山区岩溶作用对土地利用方式的响应——以金佛山碧潭泉和水房泉两区岩溶系统为例

不同的土地利用方式可使土地理化性质产生一系列的变化和差异,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片实验法,对金佛山典型岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域岩溶生态系统的5种典型土地利用方式下的土壤溶蚀速率进行雨季短时间尺度变化的野外观测。2006年7月中旬开始,重庆地区罕遇43天高温无雨的特殊天气,测试结果表明不同土地利用方式甚至同一土地利用方式下不同海拔的岩溶区石灰岩试片溶蚀速率都存在较大差异,碧潭泉域雨季绝对溶蚀量仅为水房泉域的13.3%,6个测试点土下溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛、碧潭泉耕地。在研究时间内降雨量、温度和土壤CaCO3含量差异的基础上,金佛山两泉域岩溶作用主要有两个控制因素:土壤CO2浓度、土壤有机质。     

发展中的板块边界:天山-贝加尔活动构造带

不同的土地利用方式可使土地理化性质产生一系列的变化和差异,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片实验法,对金佛山典型岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域岩溶生态系统的5种典型土地利用方式下的土壤溶蚀速率进行雨季短时间尺度变化的野外观测。2006年7月中旬开始,重庆地区罕遇43天高温无雨的特殊天气,测试结果表明不同土地利用方式甚至同一土地利用方式下不同海拔的岩溶区石灰岩试片溶蚀速率都存在较大差异,碧潭泉域雨季绝对溶蚀量仅为水房泉域的13.3%,6个测试点土下溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛、碧潭泉耕地。在研究时间内降雨量、温度和土壤CaCO3含量差异的基础上,金佛山两泉域岩溶作用主要有两个控制因素:土壤CO2浓度、土壤有机质。     

不同土地利用土下溶蚀速率季节差异及其影响因素——以重庆金佛山为例

不同土地利用土壤往往具有不同的水分和CO2特征,进而影响到土下岩溶作用的强度和方向。以重庆金佛山为例,选择两个不同高程的岩溶泉流域,研究了流域内典型土地利用土壤水和土壤CO2的变化,土壤水分特征及土下溶蚀速率,并分析了土下岩溶作用的主要驱动因子。结果表明土下溶蚀作用主要发生在夏季:碧潭泉和水房泉流域不同土地利用土下雨季平均溶蚀量分别占年溶蚀量的65.5%和71.9%。进一步证实土壤CO2和土壤水的滞留时间是驱动岩溶作用的两个关键因子,土壤水传导能力可能是控制旱季土下溶蚀速率的决定性因素。     

亚高山不同海拔高程中的岩溶泉水化学特征对比研究--以重庆金佛山碧潭泉和水房泉为例

金佛山岩溶泉水化学呈现日变化和空间变化的动态特征.在时间上,碧潭泉水化学特征呈现周期性的日变化规律,而水房泉日变化规律不甚明显.由于海拨高程的影响,金佛山岩溶泉水化学变化动态对降雨直接响应的效应不同:在同一时间里,碧潭泉对降水的响应微弱;而水房泉水中的Ca 、Mg2 和HCO3-等离子浓度随降雨而上升,它主要受碳酸盐岩-水-CO2相互作用中的CO2的控制.金佛山岩溶泉水化学特征还受岩性的控制.     

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。      

垂直气候带岩溶动力系统特征研究——以重庆金佛山国家级自然保护区为例

利用CTDP300多参数自动记录仪对重庆金佛山国家级自然保护区碧潭泉和水房泉的降雨量、水位、水温、pH值、电导率进行了监测。结果表明,不同海拔高度的表层岩溶泉水化学对环境变化十分敏感,且具不同的表现形式,气温和土壤CO2浓度是引起水化学动态变化的两个重要因子。位于海拔较低的碧潭泉气温,土壤CO2浓度相对较高,岩溶作用也相对强,位于海拔较高的水房泉则相对较弱。受气温控制,前者的水温、pH表现出明显的白天高,夜间低的昼夜变化规律。降雨过程中,至少有两种效应在影响水化学性质:雨水的稀释效应和CO2效应,前者对碧潭泉水化学变化影响较大,降雨可引起泉水电导率、水温及pH的显著下降,降雨强度越大,下降速度与幅度越大,而从泉水电导率下降、pH值略有上升看,两者均对水房泉的水化学变化产生了影响。     

