漓江流域河流水体离子组成特征及来源

通过2016年9月至2017年6月在漓江流域采集水样,对其主要离子进行分析,发现了漓江流域水化学主要离子的控制机制、来源及时空变化特征。结果表明,漓江流域的pH值介于6.89～7.79之间,平均值为7.34,EC变化范围在70.6～385.5us·cm~(-1)之间,平均值为228us·cm~(-1),TDS的变化范围为49.42～203.19mg·L~(-1),平均值为112.35mg·L~(-1)。阴、阳离子的浓度顺序为HCO_3~-SO_4~-2NO_3~-Cl~-,Ca~(2+)Mg~(2+)Na~+K~+,水化学类型为HCO_3-Ca型水。Ca~(2+)、Mg~(2+)和HCO_3~-的变化特征相似,总体呈现中游高,上下游低的特点,Cl~-、Na~+、K~+在中下游的浓度比上游高,季节性差异方面旱季的离子浓度一般大于雨季。离子来源分析表明,Ca~(2+)、Mg~(2+)和HCO_3~-主要来源于碳酸盐岩的风化,Na~+、K~+和Cl~-除来自岩石的风化外,循环盐对它们也有少量的贡献,NO_3~-和SO_4~(2-)也主要来自岩石的风化溶解。     

桂林潮田河Ca2+、Mg2+与HCO3-关系模型及岩溶碳汇影响因素分析

尽管大气中CO2浓度不断增加,但全球碳源与碳汇相抵后还存在遗失碳汇(missing sink).一般认为遗失碳汇主要为地质碳汇.而碳酸盐岩的溶蚀作用可在短时间内产生大量的地质碳汇,与此同时,该过程也伴随着HCO3-、Ca2+、Mg2+等离子进入水中.由于水中的Ca2+、Mg2+比HCO3-稳定,故探讨Ca2+、Mg2+与HCO3-的关系,可以间接得到影响碳汇的各种主要因素.本文通过对岩溶区3种岩性5个监测点的Ca2+、Mg2+与HCO3-数据建立关系模型发现:(1)灰岩地区Ca2+可以与HCO3-建立良好的关系模型,相关性较好,而白云岩区Ca2+、Mg2+与HCO3-的相关关系比Ca2+与HCO3-的相关关系好;总之,在岩溶动力系统下,Ca2+、Mg2+全面考虑可更好指示碳汇的去向;(2)Ca2+、Mg2+与HCO3-的关系模型可以间接说明碳汇主要影响因子;由Ca2+、Mg2+与HCO3-的关系模型可得岩溶区地表明流段,水生生物的光合作用是碳汇主要影响因子,而地下河或泉水出口处,地质作用、CO2分压可能是碳汇的主要影响因子.得出碳汇主要影响因素,为潮田河流域碳汇研究区域划分以及准确计算地质碳汇提供依据与基础.     

外源水对岩溶碳汇的影响——以桂林毛村地下河为例

以桂林毛村地下河为对象,研究了外源水对岩溶碳汇的影响。观测计算结果表明:外源水进入岩溶区后,由于内外源水相互混合,提高了岩溶水的溶蚀能力,以致DIC含量不断升高,其碳酸盐饱和指数也逐渐增加,SIc由不饱和达到饱和,增加了岩溶碳汇的通量。2010年9月至2011年3月仅以位于地下河上游的小龙背的外源水补给量和地下河出口的HCO3-浓度进行计算,岩溶碳汇通量由2.28×105g增加至2.04×106g,增加了近10倍。碳汇通量的增加固然与沿途大气降水、植被及土地利用等可能产生的CO2输入有关,但更与外源水加入形成的混合溶蚀作用有关。因此,在岩溶碳汇通量计算中外源水的影响作用不容忽视。      

