析其新生钙华的元素组成、物相结构和微观形貌。结果表明:五彩池和争艳彩池的优势藻类分别是黄藻门(Xanthophyceae)和硅藻门(Bacillariophyta),藻类的胞外产物主要为蛋白质、多糖和有机酸;新生钙华以方解石为主,表面含羧基、甲基、醛基等基团;与无藻类参与的钙华沉积物对比,新生钙华晶体无特定形状,并出现溶蚀及穿孔现象。藻类及其胞外产物参与钙华沉积过程,调控钙华晶体微观形貌。
黄龙钙华边石坝退化特征及其修复保育材料研究
闵世杰, 代群威, 崔杰, 李琼芳, 党政, 罗尧东, 董发勤
2021, 40(1): 99-104.
摘要:
钙华边石坝是地表岩溶景观的重要组成部分,易受到环境因素的影响而发生退化现象。本文分析了黄龙钙华边石的退化特征,制备了以废弃钙华为原料的修复保育型块,探讨了助剂添加量对型块强度的影响和型块在液相条件下的溶出特征。结果表明:边石坝退化特征主要包括水量减少而造成的剥落、裂缝、坍塌、孔洞等现象,急待修复;钙华型块是良好的边石坝生态修复材料,不同助剂添加量对型块强度的影响不一,将钙华促生剂控制在10%~30%,增强剂添加量控制在0.1%以内时,型块能同时具有良好的抗折、抗压强度;液相溶出实验显示溶出液pH和Ec均随时间延长而降低,这一现象可能与碳酸钙沉积有关。研究结果可为人工介入岩溶景观的修复保育提供理论支撑。
黄龙争艳彩池边石坝藻席钙华特性研究及意义
宋韬, 代群威, 李琼芳, 董发勤, 崔杰, 安德军, 罗尧东, Bruce W.Fouke
2021, 40(1): 105-111.
摘要:
藻席钙华对彩池边坝的颜色及钙华的沉积具有调控作用,会影响彩池边壁稳定性,导致独特景观破坏。文章选取黄龙争艳彩池作为研究对象,通过对藻席钙华的基本理化特征和微观形貌观察与分析,明确藻席钙华的沉积特性。结果表明:藻席钙华含水率为5.70 %,密度为1.56 g.cm-3,具有较强吸水能力;通过XRD确定其主要矿物相为方解石;利用元素分析仪确定总碳含量为12.06 %,在生物作用下,受次生有机碳影响较大;藻席钙华的微观形貌显示,硅藻与钙华颗粒是构成藻席钙华的基本单元,是一个复合型生物集合体。
青藏高原东缘九寨沟高寒钙华分类与命名
王富东, 赵学钦, 董发勤, ENRICO Capezzuoli, Alexander I.Malov, 杜杰
2021, 40(1): 112-124.
摘要:
九寨沟钙华景观不仅有着独特的旅游与美学价值,在古气候、古灾害、古地震/活动构造、高原隆升以及人类世等研究中也能提供重要的地质档案。无论从旅游与科普的角度,还是从科学研究出发,开展钙华分类研究必然是前提、也是基础。基于地球系统科学理论,从物质来源到沉积环境,分析了无机和有机对钙华沉积的控制因素,按照相(分为亚相、微相)、类(分为大类、亚类)的沉积特征对钙华进行了分类,划分依据是:沉积环境决定了水动力条件与生物参与度,进而形成了千变万化的钙华沉积形态,最终架构了丰富多彩的钙华景观。所划分的结构—成因类型对“九寨沟式钙华”的科学研究有重要指导意义;从旅游与科普角度开展的钙华地貌—形态分类,可为大众旅游、科普以及管理部门提供更高的辨识度及生态保育参考。
四川黄龙地区鲕状钙华包壳粒的发现及其特征
崔杰, 代群威, 王富东, 董发勤, 宋韬, 党政
2021, 40(1): 125-132.
摘要:
在雪宝顶北麓的黄龙地区新发现的鲕状钙华包壳粒,是高寒区钙华形成环境中产出的一类典型陆相包覆颗粒构造。通过系统采样鲕状包壳粒沉积剖面,并借助常规显微镜、扫描电镜与能谱分析等,揭示出鲕状钙华包壳粒的矿物组分、微观结构等特征。结果表明:研究区的鲕状钙华包壳粒分为同心圆状、同心圆—放射状、薄壁同心圆状3种基本类型,包壳粒核部是由异地的钙华碎屑构成,外壳层是由泥晶与微亮晶方解石纹层围绕核部逐层形成的圈层构造;微观特征显示泥晶层无明显微生物成因发育特征。鲕状钙华包壳粒的微观形态与组构特征反映出壳体中的泥晶圈层可能形成于相对深的静水环境,亮晶圈层可能形成于浅水高能环境,鲕状钙华包壳粒的成因偏于鲕类而非核形石类。
九寨沟优势植物凋落物叶片淋溶的碳氮磷释放特征
张婷, 代群威, 邓远明, 李琼芳, 董发勤, Bowen Li, Bruce W.Fouke, 李相邑
2021, 40(1): 133-139.
