桂林凉风洞洞穴系统垂向碳迁移特征及其影响因素

2017年11月至2018年11月,以桂林毛村凉风洞为研究对象,进行大气环境和洞穴环境野外监测,同时在洞穴上覆土壤30 cm和60 cm处开展试片溶蚀实验,并在洞穴内部进行试片溶蚀和滴水脱气监测,以测定垂向碳迁移主要过程中的CO2浓度和δ13C-CO2值。结果表明:（1）“大气—土壤—洞穴”垂向碳迁移系统能够与洞穴通风一起影响洞穴系统内部的CO2分布模式。洞口通风方向的转变取决于洞内温度与外界温度的差异,少雨的11月中旬到次年3月初通风方向为从洞外到洞内,此时垂向碳迁移能力弱,洞内CO2的分布由洞口通风主导;3月初至9月中旬,洞内外温差逐渐过渡并反转,洞口通风方向为从内向外,且降雨强度大,垂向碳迁移活跃并主导洞内CO2分布;（2）岩溶关键带土壤呼吸的强度决定了垂向碳迁移系统可迁移的碳量,洞内CO2分布的季节性变异本质上是外界环境在垂向碳迁移系统和洞穴模式上的响应;（3）洞穴上覆碳酸盐岩土下溶蚀实验表明土下溶蚀可削弱土壤碳源作用。土壤30 cm和60 cm处碳酸盐岩溶蚀速率分别为:0.48 mol?m-2?a-1和0.96 mol?m-2?a-1,而洞穴第一洞厅监测点的碳酸盐岩脱气速率为49.35 mol?m-2?a-1、第二洞厅内为9.07 mol?m-2?a-1,由垂向碳迁移系统运移到洞穴内部的溶解了土壤CO2的滴水脱气作用显著。      

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。      

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。      

桂林凉风洞洞穴空气及滴水水化学对区域环境的响应

针对广西桂林凉风洞洞穴空气（CO2、δ13CCO2）和滴水的物理、化学指标（水温、电导率、pH、Ca2+、HCO3-）开展一年监测。结果表明:受到洞穴上覆土壤层CO2的影响,洞穴空气CO2和δ13CCO2分别呈现出明显夏季高、偏轻,冬季低、偏重的季节性变化规律;各个监测点CO2和δ13CCO2存在差异的主要因为是受到洞穴内部结构的阻隔作用,以及土壤层CO2在岩溶表层带不同滞留时间的影响,但是δ13CCO2变化相对于CO2对于外界环境的响应更加灵敏,且不同季节洞穴的通风模式差异使得洞穴空气CO2影响因素存在差异,夏季土壤CO2为主要影响因素、冬季大气CO2为主要影响因素。与此同时,洞穴滴水水化学指标也均表现出明显季节性变化特征。虽然雨季携带进入管道或裂隙的CO2增加,但是与表层岩溶带“老水”混合使其整体上呈现为缓慢上升。桂林地区季节性干旱使得洞穴顶部入渗水补给量减少,导致对围岩的溶解量相对降低,使其成为水化学指标快速下降的主要影响因素。此外,每个滴水点的水化学指标变幅因其径流路径的不同存在差异。      

桂林水南洞洞穴沉积物的古地磁记录及其古环境意义

通过对桂林水南洞2.5m厚的洞穴沉积物剖面的古地磁初步研究,其结果及地质证据表明该沉积剖面形成期可能与贾拉米洛正向期对应。根据磁化率、磁性矿物的特征和沉积学特征,对该地区这一地质时期的古环境变化提出以下认识:1.第三暖湿期,以钙华沉积为特征;2.第二干冷期,以含有少量钙质的黄褐色粘土为特征,并以含有高矫顽磁性矿物和低磁化率为特征;3.第二暖湿期,以互层的红褐色粘土、含高含量钙质的粘土或钙华为特征,并以含有低矫顽磁性矿物和高磁化率为特征;4.第一干冷期,以褐灰色粘土为特征,并以含有高矫顽磁性矿物和低磁化率为特征;5.第一暖湿期,以地下河沉积相(砂卵石为主)为特征。      

