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。     

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。     

典型岩溶泉主要化学成分来源及地球化学敏感性研究

为定量研究岩溶区突出的地球化学敏感性和脆弱性,引入地球化学敏感指数概念,以重庆金佛山水房泉为例,利用2016年1月至12月观测的水化学数据,对水房泉的主要化学成分来源及地球化学敏感性进行研究。结果表明,水房泉水化学类型为Ca-HCO3型和Ca-HCO3·Cl型;岩溶作用与人类活动综合影响下, HCO3- 、Cl- 和Ca2+成为研究区主要阴阳离子,Cl-主要来源于人类旅游活动造成的污染物,SO42- 主要来源于硫酸型酸雨沉降;岩溶作用的季节变化使得HCO3-、Ca2+成为敏感指数最高的阴阳离子;水房泉的宏量元素地球化学敏感性指数在旅游活动影响下,除NO3- 外均有不同程度的升高,其敏感性指数依次为HCO3- > Ca2+ >Na+ > SO42- > Cl- > NO3- =K+ >Mg2+ 。受人类活动影响,岩溶泉水化学表现的更为敏感,减少并净化人类活动污染物、增强游客环保意识等措施对岩溶泉的保护至关重要。      

亚高山不同植被类型区的雨季岩溶溶蚀速率研究

关于岩溶溶蚀速率,前人在研究中肯定了岩溶区内CO2浓度的时空变化对溶蚀速率的驱动作用,然而不同的植被条件产生的土壤理化性质差异和变化对溶蚀速率的方向和强度也具有较大的影响.通过野外溶蚀标准试片法,测试得出重庆金佛山岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域4种典型植被类型下的5个测试点的雨季绝对溶蚀量和平均面积溶蚀量.测试结果表明不同植被条件甚至同一植被类型下不同海拔下岩溶区石灰岩标准试片的溶蚀速率都存在较大差异,5个测试点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.通过测试点的土壤基本理化性质分析得出以下结论:在研究区研究时间内的降雨量、温度差异的基础上,除了土壤CO2浓度,土壤有机质也是控制金佛山两泉域岩溶速率的主要因素之一.     

典型表层岩溶泉水短时间尺度动态变化规律

通过多功能自动化监测记录仪CTDP300,对金佛山表层岩溶泉碧潭泉物理化学性质的昼夜变化过程进行了研究.短时间尺度监测表明,岩溶动力系统对环境变化比较敏感,响应及时,水的物理化学性质昼夜动态变化在不同气候条件下有不同表现.在无雨条件下,水温的变化与气温基本一致,电导率峰值区滞后温度数小时,这可能与植被从光合作用向呼吸作用转变导致大气CO₂浓度产生较大的梯度变化有关,而这种梯度十分有利于岩溶作用的进行,但由于植被覆盖和地质构造等因素的差异,滞后时间有较大不同;在暴雨期间,虽有植被和土壤的阻挡和调蓄作用,降雨对碧潭泉岩溶水还是有较强的稀释作用,但开始降雨后数小时左右,表层岩溶带高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和CO₂效应逐渐占主导地位.     

短时间尺度下岩溶泉碳汇效应研究——以重庆金佛山水房泉为例

通过对金佛山水房泉的离子含量、电导率、水位等参数进行监测,采用水化学—流量法计算出水房泉一个完整水文年的月碳汇通量。结果显示,水房泉雨季碳汇通量远大于旱季,碳汇通量最大值出现在7月,最小值出现在1月。月碳汇通量与月降雨量和月径流量之间存在很好的同步关系。水房泉HCO3-的含量受温度、降雨、流量以及表层土壤CO2等因素综合影响,且月碳汇通量的最值与HCO3-含量的最值在时间上存在很大的差异。降雨量是控制岩溶地下水碳汇通量的绝对主导因素。相比于年尺度下大流域的碳汇估算,短时间尺度下小流域的碳汇计算更加准确。另外,分析地下水流量、气候变化等因素对岩溶碳汇的影响,对于水化学—流量法的准确运用以及岩溶碳汇机制的深入研究也有十分重要的意义。     

