旅游洞穴空气环境时空变化特征及其影响因素——以贵州省绥阳大风洞为例

为探究绥阳大风洞空气环境时空变化的规律及其成因,沿洞道布设10个监测点,并对各点在垂直剖面上（洞道上、中、下部)的温度、湿度和CO2浓度进行为期11个月的监测,结果表明:(1)大风洞空气环境要素（CO2、温度、相对湿度）均呈现出明显的季节变化,大体上CO2、温度和湿度表现为冬季低,夏季高的特点。(2)春、夏、秋季洞内外空气交换较弱,由洞口至洞内深处CO2浓度、湿度逐渐增加,温度逐渐减小,且越往洞内深处,空气交换减弱,各参数变化越稳定;冬季洞内外空气交换作用强,由洞口至洞穴深部,温度变化曲线表现为并无突变点,且洞穴CO2、湿度的垂直变化加大。(3)垂直变化上,春、夏、秋季洞穴CO2浓度、相对湿度差异大,洞底部CO2浓度和相对湿度大多高于洞顶部,但越往洞穴深入,3个环境参数的垂直差异均减小。      

山东沂源九天洞洞穴环境变化监测分析

为改善九天洞洞穴环境质量及保护洞穴景观提供科学依据,2006年5月1—5日和2006年7月28—30日曾两度对该洞的洞穴空气温度、湿度、CO2浓度和游客量的变化进行实地监测。结果表明,九天洞CO2浓度受游客数量影响,具有明显累积效应,其中灵霄玉塔（测点11）CO2浓度最高,日平均值为11250ppm;CO2浓度之高,国内外颇为罕见;而洞穴温度兼受洞穴滴水及洞穴形态的影响,具有一定的变化幅度;洞穴湿度除了受天气影响外,游客呼吸对封闭洞段湿度增大也有一定的贡献作用。      

贵州织金洞洞穴CO2的来源及其空间分布特征

为探索喀斯特高原峡谷地区高位旱洞内CO2来源及其空间分布特征,于2015年1月至2015年7月按月实施定位监测,对贵州织金洞洞穴CO2浓度和洞穴水、土壤CO2浓度和土壤水以及大气降水、山顶泉水进行监测。结果表明:（1）织金洞上覆土壤CO2浓度是大气CO2浓度的11~17倍,是洞穴CO2的4~7倍。织金洞洞内CO2的来源,横向上主要来自于气流的交换、游客的呼吸作用;垂直方向上主要来自于洞穴上方延伸入基岩中植物根系的呼吸作用,洞穴上覆基岩溶隙、溶管中进入洞穴内的大气CO2,地下河水脱气以及洞穴滴水碳酸钙的沉积释放的CO2。（2）织金洞为多进口洞,CO2浓度插值空间分布呈现两端低中间高的空间分布特征,同时在1 200×10-6~1 400×10-6高值区范围内出现800×10-6~1 000×10-6低值区特征。整体上,洞穴CO2随着进、出洞口两端海拔向洞内升高而呈上升趋势,在洞穴中部灵霄殿达到最大值。（3）洞内水和洞外土壤水均为HCO3--Ca2+型水,大气降水、山顶泉水为SO42--Ca2+型水。在垂直迁移过程中,大气降水-山顶泉水-土壤水-洞穴水不同部位水中各化学成分（硬度、Ca2+/Mg2+、HCO3-/SO42-、PCO2、SIc）各不相同。      

疫情背景下桂林市芦笛岩空气环境影响因素研究

当天然洞穴开发为旅游洞穴,人为活动输入到洞穴的能量与物质影响了洞穴本体环境。文章以桂林市代表性旅游洞穴芦笛岩为例,以2020年9月1日至10月8日洞穴温度、湿度、CO₂以及游客人数作为重点参数,定时、定位观测洞穴环境关键要素变化及相互关系,进而探究疫情防控背景下洞穴空气环境特征及影响因素、旅游活动对洞穴环境的影响以及洞穴自净能力。观测结果表明:（1）受新冠肺炎疫情影响,观测期内游客人数较往年明显减少,游客活动对洞穴温度和湿度影响并不明显,洞穴内外温度和湿度曲线变化趋于一致,主要受洞外空气环境的影响;（2）游览高峰期短时间内洞内CO₂浓度仍会随游客量的增多呈现规律性变化,但在旅游活动结束以后,洞内CO₂浓度能迅速回归至洞穴环境背景值,未观测到明显的CO₂累积现象;（3）芦笛岩本身具有一定的自净能力,观测期内受降雨和降温的影响,洞外温度显著降低,促使芦笛岩洞穴通风模式发生改变,洞穴内外气流交换加强,提高了该洞的自净能力。     

