喀斯特洞穴滴水信息对地表环境响应研究进展

通过系统回顾国内外喀斯特洞穴滴水信息对地表环境响应的研究进展,结合全球气候变化、喀斯特环境演变与滴水理化指标的研究发展背景,把该领域的研究发展历程划分为萌芽期、缓慢发展期和高速增长期3个阶段。对滴水常规监测指标、稳定同位素及常/微量元素等指标的研究成果与认识进行了系统归纳,并对滴水响应外界大气、地表植被、洞穴上覆土壤以及洞顶基岩等4方面的研究进展进行总结。认为应当探究滴水的物质来源及其水文地球化学过程,加强对滴水信息环境指示的敏感性研究,深入认识滴水信息的环境响应机制,对洞穴系统综合环境要素开展监测等,同时指出运用滴水指标进行石漠化的相关研究比较薄弱,是未来研究的重点所在。      

基于植物多样性恢复和保护的石漠化土地整理模式——以贵州撒拉溪和花江示范区为例

本文选取贵州毕节撒拉溪与关岭-贞丰花江示范区为研究对象,通过植物多样性和土地利用调查,掌握示范区植物种类、分布状况和生长特性,土地利用状况以及土地整理程度,选育植物先锋物种,结合模式构建的理论依据和边界条件,根据石漠化土地整理工程分区治理方法,在生态型土地整理技术体系的指导下,针对两个示范区具体情况分别提出温凉喀斯特高原山地潜在-轻度石漠化土地整理与混农林业复合经营模式和干热喀斯特高原峡谷中-强度石漠化土地整理与特色经果林集约经营模式。结果表明:(1)植物多样性本底调查是基于植物多样性恢复与保护的石漠化土地整理的基础,项目实施后还应对植物多样性进行动态监测。(2)土地整理规划设计应融入生态理念,构建基于植物多样性恢复和保护的石漠化土地整理模式,有助于生态修复和重建脆弱生态环境:2011-2014年期间,毕节撒拉溪示范区植被覆盖率上升8.51%,无石漠化面积扩大22.53 hm2;关岭-贞丰花江示范区植被覆盖率上升4.47%,无石漠化面积扩大13.2 hm2。(3)模式的构建依托于技术体系,毕节撒拉溪示范区主要采用潜在-轻度石漠化人工种草与草地生态改良丰产栽培技术、以金银花(Lonicera japonica)为主的坡地植物篱保水固土技术等进行模式构建;花江示范区选取以花椒-玉米为主的林粮空间优化配置技术、以皇竹草-苜蓿草为主的草地营养优化配置技术等构建经营模式。      

洞穴滴水水文化学特征及石漠化效应--以贵州石将军洞为例

利用洞穴指标体系研究地表石漠化演变处于理论萌芽阶段.据此,通过对发育在强度石漠化条件下的石将军洞穴滴水滴率、pH值及温度进行为期1 a的动态监测,在分析其特征空间、时间变化规律基础的上,初步探索其石漠化效应.研究结果表明:受石漠化发育引起的地表植被破坏严重、土层稀薄影响,上覆顶板对水分的赋存主要靠基岩来完成,基岩愈厚,洞穴滴水滴率、pH 值与温度变率愈小,因此表现出越靠近洞口受外界影响越强烈、变幅越大的特征;同时,强度石漠化条件下,土壤中可利用的CO2较少,使得洞穴滴水pH 值显示了雨季时值较高、旱季时值较低的反常特征.     

三峡水库对大宁河沉积环境的影响——碳酸盐和常量元素含量的变化

对2006年10月采自长江巫山段一级支流大宁河河底的三根岩芯作了常量元素（K、Na、Ca、Mg）的分析。研究结果表明,沉积物中稀酸可溶相常量元素的含量能够反映沉积物的特征和来源。大宁河中—上游沉积物中碳酸盐含量平均为23%,反映岩溶地区石灰岩风化的影响;而与长江交接处的沉积物中碳酸盐含量平均为10%,显示长江主流有明显不同的沉积物来源。三峡大坝的建成蓄水,水位提高,使得碳酸盐含量低的红色粘土进入双龙镇段大宁河沉积,造成碳酸盐含量、稀酸可溶相常量元素含量急剧下降、沉积物的颜色发生显著变化。受到蓄水作用的影响,大宁河泥沙沉积速率大幅度提高,自2004年12月蓄水以来,大宁河双龙镇附近沉积物厚达10cm以上。     

