不同程度石漠化下洞穴滴水δ13CDIC變化特征及影響因素.pdf

1、巖溶地區(qū)石漠化作為和沙漠邊緣一樣脆弱的生態(tài)環(huán)境，在熱帶、亞熱帶濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候條件和巖溶極其發(fā)育的自然背景下，受人為活動(dòng)干擾，地表植被遭受破壞，土壤侵蝕程度嚴(yán)重，基巖大面積裸露，土地退化，并極易發(fā)生山洪、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害。碳循環(huán)是巖溶作用過(guò)程中重要的一環(huán)，通過(guò)對(duì)洞穴滴水pH值、電導(dǎo)率(EC)、HCO3-、方解石飽和指數(shù)(SaturationIndexofCalcite，SIc)、Ca2+、Mg2+濃度及洞穴二氧化碳分壓等的監(jiān)測(cè)

2、，正確估算碳酸鹽地區(qū)的碳匯量對(duì)研究全球CO2濃度變化及全球氣候變化有重要意義。
　　 貴州省位于我國(guó)西南廣大巖溶區(qū)的中心地帶，石漠化現(xiàn)象嚴(yán)重，石漠化嚴(yán)重危害著該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。雖然有些地區(qū)開(kāi)展了石漠化治理工作并取得了初步成功，但是總體上石漠化治理效果并不盡如人意。因此，探討石漠化形成原因及演化過(guò)程顯得尤為重要。本文通過(guò)對(duì)石漠化地區(qū)的巖溶洞穴進(jìn)行現(xiàn)代監(jiān)測(cè)，分析洞穴滴水δ13CDIC的變化特征及其影響因素，以探明洞穴滴水水

3、化學(xué)如何反映洞穴環(huán)境和地表環(huán)境信息，并為治理石漠化提供理論依據(jù)。
　　 本文以?xún)蓚€(gè)石漠化等級(jí)不同的巖溶洞穴——石將軍洞（強(qiáng)度石漠化）和本寨洞（潛在-輕度石漠化）為主要研究對(duì)象。兩個(gè)洞穴都位于貴州省中部黔中高原面上的安順市西秀區(qū)。自2010年10月至2011年12月分別對(duì)兩個(gè)洞穴洞穴環(huán)境、洞穴水水化學(xué)特征進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)以及洞穴滴水δ13CDIC的取樣測(cè)試。對(duì)鄰近兩個(gè)洞穴的現(xiàn)代監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析討論，探討了洞穴上覆植被、土壤等因素與

4、洞穴滴水δ13CDIC的關(guān)系及洞穴滴水δ13CDIC對(duì)現(xiàn)代環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制，為探討石漠化發(fā)生機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。同時(shí)，對(duì)碳循環(huán)及其巖溶碳匯作用可能的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討，得出如下結(jié)論:
　　 (1)通過(guò)對(duì)兩個(gè)洞穴洞穴滴水的水化學(xué)特征進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，由于本寨洞和石將軍洞處于不同石漠化等級(jí)下，本寨洞表層植被覆蓋率要大于石將軍洞，植物的呼吸作用釋放的CO2雖對(duì)洞穴滴水δ13CDIC影響較小，但在地表植物參與下巖溶作用加強(qiáng)，本寨洞各滴水點(diǎn)

5、的電導(dǎo)率和Ca2+濃度都要高于石將軍洞各滴水點(diǎn)，說(shuō)明植物對(duì)巖溶地區(qū)碳循環(huán)有重要意義。因此在石漠化地區(qū)，積極探索改變巖溶碳匯強(qiáng)度的生產(chǎn)方式，不僅有利于改善石漠化地區(qū)生態(tài)環(huán)境而且對(duì)全球碳循環(huán)研究也有積極作用。
　　 (2)石將軍洞八個(gè)滴水點(diǎn)和本寨洞七個(gè)滴水點(diǎn)按照滴速變化特征分為變化型和穩(wěn)定型，但兩個(gè)洞穴滴水滴速與δ13CDIC沒(méi)有很好的相關(guān)性?？赡芤?yàn)榈嗡俨⒉皇强刂贫囱ǖ嗡?3CDIC變化最主要的因素，或者說(shuō)洞穴滴水δ13CDIC

6、值并沒(méi)有受洞穴頂板厚度直接影響。
　　 (3)對(duì)比不同等級(jí)石漠化條件下的石將軍洞和本寨洞洞穴滴水δ13CDIC變化特征，發(fā)現(xiàn)兩者都表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì):在旱季呈現(xiàn)偏負(fù)趨勢(shì)，雨季出現(xiàn)波動(dòng)性。2010年10月-2011年4月，石將軍洞八個(gè)滴水點(diǎn)δ13CDIC呈現(xiàn)偏負(fù)趨勢(shì)。這是因?yàn)槭瘜④姸磳儆趶?qiáng)度石漠化，植被和土壤稀少。在10月份溫度降低，植物和微生物活動(dòng)開(kāi)始減弱，而此時(shí)降雨量仍然較大。經(jīng)過(guò)一個(gè)雨季的沖刷，再加上石漠化地區(qū)土壤稀少，植

7、物和微生物產(chǎn)生的大量輕碳被雨水沖走，從而導(dǎo)致滴水δ13CDIC在雨季后期沒(méi)有明顯偏負(fù)。而在雨季，石將軍洞和本寨洞各月的δ13CDIC值變化則較大，而且沒(méi)有像旱季一樣出現(xiàn)偏負(fù)或者偏正的趨勢(shì)，而是具有波動(dòng)性，降雨量和蒸發(fā)量的共同作用很可能是控制石漠化地區(qū)雨季洞穴滴水δ13CDIC的主要因子。
　　 (4)在兩個(gè)石漠化程度不同的地區(qū)，植被對(duì)洞穴滴水δ13CDIC的影響遠(yuǎn)不如蒸發(fā)量等因素，主要原因可能是石漠化地區(qū)缺少土壤，植被釋放到土壤

8、中的輕碳容易受外界影響。另外從大氣降水到洞穴滴水，δ13CDIC容易受多種因素影響，而這些因素在不同環(huán)境下對(duì)洞穴滴水δ13CDIC的貢獻(xiàn)度也不同。
　　 綜上所述，比較不同等級(jí)石漠化條件下洞穴滴水δ13CDIC的變化特征，及分別對(duì)不同背景下影響因素分析表明，在石漠化地區(qū)，受土壤覆蓋量極少且空間分布不均，降雨量和蒸發(fā)量等眾多因素的影響，在利用洞穴滴水δ13C解譯環(huán)境變化信息時(shí)存在多解性，需考慮不同地區(qū)的差異性，才能更加準(zhǔn)確的判斷洞