北方不同植被下土壤岩石试片的溶蚀速率及碳汇分析——以山西汾阳地区为例

通过山西汾阳不同植被条件下的对比溶蚀实验,并结合土壤有机碳和无机碳含量测试分析及土壤水分含量和CO2浓度野外现场测试,揭示出北方半干旱条件下的溶蚀速率特征及其影响因素,结果表明:（1）不同植被条件下的土下试片溶蚀速率差异明显,林地的地面以下溶蚀速率最大,为0.551 1 mg/(cm2?a),分别是灌丛[0.258 5 mg/(cm2?a)]和草地[0.254 7 mg/(cm2?a)]的 2.13倍和2.16倍;表明随着植被的正向演替,碳酸盐岩溶蚀速率有增加的趋势。（2）试片溶蚀速率主要受土壤有机碳、无机碳、水分控制,受土壤CO2浓度影响小;其中土壤有机碳含量、土壤水分与试片溶蚀速率呈正相关,土壤无机碳含量与试片溶蚀速率呈负相关;高浓度的无机碳使部分试片经过溶蚀后重量不减反增,造成试片溶蚀速率偏低。（3）以林地、灌丛、草地条件下试片土下平均溶蚀速率计算出研究区岩溶碳汇强度为1.815 tCO2/(km2?a),与前人根据水化学径流法计算的结果[8.69 tCO2/(km2?a) ]相比偏小。这意味着由溶蚀试片法来计算我国岩溶碳汇量可能会比实际偏小。      

混合岩溶流域碳酸盐岩溶蚀速率与岩溶碳汇——以漓江流域上游为例

碳酸盐岩矿物的化学风化速率要显著高于硅酸盐岩矿物,碳酸盐岩和硅酸盐岩混合流域中碳酸盐岩矿物风化对河流水化学的贡献占主导。为研究混合岩溶流域碳酸盐岩风化及岩溶碳汇特征,在漓江流域上游大溶江、小溶江、灵渠3个混合岩溶流域选取了24个点放置标准溶蚀试片并测试对应的土壤理化性质。基于雨季和全年试片溶蚀量和土壤理化特征,分析试片溶蚀量的主控因素及季节差异,定量评估大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度。结果表明:空中试片溶蚀量主要受控于降雨,植被会部分遮挡降雨,使试片溶蚀量显著下降,而地表和土下碳酸盐岩溶蚀受降雨和水文过程共同控制;雨季碳酸盐岩溶蚀更快,空中试片溶蚀量主要受控于降雨,而地表和土下试片主要受控于土壤水分的变化;基于溶蚀试片法,大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度分别为0.75、0.30和2.92 tC?km-2 ?yr-1。      

夏季不同土地利用方式下的溶蚀作用研究——以重庆青木关岩溶槽谷区为例

土壤理化性质会随土地利用方式的不同而产生一系列的变化,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片法,测得重庆青木关典型岩溶槽谷区6种典型土地利用方式下6个测试点夏季绝对溶蚀量和单位面积溶蚀量。结果表明,不同土地利用方式土下溶蚀速率存在显著差异,旱地>退耕林>水田>杉竹混交林>荒草地>竹林。对不同土地利用方式的不同层位溶蚀量进行统计发现:溶蚀速率基本上随深度增加而增大,但差别不大。但同一土地利用方式不同层位之间溶蚀量存在明显差别,差别最大点出现在荒草地,其壤中-20cm处溶蚀量是其表层的4.23倍。另外,各点壤中CO2含量随深度增加而增大,与溶蚀速率的变化总趋势有较好的对应关系。而土壤有机质则均随深度的增加而减少,与溶蚀速率变化总趋势相反,但与地表溶蚀速率基本成正相关。故认为有机质含量对溶蚀速率的作用机制较为复杂。      

