喀斯特石漠化地區(qū)洞穴滴水陽(yáng)離子變化特征與環(huán)境響應(yīng).pdf

1、洞穴外部環(huán)境信息通常最終反映表現(xiàn)為洞穴滴水地球化學(xué)特征變化,而滴水陽(yáng)離子作為重要的水化學(xué)指標(biāo),其特征變化及環(huán)境響應(yīng)特征,在洞穴指標(biāo)體系建立過程中意義重大。為建立洞穴指標(biāo)體系,解譯周圍地區(qū)地表環(huán)境,從而探討石漠化演變規(guī)律。結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金“利用洞穴沉積物碳同位素體系研究貴州中西部石漠化演化歷史(41001367)”和國(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(2011BAC09B01)”,于2011年1

2、月到2012年12月對(duì)貴州石將軍洞、本寨洞、大消洞、榮發(fā)洞四個(gè)不同等級(jí)石漠化地區(qū)洞穴滴水Ca2+、Mg2+、Sr2+等陽(yáng)離子化學(xué)特征和周圍環(huán)境進(jìn)行了兩個(gè)水文年的監(jiān)測(cè)研究表明:洞穴滴水陽(yáng)離子對(duì)周圍環(huán)境響應(yīng)明顯,能敏感反映降雨、氣溫等氣候信息的變化,總結(jié)其變化特征及環(huán)境響應(yīng)。
　　(1)根據(jù)2011和2012水文年不同等級(jí)石漠化洞穴滴水 Ca2+、Mg2+含量變化特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)洞穴滴水 Ca2+、Mg2+含量對(duì)降雨響應(yīng)敏感,每年1月~5月

3、,降雨普遍較少且變率小,滴水 Ca2+、Mg2+穩(wěn)定且較低;6~8月降雨量大且多暴雨,降雨變率大,滴水Ca2+、Mg2+波動(dòng)大;9~12月降雨較多且變率小,滴水 Ca2+、Mg2+穩(wěn)定且較高,按其變化特征可分為三個(gè)季節(jié)性分區(qū):季節(jié)性低值區(qū)(1~5月)、季節(jié)性波動(dòng)區(qū)(6~8月)、季節(jié)性高值區(qū)(9~12月)。不同石漠化區(qū)域,洞穴滴水對(duì)降雨響應(yīng)程度不同,其中,輕度石漠地區(qū)較強(qiáng)度石漠化響應(yīng)滯后,同時(shí)洞穴滴水 Ca2+、Mg2+含量更為穩(wěn)定。這為

4、石漠化研究提供了指標(biāo)信息,對(duì)以后建立洞穴指標(biāo)體系評(píng)價(jià)石漠化機(jī)制頗有意義。
　　(2)同一滴水點(diǎn),遷移路徑相同,制約滴水滯留時(shí)間的主要因素為降雨量,干旱季節(jié)滴水遷移緩慢,滯留時(shí)間長(zhǎng),CaCO3優(yōu)先沉積,Mg/Ca比值偏高;相反,雨季滴水遷移快,滯留時(shí)間長(zhǎng) Mg/Ca比值偏低。季節(jié)性低值區(qū)(1~5月)、波動(dòng)區(qū)(6~8月)和高值區(qū)(9~12月) Mg/Ca均值與降雨量關(guān)系表明可知:多數(shù)滴水點(diǎn)Mg/Ca值與降雨量負(fù)相關(guān)性較好,即Mg/Ca

5、比值越高(低),降雨越少(多)。然而四個(gè)洞穴各滴水Mg/Ca值與月降雨量之間相關(guān)性不明顯,原因是洞穴滴水對(duì)降雨響應(yīng)的滯后效應(yīng),因此以后研究需特別重視這一現(xiàn)象,進(jìn)一步長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
　　(3)在本寨洞發(fā)現(xiàn)不同滴水點(diǎn) Mg/Ca分區(qū)均值與降雨量呈現(xiàn)出有正有負(fù)的不同相關(guān)性,這與其他洞穴呈現(xiàn)出來(lái)的較好負(fù)相關(guān)性不符,我們來(lái)分析產(chǎn)生的原因:本寨洞屬于輕度石漠化,洞頂有耕地,植被較好,Ca2+、Mg2+受降雨量影響和中度、強(qiáng)度石漠化有所差異。本寨洞

6、基巖較薄,降雨在頂板中滯留時(shí)間較少。并且在監(jiān)測(cè)的兩個(gè)水文年中,本寨洞經(jīng)常出現(xiàn)缺水無(wú)水的狀況,這也導(dǎo)致我們?cè)诒O(jiān)測(cè)過程中有相對(duì)的誤差。要全面分析其原因,還要進(jìn)行長(zhǎng)期的指標(biāo)監(jiān)測(cè),并且要盡可能最大的減少監(jiān)測(cè)誤差,才能更準(zhǔn)確地反應(yīng)信息。發(fā)現(xiàn)不同石漠化洞穴 Mg/Ca比值與降雨量呈現(xiàn)不同的相關(guān)性,對(duì)進(jìn)一步分析石漠化發(fā)生產(chǎn)生的多方面因素提供了另一層信息。
　　(4)研究發(fā)現(xiàn)石將軍洞和本寨洞穴滴水點(diǎn)Ca2+、Mg2+含量形成了以1月份為中心的季節(jié)

7、性波谷期,由于在1月份溫度、土壤 CO2濃度都達(dá)到最低值,來(lái)自可溶力和溶蝕力的雙重影響,引起洞穴滴水Ca2+、Mg2+在1月時(shí)異常偏低,成為季節(jié)性波谷期,可以得出 Ca2+、Mg2+受氣溫影響較大。并且我們進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)了各滴水點(diǎn) Mg/Ca比值與對(duì)應(yīng)研究區(qū)月平均氣溫的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)多數(shù)滴水點(diǎn) Mg/Ca比值與氣溫呈負(fù)相關(guān),可以初步分析為洞穴滴水中Mg/Ca比值能夠在一定程度反映氣溫的變化,Mg/Ca比值越高,氣溫越低。目前,Mg/Ca比值通常