北京石花洞空气环境主要因子季节性变化特征研究

洞穴大气CO2浓度不仅是影响洞穴沉积物沉积（或者溶蚀）的重要因素之一,而且在旅游洞穴,它关系到沉积物景观的稳定性以及旅游环境的舒适性。本文通过对石花洞洞穴大气温度、湿度及CO2浓度近4个水文年的观测,结果表明：（1）洞穴温度在15℃上下波动,夏季约高1℃,主要与洞内外温差的季节性变化和旅游活动有关;（2）洞穴CO2浓度随着大气温度上升而缓慢升高,至每年的7月上旬雨季来临时,气温、降水及土壤中CO2大幅提高,降水溶解大量的土壤CO2并渗入洞穴中,导致洞穴CO2浓度迅速上升,8月观测到的最高浓度可达到4 334ppm,在雨季结束后,随着大气温度降低,CO2浓度缓慢下降,2月份平均值达到最低,为360~458 ppm。另外,在5月份和10月份的旅游黄金周,旅游人数的增加,洞穴CO2浓度异常增高。在进行洞穴管理与规划时,应综合考虑自然和人为因素对洞穴的影响。     

山东半岛九天洞洞穴环境变化特征与影响因素

选取旅游洞穴九天洞为研究对象,对洞穴环境变化特征及影响因素进行分析,探讨旅游活动和外界环境变化对洞穴环境变化的影响,以期能够为旅游洞穴的保护与合理开发提供科学依据。结果表明:（1）九天洞受外界气温变化的影响呈夏季高冬季低的特征,且洞穴温度略高于当地平均温度,这与洞穴通风、旅游活动、监测时间等因素有关;（2）洞内相对湿度与洞内空气温度呈较好的负相关关系,洞内相对湿度的变化主要受控于温度,呈夏季低冬季高的变化特征;（3）九天洞CO2浓度的季节变化特征为夏秋季高冬季低,与气候变化导致的植被和微生物活动以及滴水速率的变化有关;（4）距洞口越远的监测点空气温度、相对湿度的变化幅度越小,CO2浓度越高,说明距洞口越远受洞外气候变化以及洞穴通风的影响越小;（5）九天洞各监测点pH值和电导率主要与外界气候变化有关,对气候变化响应敏感,在降水偏少的干旱年,监测点pH值偏高,电导率偏低。      

洞穴自然环境系统的观测及研究－－以广西柳州响水岩为例

重点叙述了1990年代中期对广西柳州响水岩所进行的洞穴自然环境系统长期观测的成果,在响水岩洞内设置12个测点,进行洞穴空气温度、湿度、CO2、空气负离子的长期观测,并对响水岩的氡浓度、风速、放射性等作了测定。对洞穴空气负离子的观测在我国属于首次。观测研究工作表明,洞穴空气负离子浓度远大于洞外,洞穴空气质量一般皆属最清洁空气。响水岩的氡浓度低, CO2 含量略高于洞外,放射性背景值低,是一个具有洞穴医疗价值的洞穴。      

岩溶关键带土壤—洞穴系统CO2运移的时空变化——以河南鸡冠洞为例

为了了解豫西鸡冠洞岩溶区不同尺度下水-土-气的中CO2的变化特征,探究CO2在岩溶关键带系统的运移关系,2019年5月至2020年10月,利用固态传感器对河南鸡冠洞上覆土壤取样点进行高时间分辨率监测,每隔15 min采集一次数据。结合每月采集洞内空气CO2浓度数据、每月测定洞穴水水化学指标数据及每月监测的降水、气温数据进行全面系统地分析。结果表明:①土壤CO2浓度、洞内空气CO2浓度和洞穴水水化学指标具有明显的季节性变化特征,均表现为夏秋高冬春低;②土壤CO2浓度在昼夜尺度下,白天高于夜晚,夏季的昼夜差值最大,冬季的昼夜差值最小,且昼夜变化滞后气温、土温变化约6 h;③洞内CO2浓度变化、洞穴水离子浓度和水化学指标在昼夜变化上具有同步性;④强降雨条件下（单场降雨量为42.2mm）,土壤水分和土壤温度能及时响应降雨变化,而土壤CO2浓度对降雨的响应滞后2 h。洞穴水、洞穴CO2浓度对降雨的响应与土壤CO2具有相似性;⑤基于月均值的土壤CO2浓度与土壤温度、土壤湿度的相关系数分别为0.67、0.031。垂直方向上,CO2浓度变化依次为土壤>洞穴>空气。昼夜尺度上,土壤CO2浓度变化滞后于气温、土壤温度变化,其原因是受上覆植被光合作用强度影响。CO2在洞穴水运移中以脱气沉积为主,补给洞内空气CO2浓度。在强降雨过程中,土壤CO2浓度变化受控土壤的温度和湿度;而在更长时间尺度上,土壤CO2浓度变化更多地受土壤温度影响,土壤湿度对其影响较小。      