岩溶系统中土壤氮肥施用对岩溶碳汇的影响

有资料显示陆地碳酸盐岩风化消耗大气CO2的碳通量与世界森林碳汇通量量级相当。但农业地区过量施用氮肥形成的硝酸对碳酸盐岩的溶解会减弱岩溶碳汇效应,其量可达到7%~38%,而适量施用氮肥在增加农作物产量的同时,能降低土壤C/N比,增加土壤微生物活性,促进有机物料分解,从而提高土壤CO2浓度,提高土下碳酸盐岩的溶解速率。因此,要从两方面分析岩溶系统中土壤氮肥施用对岩溶碳汇效应的影响。同时,岩溶区碳酸盐岩风化形成的土壤具有较高的pH值及盐基饱和度,对H+有较强的缓冲作用,可能是导致自然条件下,河流中溶解无机碳(DIC)与水体中钙、镁等离子并不守恒的原因之一,因此,运用端元法可能过高估算了硝酸对碳酸盐岩的溶解量。岩溶区土壤环境中硝化作用产生的硝酸到底多少能对碳酸盐岩产生溶蚀,并影响到岩溶碳汇效应还有待研究。应结合土壤本身的特性及河流生物地球化学过程,综合研究不同施氮水平、土壤硝化产酸及其影响下的土下碳酸盐岩溶解及碳汇效应过程,客观评价岩溶区土壤氮肥施用对岩溶碳汇的影响,并寻求适宜氮肥施用量及促进岩溶碳循环,提高岩溶碳汇效应的技术方法。      

中国西南岩溶关键带结构与物质循环特征

岩溶关键带调查研究的目标是揭示岩溶生态系统的动态平衡和演化机制,旨在为经济社会提供资源环境服务的可持续管理对策,指出在合理的人为活动下增强岩溶关键带韧性的办法及修复受损部位的有效途径。碳酸盐岩作为可溶岩,赋予了岩溶关键带在结构上及物质循环过程中的岩石圈-生物圈相互作用等方面的若干特殊性。该文以中国西南岩溶区为例,总结了诸多学者的研究成果,揭示了从桂林岩溶区到重庆武隆岩溶区,岩溶关键带发育厚度由几米逐渐增厚至1 000 m的区域差异; 岩溶关键带的垂向物质循环过程以土壤-表层岩溶带为中心环节,而在横向上则呈现“岛屿状”镶嵌分布特征,地表生态具脆弱性; 岩溶关键带碳循环过程包括岩溶碳循环和生态碳循环两部分,碳汇则由植物碳汇、土壤碳汇和岩溶碳汇组成,初步估算其碳汇通量为64.36 t/(km²·a)。     

福堂水电站震后厂房边坡锚索加固及应力监测与分析

“5·12”汶川大地震后,震区边坡稳定性受到严重破坏,出现多种破坏形式,如崩塌、滑坡、变形等等。不稳定边坡存在巨大的安全隐患,所以对边坡进行加固势在必行。预应力锚索是高边坡危害防治的主要手段,将大吨位的预应力锚索锚固于边坡体内稳固的岩层中,通过施加预应力,可抵抗边坡体深层破坏和变形。锚索预应力变化监测对于岩土锚固工程具有重要意义,它通过监控施工过程中及工后的预应力状态,检验加固工程是否达到预期效果,根据长期的监测结果对坡体稳定状态做出评价,并决定是否需要采取适当的补救措施。结合福堂水电站震后厂房边坡锚索加固及其应力监测,探讨了压力分散型锚索应力损失及变化规律,对岩土锚固工程设计、施工提供技术支持。     

论洞穴石笋结构构造转变

大量大型石笋纵剖面研究表明,石笋矿物组成有方解石、文石、文石(方解石)-方解石(文石)三种类型,三类的结构、纹(微)层和放射状构造、结构构造转变等特征类同,并存在于碳酸盐沉积石笋生长的全过程,但文石笋的细微粒针(柱)状(微粒)结构、放射状、纹(微)层构造更显著.石笋结构构造转变的主要表现是:文石转变成方解石;文石、方解石次生增大,呈现不断晶化的成晶过程.文石转变为方解石,常保留文石的针状、针柱状结构和柱状聚晶体,呈文石假象,文石次生加大仍保存其结构构造和聚晶;方解石次生增大,常保存其粒状、菱面体、偏三角面体、聚片双晶和柱状、板状聚晶.石笋结构构造转变及其晶化强度,受控于洞穴温度、湿度、滴水和凝结水对石笋的渗透、淋漓,主要受石笋含水度大的制约.组成石笋的碳酸盐沉积、组合、结晶、晶化次生增大等,结构构造的形成及其弱、中、强转变,都在常(低)温常(低)压的洞穴气候环境中进行,是自调整作用的沉积、成晶、成岩晶化过程,没有外来物质加入,因而不影响同位素分馏和古气候环境记录.石笋结构构造转变研究,对古气候环境重建与生态修复、成晶成矿理论和实践、同位素测年校正和运用都有重要意义.     