贵州中西部洞穴水系与碳酸钙的稳定同位素意义

在贵州中西部四个洞穴取得水样和碳酸钙样品,其中地表水与洞穴水的δD和δ~(18)O_(SMOW)的平均值分别为-51．1‰±6．2‰和-7．48‰±0．88‰,代表了该地区的大气降水δD和δ~(18)O的平均值。一方面,尽管只是一次取样,多数洞穴滴水的δD和δ~(18)O值还是反映了地表水的同位素年平均值。而另一方面,在个别滴水点可能由于洞顶包气带很薄,能够灵敏地反应季节性雨水δD和δ~(18)O值的变化,那么,短期的滴水测量不一定反映地表水的年平均值。石将军洞的年轻鹅管δ~(13)C_(PDB)值(-1．6‰)远比织金洞(-7．00‰)的重,是由于植被覆盖率低、严重石漠化造成的,织金洞上覆植被由于受到人为的保护,恢复较好。其他洞穴碳酸钙沉积物的δ~(18)O和δ~(13)C显示,全新世时期的植被发育较好,δ~(13)C值轻;而冷干的冰期时,植被覆盖减少,δ~(13)C值偏重。因此,洞穴沉积物的δ~(13)C可以作为重建古植被和贵州喀斯特地区石漠化演变的重要依据。     

喀斯特洞穴体系元素迁移及环境指示研究进展

洞穴滴水与沉积物中的元素作为环境替代指标,在反映其物质来源以及反演古环境气候的研究中有着重要的作用,已受到国内外学者的广泛关注。本文在总结前人研究成果的基础上,概述了喀斯特洞穴体系中的元素迁移机理,重点对土壤、基岩、滴水中Ca、Mg、Sr、Ba四种元素的迁移变化机制进行了系统归纳;结合环境影响因素,分析了各元素的来源与特性,进而对滴水与沉积物中元素比值所反映的环境指示意义进行了综述。同时提出,应深入探究洞穴体系的元素迁移机制;结合洞穴环境体系的自身特点,区分元素指标在不同环境中的信息指示特征,提高沉积物中元素指示古气候环境信息的精准性;结合石漠化地表环境特征,从洞穴滴水的降雨响应研究入手,建立石漠化环境地下监测指标体系。      

中国南方喀斯特世界自然遗产拓展地环江喀斯特地貌价值及贡献

“中国南方喀斯特”是中国向联合国教科文组织世界遗产委员会分期申报的系列世界自然遗产。“中国南方喀斯特”第一期遗产地包括云南石林喀斯特、贵州荔波喀斯特和重庆武隆喀斯特;第二期提名地则包括了广西桂林喀斯特、贵州施秉喀斯特、重庆金佛山喀斯特,以及作为荔波喀斯特拓展地的广西环江喀斯特。环江喀斯特作为中国南方喀斯特荔波世界自然遗产地的拓展,对其申报论证倍受关注。新西兰Williams教授2013年考察环江时指出：“环江喀斯特作为荔波喀斯特的拓展地,无须论证其突出的普遍价值,而应关注其拓展的价值,即能为中国南方喀斯特及荔波喀斯特世界自然遗产构成作出哪些突出贡献”。然而近年来人们多注重于荔波喀斯特地貌世界遗产价值研究,环江喀斯特的世界遗产价值至今尚无人进行过相关研究。本文基于野外实测资料、研究区遥感影像图、1∶10 000地形图及1∶200 000水文地质图等工作底图,并运用ArcGIS、Erdas、AutoCAD、Photoshop等技术软件,尝试从环江喀斯特的地理地质背景、地貌特征等方面与荔波喀斯特和“中国南方喀斯特”其他片区进行对比的角度来研究环江喀斯特的地貌特征,旨在申明环江喀斯特的拓展,能为“中国南方喀斯特”世界自然遗产做出哪些实际的补充和完善,进而为“中国南方喀斯特”第二期世界自然遗产的成功申报提供科学材料。 研究结果表明,环江喀斯特作为荔波喀斯特的拓展,在“中国南方喀斯特”系列遗产中其具有以下重要价值和突出贡献： (1)环江喀斯特主体为锥状峰丛谷地喀斯特地貌,从分水岭至河谷表现出由峰丛洼地―峰丛谷地―峰林洼地―峰林谷地的有序正向演替规律。 (2)环江喀斯特与荔波喀斯特相似性体现在喀斯特演化环境、形态特征、演化过程、生物生态等方面,而这些也正是荔波喀斯特给“中国南方喀斯特”的贡献所在。 (3)环江喀斯特和荔波喀斯特联合展示了从高原到低山区逐渐过渡的一套完整的锥状喀斯特体系,例证了湿润热带－亚热带地区正在进行的锥状喀斯特地貌基本发育过程及演化规律,与此同时,由于环江喀斯特靠近古宾河而促发回春效应,形成了一套峰丛洼地更深、坡度更陡、内部地势高差更大的回春地貌,增加了锥状喀斯特回春发育方面的价值。 (4) 拓展环江喀斯特将保证荔波喀斯特在地质地貌、生物生态、自然景观等方面的完整性,不仅扩展了荔波喀斯特的面积范围,增加了荔波喀斯特森林生态系统的价值及其安全性,提升了荔波喀斯特世界遗产价值,还解决了因贵州和广西行政边界而遗留下来的荔波喀斯特南部缓冲区边界不完整的问题。 (5)在中国南方喀斯特谱系中,荔波－环江喀斯特记录了中国南方碳酸盐岩第二旋回的沉积历史,经历了东吴运动、印支运动及新构造运动对喀斯特地貌的改造过程,代表了中国南方云贵高原向桂林盆地过渡地区锥状喀斯特地貌及正在进行的锥状喀斯特地貌演化过程,其地貌特点、形成条件与高原面上的石林剑状喀斯特、云贵高原边缘的台原喀斯特、高原向低山盆地过渡的武隆天坑地缝喀斯特、施秉白云岩峡谷喀斯特和低山盆地的桂林塔状喀斯特有显著的区别,是热带亚热带地区锥状喀斯特的世界模式地。     

