洞穴滴水的水文地球化學(xué)過程及其石漠化環(huán)境響應(yīng)——以貴州6個洞穴為例.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)過程可能會對地表環(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地表石漠化環(huán)境的響應(yīng)機制，結(jié)合國家“十二五”科技支撐計劃重大課題“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)費專項“洞穴滴水元素時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3個研究區(qū)處于不同等級石漠化地區(qū)的6個洞穴(貴州畢節(jié)朝營洞與韓家沖洞、安順本寨洞與石將軍洞和花江大消洞與榮發(fā)洞)展開為期1年的動態(tài)監(jiān)測，使用德國WTW公司生產(chǎn)的Multi350i水質(zhì)分析儀、德國Merck堿度計和硬度計與美國Optima-2100DV全譜直讀型ICP-OES等儀器測定滴水的水溫、電導(dǎo)率、pH及Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+等離子濃

3、度，以這些指標為研究對象，探討滴水各指標的時空變化特征與滴水的物質(zhì)來源，重點研究滴水的水文地球化學(xué)過程與滴水信息對石漠化環(huán)境的響應(yīng)特征，得出以下結(jié)論：
　　(1)大多數(shù)滴水點雨季滴速快且波動大，旱季滴速慢且波動小，滴率變幅總體上能反映干濕季節(jié)的變化，石將軍洞滴水點越靠近洞穴內(nèi)部滴率越趨于穩(wěn)定，其他洞穴的滴水點空間變化規(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，各指標的空間變化規(guī)律均不明顯，有必要結(jié)合不同時間尺度對滴水指標的變化規(guī)律做進一步研究。
　　(2)滴水中Mg、Sr、Ba等元素主要來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SJJ-W3、SJJ-W4等滴水Mg2+的貢獻比圍巖大，圍巖是大部分滴水點元素的主要來源。各個洞穴滴水的水化學(xué)指標受到來自雨水稀釋、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)來源及其水化學(xué)過程直接導(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)三個研究區(qū)潛在-輕度石漠化條件下的滴水滴率均小于中-強度石漠化，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)在對指標變幅的控制上，方解石先期沉淀與活塞效應(yīng)等水化學(xué)過程對元素特征響應(yīng)石漠

6、化環(huán)境有不同程度的掩蓋。中-強度石漠化地區(qū)與無石漠化地區(qū)相比，滴水的電導(dǎo)率、pH與元素濃度波動均較小，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-強度石漠化環(huán)境中，滴水的電導(dǎo)率與Ca2+濃度在夏季相對較高，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)變化對地表石漠化等級的短期波動有一定影響，需要對洞穴滴水各指標加強季節(jié)對比。
　　(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，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，強化了喀斯特作用。Ca2+、Mg2+濃度與 Mg/Ca基本呈下降趨勢，其受到多種水文地球化學(xué)過程的制約，在地表生態(tài)環(huán)境年際記錄研究中的意