岩溶动力系统和全球变化——为《水文地质工程地质》创刊40年而作

岩溶动力系统和全球变化①——为《水文地质工程地质》创刊４０年而作袁道先（地矿部岩溶地质研究所，桂林５４１００４）（１）全球碳循环模型问题由于ＣＯ２等温室气体对环境的影响，碳循环成了全球变化研究的核心问题之一。然而当前的研究是基于地球圈和生物圈的相互作...     

不同岩溶动力系统的碳稳定同位素和地球化学特征及其意义——以我国几个典型岩溶地区为例

结合水化学的野外观测及室内计算,作者对桂林岩溶试验场、四川黄龙风景区和贵州乌江渡坝区3个岩溶动力系统的碳稳定同位素特征进行了分析,进而对系统的性质、系统中CO_2的来源、碳酸盐沉积过程中的碳同位素动力分馏、水化学和钙华的成因及热水钙华的~(14)C测年等地球化学问题作了探讨。结果表明,桂林岩溶试验场属于表层岩溶作用动力系统,其中的侵蚀动力主要来源于大气降水溶解土壤中的CO_2;四川黄龙风景区属于深部岩溶动力系统,侵蚀动力来自大气降水溶解幔源的CO_2;贵州乌江渡坝区岩溶系统,虽然属于表层岩溶动力系统,但其中一部分的同位素和水化学特征已受到人类活动的重大影响。     

广西官村岩溶溪流中生物地球化学控制的DIC和NO3-昼夜变化研究

为了解岩溶区控制溪流中溶解无机碳(DIC)和NO_3~-昼夜变化的生物地球化学过程以及DIC和NO_3~-日变化量,于2014-07-22~2014-07-24期间,在广西壮族自治区融安县官村溪流中包括地下河出口(CK)和下游雷崖村(LY)设置两个监测点同时对水体物理化学参数以及C、N同位素(δ~(13) CDIC、δ~(15) N-NO_3~-和δ~(18) O-NO_3~-)展开了为期2d的高分辨率昼夜监测采样工作。结果发现CK点各物理化学参数没有表现出昼夜变化,但是LY点Ca2+、DIC以及PCO2表现出明显的昼夜变化规律,即白天下降夜间上升且与DO和pH表现出明显的负相关关系。相对于CK点,在白天水生光合生物光合作用导致LY点DIC下降的同时δ~(13) CDIC上升,而在夜间呼吸作用导致LY点DIC上升的同时δ~(13) CDIC下降且部分时间段要低于CK点δ~(13) CDIC值。溪流中的NH4+在监测期间基本上都在下降而NO_3~-离子在夜间和上午时间段都在上升,δ~(15) N-NO_3~-却表现出下降的趋势,且比较接近δ~(15) N-NO_3~-初始值,而NO_3~-离子在下午时间段出现下降的趋势。结果表明溪流中DIC昼夜变化主要受到水生植物的光合作用和呼吸作用控制,且通过质量平衡方程计算得知溪流中由于光合作用吸收无机碳而转为有机碳的量为0.94kgC/d,这部分有机碳可以形成相对长期稳定的自然C汇。溪流在夜间和上午时间段发生了N的硝化作用,增长量为2.08kgN/d,但在下午时间段(12:00~18:00)发生了N的同化作用,损失量为0.42kgN/d。溪流输出的NO_3~--N的量为1.66kgN/d,表明在富碳、富钙的岩溶溪流中,有利于水生光合生物的生长,促进N的同化作用的发生,从而减少溪流输出NO_3~--N的量,说明岩溶区溪流N的生物地球化学过程可能在昼夜尺度上改变水质。     

典型岩溶农业区地下水质与土地利用变化分析--以云南小江流域为例

以云南省泸西县小江典型岩溶农业流域为研究单元,利用1982和2004的地下水质数据及1982的航片和2004年的TM影像,在GIS支持下,研究其20年来的地下水质的时空变化及原因。结果表明：20年来流域地下水质在时间、空间分布上均发生较大的变化;流域耕地扩张和大量化肥、农药使用带来的非点源污染,造成地下水中的NH₄⁺、SO₄^2-、NO₃^-、NO₂^-、Cl^- 离子含量及pH值、总硬度、总碱度明显升高并超标,而林地减少或林地质量的下降,土地发生石漠化时,地下水中的Ca²⁺、HCO₃^- 浓度明显降低,同时,地下水各指标的空间变化与土地利用空间格局的变化表现出动态一致性。     