岩溶洞穴滴水CO2季节变化特征及来源分析——以大风洞为例

为探究白云岩洞穴滴水中CO2来源及变化特征,以贵州省绥阳双河洞洞穴系统中的大风洞为研究对象,对洞穴空气CO2浓度（pCO2（c））、洞穴上覆土壤CO2浓度（pCO2（soil））、洞穴滴水CO2分压（pCO2（w））、以及洞穴滴水水化学环境进行了为期15个月（2016年1月-2017年3月）的监测、采样和室内实验分析,运用统计分析方法对各监测指标进行主成分分析。结果表明:（1）pCO2（w）、pCO2（c）具有明显的季节性变化特征,表现为雨季>旱季。pCO2（soil）受降雨、洞穴通风效应的影响,季节性波动较大,是洞穴pCO2（w）的重要来源;（2）深层岩溶作用中渗透水在流经洞穴上覆表层岩溶带发生的水-岩相互作用及其产生的水化学环境,特别是变化,是影响pCO2（w）的主要因素之一,对pCO2（w）具有重要贡献;（3）运用主成分分析法（PCA）得出各因素对洞穴滴水的相对方差贡献率依次为:HCO3- >pCO2（s）>Soil 1#>pCO2（w）>Soil 2#。各因子对pCO2（w）的贡献率依次为:地表深层岩溶作用>洞穴上覆土壤空气环境>洞穴空气环境;（4）pCO2（w）来源概念模型表明,雨季时,降雨量大,土壤水下渗快,地下水得到充分补充,但停滞时间较短,在渗流带中与围岩反应不充分,PCP过程较弱,对pCO2（w）影响较大;旱季则相反。研究结果对洞穴石笋、石钟乳沉积物的保护具有一定意义,对洞穴旅游开发、管理及岩溶碳循环研究具有重要意义。      

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。     

湖北清江和尚洞洞穴温度对气候变化的响应

对湖北清江流域和尚洞内、洞外气温进行同步高频监测,发现洞穴温度响应洞外气温的变化,但由于受到洞穴的“缓冲作用” ,由外及里的温度变化幅度变小,时间滞后,且响应的快慢具有明显的季节性。2003- 2008年度监测的数据统计表明,在150m 洞深处,洞内日温度的变化幅度仅0. 2℃ ,明显低于洞外气温变化幅度( 6. 9℃ ) ;同样,洞内夏、冬季节温差变化( 6. 9℃ )也小于洞外( 31. 8℃ )。比较洞内外温度的时间序列,发现日尺度上,洞内气温滞后洞外0～ 2小时,而在季节尺度上则滞后10～ 40天,其中降温阶段滞后小,升温阶段滞后大。此外,一年四季中,洞内温度对外界气温变化的响应呈现慢( 2- 4月)→快( 5- 7月)→较快( 8- 10月)→较慢( 11- 1月)的特点,可能与不同季节下洞穴“缓冲作用”的强弱变化有关。      

浙江桐庐瑶琳洞洞穴气候特征及其分析

本文通过对瑶琳洞洞穴气候考察资料的分析,初步揭示了该洞开洞前后洞内气温、湿度和气流(风)等气象要素的时空分布特征及变化规律,并对其成因进行了探讨。同时指出,由于洞穴的开发,其内部条件的改变和人为作用对洞穴气候的变化也会产生一定的影响。      

岩溶洞穴水理化性质特征及其环境意义——以贵州织金洞为例

为揭示洞穴水地球化学特征的动态变化特征、控制因素及其环境意义,从2015年1月至2015年6月对贵州织金洞洞穴水的水化学指标进行了为期6个月的动态监测,结果表明:①织金洞洞穴水的水化学类型主要为HCO3--Ca2+-Mg2+型水,阴离子中HCO3-占84.5%以上,阳离子中Ca2+、Mg2+为优势离子;②洞穴滴水 EC、Ca2+、 Mg2+、HCO3-、SO42-浓度均大于石灰岩石裂隙水、池水相应的浓度;③洞穴水滴率、滴量、Ca2+、HCO3-以及Ca2+/HCO3-比值对气候有一定的响应,其地球化学指标具有显著的季节效应;④洞穴滴水中的EC与Ca2+离子浓度呈显著线性关系。      

