喀斯特石漠化地區(qū)洞穴滴水元素特征分析.pdf

1、洞穴滴水元素作為一種環(huán)境替代指標(biāo)，旨在反映地表氣候環(huán)境與物質(zhì)來源，以及在重建古環(huán)境古氣候方面有著重要作用，已受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛認(rèn)可。目前，有關(guān)石漠化地下環(huán)境的研究相對較少，利用洞穴滴水元素探尋石漠化地表環(huán)境信息具有較大的研究潛力。本研究以貴州3個(gè)典型石漠化地區(qū)6個(gè)地表不同石漠化等級洞穴(安順地區(qū)玄母洞和石將軍洞、畢節(jié)地區(qū)朝營洞和韓家沖洞、花江地區(qū)大消洞和榮發(fā)洞)為例，通過對6個(gè)洞穴的滴水進(jìn)行了為期1年的月動(dòng)態(tài)監(jiān)測，以及針對石將軍洞滴水

2、進(jìn)行了2次降雨響應(yīng)監(jiān)測；分析了洞穴上覆土壤、基巖對滴水元素特征的影響，討論了滴水元素的季節(jié)變化特征及其環(huán)境意義，重點(diǎn)探討了洞穴滴水元素的降雨響應(yīng)特征及其水文地球化學(xué)過程，首次揭示了洞穴滴水的石漠化環(huán)境效應(yīng)，以期為石漠化環(huán)境監(jiān)測研究提供科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)論如下：
　　(1)石漠化地區(qū)地表土壤的地球化學(xué)特征主要受到土壤侵蝕與母巖風(fēng)化成土作用的影響。在相同巖性條件下，石漠化程度越高，土壤pH越高。受母巖巖性影響，灰質(zhì)白云巖地區(qū)土壤pH高于

3、石灰?guī)r地區(qū)，土壤Mg含量低于灰質(zhì)白云巖地區(qū)。受母巖風(fēng)化成土作用的影響，安順研究區(qū)與花江研究區(qū)洞穴的地表石漠化等級越高，地表土壤Mg含量越高。此外，洞穴沉積土因在沉積過程中長期受到滴水的化學(xué)侵蝕作用影響，表現(xiàn)出pH與元素含量高于地表土壤，且沉積土與滴水之間各元素均表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系。
　　(2)地表土壤與基巖發(fā)育特征是影響滴水離子濃度的主要因素。洞穴上覆地表石漠化等級越高，洞穴滴水的離子濃度越低。通過對比發(fā)現(xiàn)，基巖巖性差異導(dǎo)致滴

4、水中的Mg2+濃度具有明顯差異，石灰?guī)r地區(qū)洞穴滴水的Mg/Ca與Mg/Sr比值遠(yuǎn)低于灰質(zhì)白云巖研究區(qū)的洞穴滴水。
　　(3)6個(gè)洞穴的滴水滴率均表現(xiàn)出對大氣降雨的響應(yīng)變化，呈現(xiàn)出滴率隨降雨量的升高而增快，隨降雨量降低而減慢的變化規(guī)律。對比發(fā)現(xiàn)，在相同研究區(qū)內(nèi)，石漠化程度越嚴(yán)重，其洞穴滴水的滴率對大氣降雨的響應(yīng)越敏感，季節(jié)變幅越大。潛在石漠化的玄母洞和朝營洞、輕度石漠化的大消洞滴水pH值呈現(xiàn)出雨季偏低、旱季偏高，電導(dǎo)率呈現(xiàn)出雨季偏高

5、旱季偏低的變化特點(diǎn)；而中度石漠化的石將軍洞、強(qiáng)度石漠化的韓家沖洞和榮發(fā)洞滴水pH值呈現(xiàn)出雨季偏高、旱季偏低，電導(dǎo)率雨季偏低旱季偏高的變化特征。
　　(4)受地表石漠化差異的影響，滴水離子濃度的季節(jié)性變化呈現(xiàn)出顯著差異。潛在石漠化的玄母洞和朝營洞、輕度石漠化的大消洞滴水離子濃度呈現(xiàn)出雨季高、旱季低的變化規(guī)律，且滴水元素受到上覆土壤的貢獻(xiàn)較多；而中度石漠化的石將軍洞、強(qiáng)度石漠化的韓家沖洞和榮發(fā)洞滴水離子濃度呈現(xiàn)出雨季低、旱季高的相反變

6、化規(guī)律，且滴水元素受到上覆基巖的貢獻(xiàn)較多。其中，玄母洞、石將軍洞、大消洞、榮發(fā)洞的滴水均受到了明顯的前期方解石沉淀作用。
　　(5)降雨監(jiān)測研究結(jié)果表明：石將軍洞受地表石漠化發(fā)育的影響，降雨在地表土壤層滯留時(shí)間短，而在基巖中的運(yùn)移時(shí)間相對更長；洞穴滴水表現(xiàn)出對大氣降雨響應(yīng)時(shí)間快的特點(diǎn)。降雨致使石將軍洞滴水點(diǎn)上覆的水—土—巖作用增強(qiáng)，導(dǎo)致滴水中溶解的離子濃度與pH值隨降雨響應(yīng)相應(yīng)升高。通過相關(guān)性分析得出，石將軍洞滴水中Ca、Mg、S