利用高精度示踪技术和大功率充电法确定地下河系统的管道分布特征——以毛村地下河系统为例

由于岩溶发育的非均一性和复杂性,确定岩溶地下河流域范围及地下河管道的位置是非常困难的。高精度示踪技术可用来确定地下河管道的连通性及地下河流域大致范围;大功率充电法能够准确定位岩溶地下河管道的平面分布特征并追踪地下河系统的管道展布方向。综合高精度示踪技术和大功率充电法等成果,并结合地下河的地表出露特征和钻探等信息进行验证,查明毛村地下河系统的地下河管网分布特征及大致流域范围,探测技术方法组合成效显著。主要成果体现:在毛村地下河系统上游,存在多个地下河管道分支,且还存在一个未被发现的地下河管道,连通各地下河分支;在地下河系统中游径流区,地下河主管道接受周围山体的补给并与次级管道、岩溶裂隙带形成复杂的地下河网状系统;在地下河系统下游排泄区,地下河管道分支呈扇形向排泄点聚集。另外,大功率充电法探测结果显示灯明泉可能是毛村地下河系统的一个分支,但是两者之间的连通性较差,在雨季或水位上涨时,两者之间的联通性可能会有所改善。      

不同地质条件下植物叶片中钙形态对比研究——以贵州茂兰为例

贵州茂兰国家级自然保护区是全球亚热带地区少有的岩溶森林区,对其进行岩溶生态系统研究具有重要意义。本文选择保护区岩溶区(石灰岩、白云岩)板寨地下河流域、非岩溶区(砂岩、页岩区)尧排流域,对不同地质条件下植物叶片中钙形态进行对比研究;采集岩溶区、非岩溶区植物品种各13种,其中岩溶区、非岩溶区特有植物品种各6种,分析其叶片中钙质总量、形态及分布部位(亚细胞组分)。结果显示:1)岩溶区植物叶片钙质含量平均为1216.82 mg/kg,比非岩溶区高出58.45%;2)岩溶区嗜钙型植物叶片中钙以果胶酸钙形态为主,其含量占总钙质量的27.91%~32.82%;而非岩溶区嫌钙型植物叶片中的钙以草酸钙形态为主,占总钙质量的33.69%~34.34%;3)岩溶区嗜钙型植物叶片中的钙主要赋存在细胞壁中,占总钙质的59.05%~66.54%,而非岩溶区嫌钙型植物叶片中的钙主要赋存在胞质中,占总钙质的36.67%~43.77%。     

岩溶区土壤有机质空间变异性分析

采用GIS和地统计学研究土壤有机质（SOM）的空间分布、影响因素和预测是指导农业生产、环境治理和土壤碳储计量的重要手段。基于广西马山县北部岩溶区表层土壤 (0~20 cm)的441个SOM数据,建立普通克里格(OK)、回归克里格（RK）,以及结合辅助变量的地理加权回归克里格(GWRK)、残差均值（MM_OK）和中值（MC_OK）均一化克里格的5种模型,并比较其预测精度,旨在探讨岩溶区SOM制图中地统计学方法的适用性。结果表明:（1）SOM的变异系数为37.30%,属于中等空间变异;（2）岩溶区SOM空间变异受土地利用方式、土壤类型和地形因子等因素共同影响,SOM高值区分布在西北部、西部和东部等石灰土分布的岩溶区和水田,低值区位于北部红水河沿岸的冲积土地带;（3）RK、GWRK、MM_OK和 MC_OK对SOM解释能力均较优,可用于岩溶区SOM预测制图。结合辅助变量因子的GWRK预测模型能有效消除空间变异因素的影响,克服岩溶区SOM含量的空间非平稳性,从而提高SOM含量模型的稳定性和精度,同时MC_OK模型能提高预测的准确度。