利用洞穴體系地球化學(xué)指標(biāo)研究貴州中西部近現(xiàn)代石漠化成因及趨勢.pdf

1、喀斯特被視為同沙漠邊緣一樣的脆弱環(huán)境，石漠化與喀斯特脆弱生態(tài)治理是當(dāng)前全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究的焦點之一。中國西南喀斯特區(qū)處于世界三大連片喀斯特發(fā)育區(qū)之一的東亞片區(qū)中心，也是典型的季風(fēng)氣候區(qū)，雖然有很好的水熱配合條件，但卻存在嚴重的石漠化現(xiàn)象。土地貧瘠、水資源短缺、脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，是地方和中央政府非常關(guān)注的一件大事。為了給石漠化地區(qū)的生態(tài)建設(shè)提供充分的科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，迫切需要充分認識石漠化形成、演變的過程，揭示自然過程和人類活動各自對

2、石漠化的作用。 洞穴石筍記錄現(xiàn)在已經(jīng)成為高分辨率古氣候研究的最佳地質(zhì)載體之一。地處西南喀斯特區(qū)核心的貴州省，碳酸鹽巖出露面積達13萬km2，占全省土地總面積的73.8％，石漠面積居西南八省(區(qū)、市)之首，它的中西部地區(qū)又是石漠化最嚴重的地區(qū)之一。廣泛發(fā)育的喀斯特洞穴內(nèi)有豐富沉積物，為重建貴州中西部地區(qū)氣候環(huán)境和研究石漠化演變的過程提供便利。本論文運用地球系統(tǒng)科學(xué)理論，弄清洞穴沉積物的生長過程中巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈之間的物

3、質(zhì)、能量傳輸以及人類活動的相互影響，更好地論證地球化學(xué)指標(biāo)的意義，通過洞穴沉積物的記錄揭示人類活動與自然變化對石漠化的影響程度。 在2005*2007年期間，我們在貴州清鎮(zhèn)、安順、織金、水城四個地區(qū)的將軍洞、鄭家洞、石將軍洞、琦云洞、織金洞、猴子洞以及周圍進了多次野外取樣、監(jiān)測。對部分樣品進行210pb和230Th/U定年。水樣進行δD和δ18O分析，新老碳酸鈣、鵝管、石筍樣品進行δ18和δ13C分析，所得分析結(jié)果與器測、歷史記

4、錄、其他石筍記錄對比結(jié)果顯示： (1)洞穴中某些滴水點由于上層包氣帶厚度非常薄，蓄水能力差，雨水與地表水沒有充分混合的條件，大氣降水能很快地滲透到洞內(nèi)形成滴水，反映季節(jié)性降水的δ18O值，因此在這種點取得的洞穴沉積物有可能記錄季節(jié)性降水的δ18O值。 (2)根據(jù)鵝管的生長特性，以及對不同洞穴鵝管δ18O、δ13和210Pb的大量分析，可知洞穴鵝管發(fā)育特征必須符合一定的要求才能作為古氣候記錄。鵝管的碳酸鈣沉積應(yīng)該發(fā)生在其生

5、長尖部，從野外判斷，管壁為白色很純的碳酸鈣，薄而透明：無論多長的鵝管，都應(yīng)類似于吸管，空心，從頂部到底部管壁內(nèi)外直徑基本一致：取樣時仍然處于生長狀態(tài)，管內(nèi)充滿水。符合以上要求的鵝管，對研究近代氣候、環(huán)境記錄有非常重要的意義。若不符合上述要求，鵝管測試出的穩(wěn)定同位素值的運用需謹慎。 (3)無論是鵝管還是石筍中的18O與器測記錄的溫度都沒有相關(guān)性，而與降雨記錄和歷史干濕記錄基本一致。降雨量減小或干旱的時期，所對應(yīng)的鵝管或石筍中δ18

6、O曲線會相對偏重。因此可以推斷，在貴州地區(qū)降雨量是影響洞穴沉積物中的δ18O的主要因素。 (4)石將軍洞發(fā)育于三疊系中上統(tǒng)(T2-3)，為石灰?guī)r、白云巖互層層組(基巖δ13C=1.21‰)；猴子洞發(fā)育于中石炭統(tǒng)和二疊系(C2+P)以灰?guī)r為主，質(zhì)地較純的地層(基巖δ13C=3.81‰)。兩地都有較嚴重的石漠化現(xiàn)象。兩地的降雨量差不多，前者1375mm/yr，后者1190mm/yr；由于猴子洞的海拔較高(～2100米)，氣候較冷；而

7、石將軍洞海拔較低 (～1200米)，氣候較熱。所以，在猴子洞地表C3/C4植物比例高于石將軍洞地表C3/C4植物的比例。猴子洞無論是新生碳酸鈣還是老的碳酸鈣沉積物的δ13C都比石將軍洞的要輕的多。由此可見，洞穴沉積物的δ13C值通常受地表植被影響為主，基巖影響較小。 (5)根據(jù)洞穴所處地區(qū)的石漠化等級的劃分，來比對不同洞穴的新生碳酸鈣的13C平均值。發(fā)現(xiàn)石漠化強的地區(qū),植被覆蓋率少，所在渝穴中的新生碳酸鈣的δ13C平均值偏重：洞

8、穴沉積物的δ13C值基本能反映地表石漠化程度。 (6)織金洞的石筍δ13C記錄，在1460年左右出現(xiàn)過δ13C的大幅度偏重，歷史資料記載這時段明朝軍隊進入貴州中西部，屯兵導(dǎo)致大量人口增加，砍伐植被修建房屋、開辟耕地等活動，可能因此導(dǎo)致了這一地區(qū)在過去一千年來的第一次嚴重的植被退化現(xiàn)象。大約從1900年開始δ13C記錄有大幅度的偏重，約偏重了2.5‰，這在石筍和鵝管記錄中都有顯示。從貴州省織金縣縣志中可知，從1900-1910年之

9、間開始，織金地區(qū)人口迅速增加，人類活動一直持續(xù)增加到現(xiàn)今。上述兩次明顯的人口增加導(dǎo)致植被的減少，都明顯地在洞穴沉積物的δ13C曲線中表現(xiàn)出來，由此可見洞穴沉積物δ13C記錄可以用來反映石漠化的演變。 (7)從鵝管、石筍中的δ18O和δ13C明顯看出，δ18O和δ13C的曲線都呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，反映地表植被與氣候條件的相應(yīng)變化，夏季風(fēng)較強，濕潤的氣候條件(δ18O偏輕)，植被發(fā)育較好(δ13C偏輕)；反之亦反。在沒有強烈人類活動的情

10、況下，植被的主要控制因素是降雨量。因此，即使在受到人類活動影響下石漠化的進程仍然要考慮氣候因素的影響。不過，從織金洞石筍和鵝管的δ18O和δ13C來看，在過去800年的記錄中，自然條件雖然造成某些時期植被的退化，但尚未達到石漠化程度。而明朝時的屯兵和1900年之后的人口大量增加所造成的植被破壞，遠大于自然因素引起的植被退化。由此可見，人類活動是導(dǎo)致石漠化的主要因素。 (8)以織金洞石筍ZJD-21和鵝管ZAD-9C的δ18OO和