短时间尺度下旅游洞穴空气环境自净能力研究——以绥阳大风洞为例

在2017年9月30日-10月9日对贵州绥阳大风洞洞内的温度、湿度、CO2浓度和洞外的温度、湿度、降雨量等指标进行为期10天的连续自动监测,并结合监测期内游客量和当地降雨情况,利用数理统计方法进行分析,结果发现:洞穴空气环境的自净能力主要取决于洞内气流交换的强弱程度,尤其是在极端天气(主要指夏秋季降雨)下,洞外温度降低,促使通风模式发生转变,进而增强了洞内外气流的交换,提高了洞穴环境的自净能力。但洞穴空气环境的自净能力是有限度的,除温度、湿度外,当游客产生的CO2浓度超过洞穴空气环境的自净能力阈值时,洞内CO2会出现累积效应;反之,洞内CO2浓度又回归至洞穴环境背景值。同时,洞穴空气环境的自净能力反应时间也会因洞腔体积、洞道结构等的不同而有所差异,大风洞1#、2#、3#监测点的自净能力反应时间分别为15 h、18 h、20 h。      

桂林市芦笛岩、大岩洞穴环境特征

对桂林市西郊的芦笛岩和大岩洞穴环境长期观测的结果表明,作为游览洞穴的芦笛岩与洞外空气交换频繁,洞穴CO2 的含量较低,温、湿度变化频繁而且幅度大。游览活动导致洞内CO2 含量显著增加,但是回落十分迅速,不会引起洞内温度、CO2 的累积效应。作为非游览洞穴的大岩与外界交换弱且缓慢,保持着相对恒定的原始环境,有较好的洞穴气候分带,空气温度、湿度比较稳定, CO2 的含量呈规律性季节变化;最近20多年来,洞内气温、湿度有明显的降低。      

Vulnerability,pressures, and protection of karst caves and their speleothems in Ha Long Bay,Vietnam

This paper presents the results of morphological and microclimatic surveys and speleothem analyses of ten karst caves located in different isles in Ha Long Bay, a famous tourist attraction in Vietnam. Characteristically, the caves have enormous entrances, roomy interiors, but short length, typical of karst caves in tropical climates. The cave microclimate was found to be significantly dependent on the outside atmosphere and human activities. There was a clear spatial variation in macro features and fabrics of speleothems from entrance (porous, microcrystalline) to rear (solid, macrocrystalline) of the caves. Microstructure analysis with the use of an environmental scanning electron microscope shows a gradual decrease of biological activity and microclimate instability from outside to the innermost parts of the caves are the causes for this spatial variation. Past and present deterioration of caves and speleothems directly due to tourist activities and vandalism has been observed. On the other hand, there are signs of speleothem regrowth in the caves where tourism has been stopped. This study has proved that caves and their speleothems in Ha Long Bay are highly dynamic and understanding of their environment requires immediate methodological attention. Based on the analytical results, it is recommended that regulation of visitor frequency and removal of lamp-flora are necessary for sustainable development of the show caves and their speleothems.     

人类和自然因素对风景旅游洞穴环境的影响研究

风景旅游洞穴的环境变化和洞穴碳酸钙景观的风化、破坏和稳定性问题已经相当严重,许多科学价值和美学价值很高的风景旅游洞穴景观因洞穴景观和环境的严重破坏而不得不关闭。因此,风景旅游洞穴的安全已引起了国内外洞穴学家、洞穴旅游管理部门以及游客的广泛关注。对洞穴环境和碳酸钙景观的安全性威胁,普遍认为旅游活动和旅游设施运行是主要的影响。综上述,人类活动和自然因素都会强烈影响风景旅游洞穴的环境变化。      