土壤环境因子对土下岩溶溶蚀速率的影响——以重庆金佛山国家自然保护区为例

通过野外溶蚀试片和测量土壤CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量的方法,探讨不同土地利用方式下土壤环境因子及其相互耦合对岩溶溶蚀速率的影响。研究结果表明,金佛山国家自然保护区不同土地利用方式下的平均溶蚀速率差异显著,总体表现为:竹林地>林地>草地>灌丛地>灌草丛地。不同土地利用方式下的土壤pH值与溶蚀速率呈很好的负相关,土壤水分含量、孔隙度与溶蚀速率呈正相关。山顶岩溶作用明显强于山下,这与重庆市百年一遇的大旱不无关系。土壤环境中CO2浓度、水分、孔隙度、pH值和有机质含量影响着岩溶溶蚀速率,同时这些土壤环境相互耦合也影响着岩溶溶蚀速率。     

Impact of land use covers upon karst processes in a typical Fengcong depression system of Nongla, Guangxi, China

The direction and intensity of karst processes can be deeply affected by soil physical and chemical variations which were resulted from land use. Taking Nongla Fengcong depression area, Mashan County, Guangxi as an example, authors discussed the impact of land use on karst processes based on the data of field limestone tablet. The results showed that the corrosional rates at varied soil depth are quite different. Corrosional rate in woodland and orchard is mostly bigger than 20 mg/a, which is much higher than that in tilled land and shrub. Generally, corrosional rate decreased from orchard, woodland, tilled land, fallow land and shrub successively, in which soil organic matter (OM) and soil pH are two major controlling factors: corrosion process is controlled remarkably by soil OM in woodland and orchard. The higher the organic matter content is and the less the pH value is, the higher the corrosional rate is. Owing to lower organic matter content, the corrosional rate is mainly affected by soil CO₂ in tilled land and shrub.     

西南岩溶地区植被喀斯特效应

西南岩溶地区是我国主要岩溶带之一，也是世界岩溶研究重点地区，区内因人口众多，植被破坏严重，部分地区因人为作用已经产生一系列的环境问题，本文从岩溶地区植被演替规律出发，针对不同植被生态条件，通过对比不同表层岩溶泉的水化学特征和表层土壤空气CO2（g)（表示呀以气相形式存在）的含量，分析了植被在岩溶区，特别在表层岩溶带的喀斯特效应，由此，一方面可以推动岩溶研究的进一步发展；另一方面可以提高人们的岩溶环境保护意识，从而为西南地区生态恢复提供基础资料。     

Modeling hydrological responses of karst spring to storm events: example of the Shuifang spring (Jinfo Mt., Chongqing,China)

Reproduction of hydrographs at karst springs has been an approach of understanding the karst aquifer, which normally acts as drains for the groundwater flow. However, its numerical modeling is difficult since factors for the internal geometry and connectedness are unknown and hard to quantify. Hydrographs of the karst aquifer with well-developed conduits in Shuifang spring catchment were obtained from the automatic gauging station at the spring orifice. Data as to the conduit system were also obtained based on results and analyses of tracer tests. With these data, the hydrological responses of Shuifang spring to storm events were simulated by storm water management model (SWMM) developed by USA EPA (Environmental Protection Agency). Nash–Sutcliffe efficiencies are used to compare the computed flow to the observed, which are 0.95 and 0.92 for calibration and validation. SWMM was verified and applicable in karst conduit drainage system. The model illustrated correctly quick recharge through conduits and slow and low inflow from the fissured aquifer matrix. The SCS-CN (soil conservation service-curve number) infiltration method was used for computation of losses and runoff. Field tests indicated that permeability was extremely high but different in karst area, which was less sensitive to the computed runoff when exceeded the common value provided by SWMM. Therefore, an improved quantitative infiltration model for karst area will make SWMM possible to be a useful tool for assessing and reproducing spring hydrographs.     