摘要:
通过对九寨沟水体中两种优势植物落叶的碳氮磷淋溶动态分析发现:初期总溶解碳氮磷释放在48 h内逐渐稳定,表明短期的淋溶过程就可以导致较大比例的元素释放;磷的短期平均可溶出比例为29.61%,表明淋溶是植物磷元素释放的重要途径;估算得出九寨沟植物叶片碳氮磷贡献总量分别可达20 577 t.a-1,2 101 t.a-1,1 402 t.a-1。研究表明九寨沟植物凋落物淋溶是水体碳氮磷的重要来源,也是影响钙华沉积的重要因素。分析凋落物养分溶出特征,可为九寨沟生态系统的健康发展提供数据支撑。
雪宝顶流域钙华景观生态风险评价的研究探讨
李相邑, 代群威, 党政, 罗尧东, 崔杰, 董发勤, 张婷
2021, 40(1): 140-146.
摘要:
景观生态风险评价能够有效地对区域景观格局进行优化并为风险防范提供理论基础。文献计量学分析表明,国内岩溶景观生态风险评价研究主要从“研究对象”、“评价模型”、“评价方法”和“评价指标”4个方面分析;而钙华作为特殊的岩溶体,目前对它的生态风险评价几乎未开展。文章从岩溶景观生态风险评价入手,基于模糊数学综合评判法和层次分析法,提出以地表钙华体与地表水循环作为景观主体,并对主体因素逐步细化,形成多层次综合评价模型,展开对雪宝顶流域钙华景观的生态风险评价。
九寨沟“8.8”地震背景下火花海钙华坝体无损探测分析
罗尧东, 代群威, 董发勤, 王富东, 赵学钦, 廖传康, 崔杰, 李琼芳, 王安平
2021, 40(1): 147-156.
摘要:
为研究震后九寨沟钙华景区的溶洞、裂隙、暗流等地质特性,丰富钙华景区岩溶洞穴无损探测技术,探讨了多物探技术在多孔疏松钙华地区作业的可靠性。首次运用地质雷达法及高密度电法相结合的无损探测技术,在九寨沟景区火花海特定区域进行了现场勘查和无损探测试验。结合对比两种无损探测成果与测区内出露地质剖面3组勘探数据,结果发现:高密度电法与地质雷达法相结合,两者能优劣互补,相互佐证,在解决钙华区域浅部溶洞、暗流、裂隙等工作中,对探测目标体具有极高的识别度。两种方法探测数据与震后出露剖面地质特征保持极高的一致性,验证了两种无损检测方法在多孔疏松介质条件下数据的真实可靠性,解决了多物探技术在多孔疏松介质地区施工的疑点和难点,丰富了工程物探领域技术。
四川九寨沟诺日朗瀑布钙华大坝放射性及沉积环境意义
张红敏, 赵学钦, 王富东, 吴昌达, 李松
2021, 40(1): 157-165.
摘要:
以九寨沟诺日朗瀑布钙华大坝为研究对象,采用便携式手持伽马仪对大坝坝体进行放射性强度测量,同时对钙华大坝取样,进行主量、微量元素分析,以研究大坝形成的沉积环境。结果表明:大坝表层伽马辐射量平均值为27.57 Ur(当量铀),变异系数为18.73%;钙华主微量元素分析显示钙华颜色与本身所含的色素元素和矿物有关;大坝钙华(La/Yb)N介于8.57~14.93,均值为11.78,具有轻稀土元素富集特征。综合分析认为诺日朗瀑布大坝钙华颜色的形成是多因素共同作用的结果,钙华放射性元素含量与钙华颜色以及伽马值之间存在正相关性,伽马值在钙华沉积环境方面具有指示作用,伽马值越高代表其形成环境相对更湿润。
气候变化背景下钙华退化影响因素及其保育措施研究进展
严飞, 董发勤, 代群威, 李琼芳, 王富东, 曾嘉, 曹芹, 杨刚
2021, 40(1): 166-170.
摘要:
为厘清黄龙钙华退化受气候变化调控规律,探究影响钙华沉积的生物与非生物因素对气候变化产生的响应,通过对钙华相关研究的专著及文献进行分析,从直接影响气候变化的水文因素和大气二氧化碳浓度出发,探索其对钙华退化的影响,表明水文过程及气候变化引起的极端事件是导致钙华退化的主要原因:(1)适宜的气候加速钙华沉积,极端的气候则会引起钙华退化;(2)气候变化主要是通过影响极端降水导致钙华退化,如干旱使钙华裸露受风化侵蚀而洪涝灾害使钙华受冲刷或被稀释效应影响;(3)全球变暖导致藻类大量富集,亦会破坏钙华。在钙华保育过程中,一方面应避免因极端气候事件对钙华的破坏,并在其发生时因势利导,缓解其负面效应对钙华的影响,另一方面提倡节能减排,抵御区域二氧化碳浓度升高导致的藻类大面积滋生,以便更好地保护钙华景观。