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。      

基于岩溶洞穴旅游活动中洞穴环境因子的研究

随着人们生活水平的不断提高,岩溶洞穴旅游活动日益频繁,使得对洞穴环境的综合研究以及洞穴旅游管理变得尤为重要。通过调研国内外岩溶洞穴旅游管理的现状,结合岩溶洞穴环境的研究成果,综合分析岩溶洞穴环境因子,如温度、相对湿度、洞穴CO2浓度等,对岩溶景观的影响,探讨溶洞环境的自净能力以及景观保护与修复措施等问题;针对目前岩溶洞穴旅游开发的有限空间与无序客流的矛盾,提出了合理调控洞穴旅游客流量,增强洞穴旅游景观资源保护意识,从地学、旅游、环境以及健康等角度评估和开发洞穴,使旅游活动对环境因子的影响限制在可控范围,实现洞穴旅游的可持续发展。     

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%。      

桂林硝盐洞洞穴滴水示踪及气候环境意义研究

洞穴滴水对大气降水的滞留时间的研究是准确解译洞穴沉积物气候环境代用指标的重要内容。由于研究尺度和技术手段的差异,目前对滞留时间的研究重视程度仍不够。基于此引入水文地质领域成熟的示踪方法,对桂林丫吉硝盐洞滴水对大气降水响应时间进行了连续高分辨率的研究。利用野外自动化荧光仪和荧光示踪剂,实现了滴水的自动化示踪研究,节省了人力物力且提高了分辨率。通过两次示踪试验,确定了桂林丫吉硝盐洞滴水雨季对大气降水的响应时间小于48h,一些强降雨事件,滞留时间甚至小于4h。发现滴水的温度变化可以作为高分辨率监测时大气降水形成径流的示踪剂。对于桂林丫吉硝盐洞XY5常年性滴水点,雨季日降雨强度大于16.3mm就可以形成径流,并被监测到。XY5滴水点主要存在两个水源补给,常年的基流补给和大气降水的快速补给。这些认识对洞穴滴水监测和洞穴沉积物古气候环境重建有着很好的借鉴意义。     

溶洞穴滴水元素季节变化及其气候指示意义研究—以贵州省麻黄洞为例

为揭示岩溶洞穴滴水元素季节变化特征及其对外界气候环境变化的响应关系,对贵州绥阳双河洞系支洞麻黄洞内3处滴水的Mg、Ca、Sr元素进行了为期13个月的监测。结果显示:(1)3个滴水点M1、M2和M3的水化学类型主要为HCO3·Ca型,岩溶水对于方解石与白云石等矿物的溶解处于饱和状态;(2)上覆土壤和岩层厚度逐渐增加,导致水-土-岩作用时间也随之增加;(3)Ca^2+、Mg^2+、Sr^2+浓度变化总体上呈逐级递增的特点,各离子浓度在高温多雨季节波动幅度大,低温少雨季节变化平稳;(4)Mg/Ca、Sr/Ca均表现出雨季低、旱季高的特征,反映该地区外界干湿条件的变化;(5)由模型模拟显示,3个滴水点皆以PCP/ICD作用为主,M1对降雨响应不敏感,M2滴率与离子浓度呈雨季高、旱季低的变化规律,M3位于洞穴最深、顶板最厚处,滴率与离子浓度无显著季节变化特征。结合各滴水点洞穴环境变化规律,推断M2更能准确响应外界气候环境变化。     

重庆芙蓉洞洞穴水DIC-δ13C的变化特征及影响因素

为了研究芙蓉洞滴水和池水中溶解无机碳碳同位素(DIC-δ13C)的变化特征、影响因素及其气候环境指示意义,于2013年5月-2014年5月对芙蓉洞进行了洞穴监测.结果显示芙蓉洞山体土壤CO2浓度和洞内空气CO2浓度均表现出明显的季节变化特征,夏半年浓度偏高,冬半年浓度偏低,受温度和降水量的共同影响.芙蓉洞5个滴水点的DIC-δ13C平均值为-8.98‰,两个池水点的DIC-δ13C平均值为-6.98‰,池水的DIC-δ13C比滴水的重2‰.对应2013年7月的干旱气候,洞穴水DIC-δ13C在10月相应出现明显偏重值,偏轻的DIC-δ13C值则是对湿润气候的滞后响应.洞穴水的DIC-δ13C变化对地表气候的响应具有明显的滞后期.洞穴水DIC-δ13C主要受土壤CO2的影响,基岩溶解作用、包气带的开放性等因素也会对洞穴水DIC-δ13C造成一定的影响.研究结果表明在短时间尺度上,洞穴水DIC-δ13C变化响应了当地降水量以及地表湿润状况的变化.     