岩溶水系统的水化学曲线及其在水文地质研究中的应用

为了认识水文地质条件与岩溶泉水化学之间的关系,以西南地区的6个典型岩溶水系统丫吉试验场S31号泉、毛村地下河、官村地下河、陈旗岩溶泉、青木关地下河以及金佛山水房泉为例进行研究。通过对比发现,在这些强烈非均质的山区裸露型岩溶水系统中,仪器能够实现自动化监测的电导率、温度和pH值等指标的水化学曲线存在差异。分析可知控制水化学变化的主要因素如下:首先是降雨补给引起系统的水量与碳酸盐岩溶解过程的变化;其次是CO₂气体随降雨进入含水层,促进碳酸盐岩的溶解;最后是地表污染物的淋滤。当电导率、水温、pH曲线出现降低和碳酸盐岩矿物饱和指数下降时,反映的是岩溶水的稀释作用;当电导率曲线出现高峰时,反映的是岩溶水补给的CO₂效应,此时水中二氧化碳分压(p_CO2)升高;当场雨中水化学曲线的变化滞后于水文动态曲线时,反映的是岩溶管道的活塞流效应;与人类活动有关的NO₃^-等污染物质量浓度在降雨后出现高峰,反映土壤的降雨淋滤作用,并可能影响电导率的变化趋势。某个系统的水化学曲线趋向于经常出现某几种效应,并且彼此的类型不同,表明了降雨补给的面状渗流方式和集中灌入方式对岩溶水影响的强弱不同,以及系统在径流方式和调蓄机制上的差异。一般而言:以面状补给方式为主的系统,水化学曲线多表现为CO₂效应,较少出现稀释作用;而岩溶发育强烈的系统,降雨补给受控于溶蚀裂隙和管道,其水化学曲线较多出现稀释作用,较少出现CO₂效应;以管道为主要径流方式的系统易出现活塞流效应,而包气带厚度大和含水层储水能力强的系统水化学变化被减弱。     

湿润亚热带典型白云岩区不同土地利用的土壤CO2浓度特征及其影响因素

以中国南方岩溶施秉世界自然遗产地杉木河流域的子流域——黄洲河岩溶小流域为研究区,对3种不同利用方式土地（林地、旱地、水田）中的土壤CO2浓度进行为期一年的观测,并采集土壤样品,分析其理化性质。结果显示:（1）不同土地利用方式下土壤CO2的年平均浓度为:水田（21 008×10-6）>林地（9 038×10-6）>旱地（5 660×10-6）;（2）一年中林地与旱地的土壤CO2月浓度曲线与月均气温曲线的变化形态具有相似性,年变化规律总体上表现一致:1-7月土壤CO2浓度逐渐升高,8月浓度达到峰值,分别为16 157×10-6和13 458×10-6;（3）水田土壤CO2浓度在1-3月逐渐下降,3月出现最低值11 727×10-6,3-12月逐渐升高,8月开始波动升高,在10月达到峰值（29 993×10-6）;（4）白云岩区土壤CO2浓度有显著的季节变化规律（夏秋高、冬春低）;（5）气温、降雨对林地和旱地土壤CO2浓度有显著影响,而对水田土壤CO2浓度影响不显著;（6）土壤有机碳含量的差异对土壤CO2浓度有一定影响,且土壤pH增高,其土壤CO2浓度也随之增大。      

湘西洛塔表层岩溶泉的生态环境类型及水文特征

岩溶石山区表层岩溶带的调蓄功能可有效控制石漠化的加剧并为严重缺水地区提供饮用水。文章以湖南洛塔为例,在大量的野外调查基础上,通过对洛塔岩溶区表层岩溶系统生态环境与表层岩溶泉水文特征的对比研究,按生态环境属性将表层岩溶泉分为三种主要类型:森林环境表层岩溶泉、石漠化环境表层岩溶泉及石漠化-森林过渡环境表层岩溶泉。详细论述上述三种表层岩溶泉的发育条件与水文特征:森林环境表层岩溶泉具有持续稳定的水文动态与流量;石漠化环境表层岩溶泉流量与降雨量相对应,动态极不稳定;石漠化与森林过渡环境表层岩溶泉流量排泄峰值具有随泉域植被覆盖率增加而缓和的趋势。按照环境类型对表层岩溶泉进行分类,可直观地显示其特殊的水文特征,有助于岩溶泉的合理开发和综合利用。