织金洞洞穴环境变化及成因分析

对比和拟合分析1989年、2011-2013年和2015-2016年织金洞内气候环境因子监测数据以及游客量数据发现:织金洞自开发初期至今,洞内CO2浓度和温度水平增高明显,增加幅度分别可达1 000 ppm和2～3 ℃,而2011-2013年与2015-2016年间CO2差值最大达465 ppm。洞内环境变化的最主要因素是旅游活动和人工光源;游客量从1985年的不足5万人增至2015年的59.457 1万人,洞内CO2浓度总体上呈现出随着时间增加而不断增高的趋势;各年份气温差距不大,但总体上仍展现出逐年降低的趋势,湿度除2011年外,差距并不明显;人工光源产生的温度与环境温度最大温差可达33 ℃,湿度和周边环境的湿度最大差值可达66.7%。      

神农宫和祥龙洞洞温季节变化特征及其对石笋氧同位素组成的可能影响

通过对江西万年县神农宫和陕西宁强县祥龙洞两个洞穴内、外温度连续19个月的同步监测以了解不同时间尺度下洞穴温度变化特征。结果显示神农宫及祥龙洞洞内温度存在明显的季节性变化:（1）神农宫夏秋季洞内温度在小时-日尺度上受到降水事件的影响显著,洞内夏秋季温度波动明显高于冬春季。祥龙洞监测点所处支洞环境相对封闭,温度波动在冬春季大于夏秋季,且全年洞温变幅小于神农宫。（2）旬—季节尺度的洞温数据显示,一个完整水文年内,神农宫两个监测点SN1、SN2的温度变幅分别达到4.8 ℃和4.6 ℃,祥龙洞达到3.2 ℃。（3）两个洞穴洞内温度响应洞外气温的变化都存在滞后性,且冬春季滞后大于夏秋季,可能受深部围岩温度相对偏高、空气和围岩热导率的季节变化以及降水季节差异的影响。最后,针对洞温存在较大季节变化的洞穴讨论了不同沉积模式下洞穴温度变化对石笋氧同位素组成18O的可能影响。认为此类洞穴某一时期石笋δ18O出现较大幅度偏正或偏负不一定反映了外界气候的大幅变化,也可能仅仅是由于洞穴沉积条件发生改变而造成的。      

Carbon dioxide in Postojna Cave (Slovenia): spatial distribution,seasonal dynamics and evaluation of plausible sources and sinks

The CO₂ concentration of the air in Postojna Cave (400–7900 ppm) is found to be induced by CO₂ sources (human respiration contributing?~?20,000–58,000 ppm per breath, outgassing of dripwater and water seeping from the vadose zone/epikarst with a pCO₂ values of 5000–29,000 ppm, and underground Pivka River having pCO₂ at 2344–4266 ppm) and CO₂ dilution (inflow of outside air with a CO₂ concentration of?~?400 ppm). Measurements show that sinking Pivka River has the lowest CO₂ concentration among plausible CO₂ sources but still continuously exceeds the surrounding cave air CO₂ concentration. During the winter months, intensive ventilation reduces the cave air CO₂ concentration to outside levels (~?400 ppm), even in the centre of the cave system. CO₂ dilution is less pronounced in summer (CO_2(min)?≈?800 ppm), since the ventilation rate is not as strong as in winter and the outside air that enters the cave through breathing holes and fractures is enriched with soil CO₂. During spring and autumn, the daily alternation of the ventilation regime with a smaller rate of air exchange results in yearly cave air CO₂ peaks of up to?~?2400 ppm. Some dead-end passages can be much less affected by ventilation, resulting in a cave air CO₂ concentration of up to 7900 ppm. The strongest diurnal CO₂ peaks due to human respiration were recorded during the spring holidays (increase of up to 1300 ppm day^?1), compared to considerably smaller summer peaks despite peak visits (increase of?~?600 ppm day^?1).     

开放洞穴环境变化特征及其影响因素:以桂林凉风洞为例

通过对桂林凉风洞洞穴内、外温湿度、pCO2进行连续高频监测,发现洞穴温度受大气度温影响呈现出季节性变化规律。由于受到洞穴结构的阻隔作用影响,洞穴由外向里的温度变化幅度逐渐变小,并且响应的时间存在季节性差异。监测数据表明:洞穴内部温度的季节性变化幅度明显低于洞外气温变化幅度。比较洞内、外温度的时间序列发现,在季节尺度上洞穴温度升温阶段滞后时间长（与外部通风的气温流动交换慢）,降温阶段滞后时间短（与外部通风的气温流动交换快,呈现突变特征）,这可能与不同季节洞穴内部结构的“缓冲作用”的强弱变化有关。该洞穴空气中pCO2存在明显的夏季高、冬季低的季节性变化特征。并且外界大气环境季节性变化和洞穴上覆动植物的季节性活动,使得洞穴pCO2主控因素也存在季节性差异。