岩溶区地下水微生物污染特征及来源——以重庆南山老龙洞流域为例

文章选取老龙洞地下河流域10个地下水点采集样品,分析水样中的水化学指标和三种重要微生物指标,以了解城市化进程对老龙洞地下河流域水质的影响,探究该地区微生物污染的主要来源。结合岩溶区独特的水文地质条件,利用粪大肠杆菌（FC）与粪链球菌（FS）比值法,初步分析得到该地区微生物污染程度和污染来源。研究结果表明:（1）老龙洞流域地下水存在严重的微生物污染,地下水总细菌数、大肠菌群远超过国家地下水标准规定,分别是国家地下水标准规定的2.3×102～5.5×104倍、0.8×104～0.9×106倍,粪大肠菌群数量为100～4.38×106 CFU?L-1;（2）4#、6#采样点微生物污染主要来源于温血动物,1#、7#、8#采样点地下水受城市化进程的影响大;（3）微生物污染主要来源于人类粪便,同时SO42-、PO43-、NO3-含量高且与微生物污染相关性密切,说明生活污水引起的次生微生物污染较严重,2#、3#、5#、10#采样点受生活污水和禽畜粪便影响较小,属于单纯的NO3-农业污染型地下水,微生物污染较轻。      

喀斯特石漠化治理区不同土地利用方式的小气候效应

研究小气候变化对植被恢复的响应机制可为喀斯特地区石漠化综合防治提供理论依据。文章选取喀斯特高原山地和高原峡谷石漠化综合防治示范区4种土地利用类型为研究对象,通过常规的小气候监测方法,在雨季前(4月)、雨季(8月)、雨季后(12月)对4种土地利用类型的大气温度、光照强度、相对湿度、土壤温度日变化进行监测和对比分析。结果表明:（1）4种土地利用方式中,大气温度、光照强度和土壤温度均表现为石漠化裸地>农耕地>灌木林>林地,而相对湿度的变化规律则反之:林地>灌木林>农耕地>石漠化裸地,说明林地的小气候调节作用最优,而石漠化裸地最差,与其石漠化治理和植被恢复效果相对应;（2）高原峡谷的大气温度、光照强度和相对湿度在不同的季节和不同土地利用方式下都显著高于高原山地,不同土层的土壤温度是高原山地显著低于高原峡谷;（3）各土地利用方式的小气候季节差异明显,大气温度、土壤温度均为:雨季(8月)>雨季前(4月)>雨季后(12月),而光照强度、相对湿度为:雨季(8月)>雨季后(12月)>雨季前（4月),8月各小气候指标值最高,且不同土地利用方式和治理区间的差异亦最大,因此,选取8月进行小气候监测以比较各土地利用方式和治理区之间的差异要优于其他两个月份。      

洞穴水系氢氧同位素监测对重建古气候样品选择的指示意义

在贵州省中西部地区采集了地表水、织金洞和石将军洞不同年份和季节的洞穴水样进行氢氧同位素分析。结果显示该地区地表水的δDV- SMOW 和δ18OV- SMOW平均值分别为- 56. 15± 2. 46‰和- 7. 96± 0. 33‰ ,而织金洞1月、4月、9月的水样δDV- SMOW和δ18OV- SMOW平均值分别是- 53. 25‰和- 7. 96‰ , - 59.25‰和- 8. 24‰ , - 56. 89‰和- 8. 21‰ ,无论是旱季还是雨季织金洞大部分洞穴滴水的δD和δ18O值都比较接近地表降水的同位素年平均值,这说明大气降水在不同季节进入洞穴时已经受到充分混合,它们代表的是年均大气降水同位素加权平均值;而另一些滴水点(如寿星宫) ,由于其地表汇水面积小,洞厅顶部的包气带很薄,降雨能很快渗入而使其滴水能敏感地反映出季节性降雨的同位素组成。由此认为,在重建古气候时对石笋的选用切忌盲目,选择前必须进行仔细的洞穴水系稳定同位素组成调查。