云南省岩溶水地球物理探测实践

由于岩溶发育的不均匀性,决定了岩溶水的埋藏分布也具有不均匀的特征,含水层富水性的空间差异极大。岩溶水的不均匀性给岩溶水勘查和开发工作带来了很大的困难,以至于裸露型岩溶石山区的供水勘探孔成井率仍然很低。要有效地发挥岩溶水资源的优     

不同石漠化等级的孢粉组合特征及其生态指示意义——以花江实验区为例

以贵州省关岭县南部北盘江试验示范为例,分析了不同等级石漠化土地上的表土孢粉组合特征,揭示了孢粉组合特征与石漠化等级的相互关系。结果显示:石漠化地区的孢粉组合具有鲜明的特征,乔木与灌木合占16.1%,草本与蕨类植物合占58.9%,这反映了石漠化地区以草蕨类植物为主的植被状况;孢粉组合与石漠化等级呈良好的相关性,草蕨类植物随石漠化等级的升高比重由41%增加到77.6%,种类由14种增加到27种,乔木花粉所占比重由6.9%降到2.6%,植物种类不变;孢粉组合反映出三出凤尾蕨等蕨类植物对岩溶石漠化生态环境的适应性和代表性。     

岩溶生态系统中的植物

岩溶生态系统是受岩溶环境制约的生态系统,是脆弱的生态系统,缺水、少土、富钙是岩溶生态系统无机环境的基本特征,植物与岩溶环境长期的相互作用,演化出独特的岩溶植物。岩溶植物具有喜钙性、石生性、旱生性,其多样性表现为少属科、寡种属和特有种,更有岩溶生态系统中特有的洞穴弱光带、天坑植物群落。植物是生态系统的生产者,肩负着生态系统的生产力、生态服务功能的重任,退化岩溶生态系统的修复,需要根据中国岩溶生态系统发育特色,探索发展具有仿自然特色的生态产业,走出岩溶区“绿水青山就是金山银山”的道路,完善中国岩溶生态系统理论。      

洞穴滴水、石笋中元素及元素比值对气候环境变化响应的研究进展

滴水/石笋元素是除δ18O和δ13C,研究气候环境变化的又一重要代用指标。外界气候环境变化通过改变表层岩溶带和岩溶含水层中的水文环境,甚至洞穴环境,进而影响元素的溶解、运移和沉淀过程,从而使得滴水/石笋中元素表现一定的变化规律。本文通过分析影响洞穴滴水元素及元素比值变化的因素：元素来源、水—岩相互作用和滞留时间、差异性淋滤、先期碳酸盐沉淀及分配系数的基础上,从元素对岩溶区“二元结构”和极端天气/气候事件响应的角度,探讨了滴水/石笋中元素的气候环境指示意义。取得了以下认识：① 强降水带来的冲刷作用和溶解作用,促进土壤和基岩中元素、胶体和天然有机质（NOM：Natural Organic Matter）等物质在短时间内快速溶解和运移,使滴水中元素含量增加;但随着降水增多带来的稀释作用,使得滴水/石笋中Mg,Sr和Ba等元素含量降低,因此,单一元素的解译较为复杂;② 基岩/溶液中元素溶解和沉积的差异,导致元素相对含量的变化,使得元素X/Ca值对外界环境的响应具有一致性,尤其是Mg/Ca和Sr/Ca值：在干旱条件下,降水减少导致方解石先期沉积（PCP：Prior Calcite precipitation）作用增强,使Mg/Ca和Sr/Ca值增大。但目前存在着一些问题：① Mg/Ca和Sr/Ca值变化对强降水事件的响应并不明显,可能与新、老水混合及元素溶解过程中的溶解比例差别不大有关;② 多源、多期混合水源会导致洞穴滴水元素对极端事件响应减弱;③ Mg/Ca和Sr/Ca的变化为解释δ18O的“雨量效应”及“源效应”提供了见解,但元素变化能否反映季风强度的变化,仍有待进一步的研究。基于以上认识,笔者提出开展更加系统的大气—土壤—包气带—洞穴的监测;开展更高分辨率、更长时间尺度的洞穴监测;开展多区域、多洞穴系统对比研究来更加深入地开展洞穴石笋元素研究。     

中国西南岩溶生态系统特征与石漠化综合治理对策

以贵州省为核心的中国西南岩溶区面临双重危机：生态恶劣,石漠化严重;人口贫困,全国1/3强的贫困县分布在该地区。石漠化综合治理需要从岩溶生态系统结构和运行规律出发,重点关注岩溶地下水的开发和可持续利用,水土保持和土壤改良,植被恢复和可适应性的经济植物选择,力求区域生态经济双赢、农民脱贫致富。