洞穴滴水的水文地球化學(xué)過(guò)程及其石漠化環(huán)境響應(yīng)——以貴州6個(gè)洞穴為例.pdf

1、洞穴次生沉積物在反映地表氣候與生態(tài)環(huán)境方面已經(jīng)取得了重要成果，洞穴滴水作為次生沉積物的主要物質(zhì)來(lái)源，必定也攜帶了外部環(huán)境中的重要信息，而滴水的水文地球化學(xué)過(guò)程可能會(huì)對(duì)地表環(huán)境信息的解譯產(chǎn)生不同程度的模糊或掩蓋，因此，為了探討滴水信息對(duì)地表石漠化環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制，結(jié)合國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃重大課題“喀斯特高原峽谷石漠化綜合治理技術(shù)與示范”與西南大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)“洞穴滴水元素時(shí)空變化特征及其石漠化效應(yīng)”，以地球系統(tǒng)科學(xué)理論、

2、喀斯特動(dòng)力學(xué)理論、石漠化分布與演化規(guī)律為指導(dǎo)思想，于2014年7月至2015年6月對(duì)3個(gè)研究區(qū)處于不同等級(jí)石漠化地區(qū)的6個(gè)洞穴(貴州畢節(jié)朝營(yíng)洞與韓家沖洞、安順本寨洞與石將軍洞和花江大消洞與榮發(fā)洞)展開(kāi)為期1年的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，使用德國(guó)WTW公司生產(chǎn)的Multi350i水質(zhì)分析儀、德國(guó)Merck堿度計(jì)和硬度計(jì)與美國(guó)Optima-2100DV全譜直讀型ICP-OES等儀器測(cè)定滴水的水溫、電導(dǎo)率、pH及Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等離子濃

3、度，以這些指標(biāo)為研究對(duì)象，探討滴水各指標(biāo)的時(shí)空變化特征與滴水的物質(zhì)來(lái)源，重點(diǎn)研究滴水的水文地球化學(xué)過(guò)程與滴水信息對(duì)石漠化環(huán)境的響應(yīng)特征，得出以下結(jié)論：
　　(1)大多數(shù)滴水點(diǎn)雨季滴速快且波動(dòng)大，旱季滴速慢且波動(dòng)小，滴率變幅總體上能反映干濕季節(jié)的變化，石將軍洞滴水點(diǎn)越靠近洞穴內(nèi)部滴率越趨于穩(wěn)定，其他洞穴的滴水點(diǎn)空間變化規(guī)律不明顯。季節(jié)變化、土壤厚度及巖石裂隙制約滴率大小，水溫受到洞口開(kāi)闊程度、洞穴結(jié)構(gòu)等因素的復(fù)合影響，pH的季節(jié)變化

4、特征并不一致，大多數(shù)洞穴滴水的電導(dǎo)率及元素在雨季較高，而旱季偏低，均受到不同季節(jié)控制下溶蝕作用差異的影響，各指標(biāo)的空間變化規(guī)律均不明顯，有必要結(jié)合不同時(shí)間尺度對(duì)滴水指標(biāo)的變化規(guī)律做進(jìn)一步研究。
　　(2)滴水中Mg、Sr、Ba等元素主要來(lái)源于土壤與圍巖的混合，只是土壤與圍巖所占比例各有差異，土壤對(duì)SJJ-W3、SJJ-W4等滴水Mg2+的貢獻(xiàn)比圍巖大，圍巖是大部分滴水點(diǎn)元素的主要來(lái)源。各個(gè)洞穴滴水的水化學(xué)指標(biāo)受到來(lái)自雨水稀釋、方解

5、石先期沉淀與活塞效應(yīng)等復(fù)雜的水文地球化學(xué)過(guò)程的影響，其中，石將軍洞、大消洞與榮發(fā)洞滴水受方解石沉淀作用更為明顯，滴水物質(zhì)來(lái)源及其水化學(xué)過(guò)程直接導(dǎo)致石漠化環(huán)境的模糊解譯，如何合理地排除這些因素的干擾是后續(xù)工作中需要關(guān)注的。
　　(3)三個(gè)研究區(qū)潛在-輕度石漠化條件下的滴水滴率均小于中-強(qiáng)度石漠化，而電導(dǎo)率、pH與元素濃度等卻不存在這種規(guī)律，石漠化差異更多體現(xiàn)在對(duì)指標(biāo)變幅的控制上，方解石先期沉淀與活塞效應(yīng)等水化學(xué)過(guò)程對(duì)元素特征響應(yīng)石漠

6、化環(huán)境有不同程度的掩蓋。中-強(qiáng)度石漠化地區(qū)與無(wú)石漠化地區(qū)相比，滴水的電導(dǎo)率、pH與元素濃度波動(dòng)均較小，并且表現(xiàn)出較低的電導(dǎo)率和Ca2+、Mg2+濃度與較高的pH和Mg/Ca。
　　(4)石漠化已治理區(qū)中-強(qiáng)度石漠化環(huán)境中，滴水的電導(dǎo)率與Ca2+濃度在夏季相對(duì)較高，而冬季較低，潛在-輕度石漠地區(qū)在夏季出現(xiàn)pH、Mg2+濃度與Mg/Ca的較高值。石漠化未治理區(qū)的滴率、pH在夏秋季節(jié)較高，而電導(dǎo)率和Ca2+則在冬季表現(xiàn)較高，其中潛在-輕

7、度石漠化條件下Mg/Ca及其變幅小于中-強(qiáng)度石漠化地區(qū)，pH、電導(dǎo)率與元素濃度也高。季節(jié)變化對(duì)地表石漠化等級(jí)的短期波動(dòng)有一定影響，需要對(duì)洞穴滴水各指標(biāo)加強(qiáng)季節(jié)對(duì)比。
　　(5)滴水的滴率、電導(dǎo)率在前后兩年均有不同程度的提升，而 pH主要呈降低趨勢(shì)，反映石漠化治理和環(huán)境改善提高了土壤的水源涵養(yǎng)能力，強(qiáng)化了喀斯特作用。Ca2+、Mg2+濃度與 Mg/Ca基本呈下降趨勢(shì)，其受到多種水文地球化學(xué)過(guò)程的制約，在地表生態(tài)環(huán)境年際記錄研究中的意