岩溶洞穴内气候环境因子关系分析——以贵州省织金洞为例

织金洞为旅游洞穴,且洞内竖井以及裂隙较多,洞内封闭环境较差,因此随着洞外大气环境的变化和游客量的波动,存在夏秋两季洞内CO2浓度、湿度均高于冬春两季的现象。2015年1月至2016年1月经对织金洞内CO2浓度、气压、气温、湿度等气候环境数据进行相关性统计分析得出:夏秋两季气温与CO2浓度呈现负相关,相关系数r分别为-0.728 76和-0.656 16,冬春两季则呈正相关,两季CO2浓度与气温的相关系数r分别达0.854 52和0.938 46;洞内气候环境因子除湿度与温度的关系外,各环境因子间在SINE函数基础上拟合度较高,拟合度大部分处于0.6～0.8之间。洞内各气候环境因子的关系,经分析认为可能由于洞内外气流交换状况的季节性变化以及外界大气降水、洞内水量、上覆土壤CO2、游客量、照明设施等因素共同影响所致。      

喀斯特洞穴康养适宜性评价——以贵州红果树景区天缘洞为例

被誉为“空气维生素”的空气负离子具有调节神经中枢、促进新陈代谢等生物效应,有益于人体身心健康;同时负离子还具有抑菌、杀菌的作用,在喀斯特洞穴中负离子含量高,也造就了洞内洁净的空气。喀斯特洞穴康养就是依托于洞穴环境与小气候而开展的疗养、康体、休闲等一系列有益身心健康的活动。本文采用指数分析法,从人体感受与环境卫生学角度选取人体气候舒适度指数、空气清洁度指数和空气负离子富含度指数构建喀斯特洞穴康养功能指数（CRFI）并以贵州红果树景区天缘洞为实例,来评价喀斯特洞穴的康养适宜性。通过层次分析法确定三个指标权重分别为0.142、0.286、0.572。根据2017年8月至2018年7月的洞穴环境连续监测数据发现,天缘洞洞内氡浓度年均为610.26 Bq.m-3,洞内CO2浓度年均521.900 ×10-6,符合国际辐射安全要求,满足洞穴康养开展的前提条件;洞内年均温为14 ℃,相对湿度大,人体气候舒适度相对较低;洞内正负离子含量在时间与空间上都存在较大幅度的变化,负离子浓度空间分布规律存在以TY-4地下湖为中心向洞口方向逐渐递减趋势,天缘洞4-9月全洞段空气负离子含量较高,空气清洁度指数均高于1.00,属于最清洁空气,极有利于人体健康。天缘洞全年的洞穴康养功能指数显示天缘洞最佳洞穴康养时间为5月与9月,最佳康养地点位于TY-4地下湖附近,仅有12月与1月不适宜开展洞穴康养活动。      

岩溶洞穴现代沉积间断的影响因素研究--以河南鸡冠洞为例

岩溶洞穴次生沉积物--石笋因其独有的高精度测年和高分辨率记录的优势已越来越成为过去全球变化研究中重要的支柱。进行洞穴碳酸盐沉积机理研究对于理解石笋沉积速率,结晶形态、准确解译气候替代指标和现代洞穴合理保护具有重要意义。以我国南北交汇带亚洲季风敏感区河南鸡冠洞为例,通过对2010-2015年连续6个水文年对鸡冠洞滴水和碳酸盐沉积的监测发现:①洞内滴水水化学指标与沉积速率表现出很好的一致性,雨季大气降水增加,气温升高,生物活动加强,土壤CO₂含量增加,滴水滴速、Ca2+、HCO₃-、电导率（EC）和沉积速率同时增加,旱季反之;洞内CO₂对方解石沉积的抑制作用被滴水饱和度掩盖。②受2012-2013年年降雨量显著减少的影响,水岩作用减弱,2014年滴水饱和度降至最低,出现为期一年的沉积间断,直至2014年下半年降水增加,于11月重新接收到方解石沉积。③自2013年下半年开始,受人为淋滤洞穴影响,滴水NO₃-上升数十倍,模拟实验显示其对CaCO₃溶解的能力较之前提高约60%,表明NO₃-对方解石沉积存在抑制作用,这可能是个别月份滴水饱和度高却没有回收到CaCO₃沉积的原因,建议景区在进行补水的同时要考虑水质对岩溶作用的影响。