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。     

贵州荔波岩溶峰丛区表层岩溶泉对大气降雨的响应及其指示意义

以贵州荔波岩溶峰丛区表层岩溶泉为研究对象,采集同期大气降雨和泉水样品,根据它们的δ18O值和δD值以及水量特征,分析植被-土壤-表层岩溶带的调蓄功能.根据表层岩溶泉对降雨的响应特征,将植被-土壤-表层岩溶带分为慢速流域和快速流域,两域之间存在一定的水力联系.卷积积分理论的余弦模型计算结果表明,补给水体经慢速流域调蓄后,...     

基于PCA和在线监测技术研究旅游活动对岩溶地下水水化学的影响

岩溶地下水极易遭受污染且响应迅速,单靠几次取样难以揭示这种快速的动态过程。本研究采用高分辨率在线示踪技术确定了重庆金佛山水房泉的污染源位置,利用高密度监测获取了水房泉2014-12-01至2015-03-27期间水化学信息,同时定期获取流域内的大气降水、土壤水、景区假日酒店生活用水(以下简称宾馆用水)及污水样品。结果表明:投放在假日酒店卫生间的荧光素钠在水房泉的回收率为82%,示踪剂到达水房泉的最短时间和平均时间分别为26.8 h、90.3 h;水房泉泉水(以下简称泉水)在监测前期(2014-12-01至2014-12-14)和监测后期(2015-03-05至2015-03-27)大部分水化学指标的数值接近,监测中期出现的3次较大幅度的波动,与游客高峰期契合。主成分分析(PCA)提取了能代表75.0%信息量的2个主成分,旅游活动引起的pH值、溶解氧降低及电导率、盐度、浊度、K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)、全Fe、全Mn、SiO_2、HCO_3~–、Cl~–、PO_4~(3–)的上升,对本次监测信息的贡献率为61.2%;大气降水则导致泉水流量增加、水温降低,NO–3、Al~(3+)可能受到活塞效应的影响而增加,对本次监测信息贡献率为13.8%。旅游活动是影响该时段泉水水化学特征变化的主要因素。     

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。     

Hydrochemical variations of epikarst springs in vertical climate zones: a case study in Jinfo Mountain National Nature Reserve of China

High temporal resolution (15 min) measurements of stage, pH, electric conductivity, temperature, and other hydrochemical parameters of groundwater at two sites in the Jinfo Mountain Nature Reserve of China were collected using automatic data loggers. Bitan Spring (BS 700 m a.s.l.) sits in subtropical climate zone, while Shuifang Spring (SS 2,060 m a.s.l.) is located in plateau temperate climate. The data show that hydrochemistry of epikarst springs at different altitudes is very sensitive to the changes of their physical environment, especially two factors: air temperature and soil CO₂ concentration. Springs at lower altitude are associated with higher air temperature and soil CO₂ concentration, thus more likely leading to more active karst processes than those at higher elevation. Water temperature and pH of BS showed a noticeable diurnal circle with high values in daytime and low values at night. The data also indicate that at least there are two effects that could impact the variations of groundwater hydrochemistry during flood pulse: dilution effect and CO₂ effect.     

垂直地带性岩溶生态环境特征初探——以金佛山国家自然保护区为例

由于特殊的地理环境,金佛山自然保护区的垂直地带性岩溶生态特征明显.通过研究发现,金佛山在不同海拔地质背景基础上,土壤、物种多样性和山上山下两种不同特征的岩溶动力系统.土壤分带性主要表现为：从山下向山顶依次为黄壤、暗黄壤、黄棕壤和棕壤.物种多样性主要表现为：植被种类繁多,动物类型复杂多样,是同类地区所罕见的,大大丰富了我国野生生物基因库.岩溶动力系统主要表现为：土壤CO₂和水化学特征的差异显著,从而形成了山上山下两个不同特征的岩溶动力系统,山下岩溶作用明显强于山顶.     

表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例

本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩溶水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量。计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份。水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量。泉水HCO3-含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响, HCO3-含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象。相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的。      

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。