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。     

青藏高原的大气CO_2含量、岩溶溶蚀速率及现代岩溶微地貌

青藏高原是世界上最高、最大和最年青的高原。按照气候地貌学的观点,其干燥和寒冷的气候条件不利于岩溶地貌的发育。笔者在青藏高原上已发现了广泛分布的岩溶微形态。笔者用国际通用的石灰岩圆形切片,在西藏三个不同地点进行了12年的野外溶蚀试验,揭示出青藏高原的岩溶溶蚀速率是全世界最低的,在土层中还产生沉淀现象。通过在青藏高原不同高程上测量大气中CO_2分压,发现P_(CO_2)随海拔高度的增加而降低。在土壤、沉积物和岩石裂隙中的P_(CO_2)也呈现同样的变化趋势。由于CO_2含量直接影响天然水的溶蚀能力,因此可以断定低CO_2浓度是造成青藏高原上现代岩溶过程微弱的重要原因之一。其他主要原因包括干旱和寒冷气候条件。通过对不同微地貌上溶蚀速率的计算和形态分析,可以认为,分布于高原面上的所有岩溶微形态中,现代发育的岩溶微地貌形态仅仅是那些与生物岩溶过程有关的溶痕,其他岩溶微地貌形态可能是全新世温暖期的产物。     

重庆中梁山碳酸盐岩溶蚀速率对季节的响应研究

在重庆市中梁山岩溶槽谷,选取林地、园地、耕地和菜地4种不同土地利用类型,通过野外下三叠统嘉陵江组白云质灰岩石试片的溶蚀试验分析不同土地利用方式下溶蚀速率对季节的响应关系。结果表明:不同土地利用方式将造成土壤性质发生不同的变化,进而对岩石的溶蚀速率产生明显的影响。但无论是从夏半年还是从全年来看,试片的溶蚀速率的大小变化均表现为:林地>菜地>耕地>园地。夏半年在全年的试片溶蚀作用过程中贡献较大,其绝对溶蚀量占全年比例都大于50%;除林地、菜地和园地土下50cm试片外,其余试片的夏半年溶蚀速率都大于全年溶蚀速率。究其原因,主要是由于夏半年气温高,降水量大,使土壤中CO2和水分等增加,从而有利于岩溶作用的进行      

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。     

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。     

桂林地区石灰岩表面生物岩溶溶蚀作用研究

桂林岩溶区石灰岩表面生物岩溶溶蚀形态可分为四类:(1)微溶孔,包括壳状内生地衣微溶孔和藻类微溶孔;(2)溶孔,藻类成因的口小腹大的囊袋状溶蚀;(3)溶坑,藻类、地衣、苔藓及腐殖土成因的柱状、锥状、半球状溶蚀;(4)溶盆,各类生物及腐殖土共同作用而成的壁陡底平的盆状溶蚀。经对桂林靖江王墓群石灰岩雕像上生物岩溶溶孔的粗略统计计算,本地区最大直接生物岩溶溶蚀率为17.87mm/ka,约占区域混合岩溶溶蚀率20％。      

半干旱岩溶区油松林显著促进碳酸盐岩溶蚀

植被覆盖通过促进碳酸盐岩风化吸收大气CO2, 在实现碳中和中具有重要作用, 但不同植被类型的影响强度仍不清楚。为揭示半干旱区植被类型对碳酸盐岩风化的影响规律, 以一个典型岩溶小流域为研究区, 通过系统的植被调查和野外溶蚀试片试验, 详细对比了不同植物群系的碳酸盐岩溶蚀率及其影响因素, 并探讨了不同分类层次植被的溶蚀率的差异。结果表明, 半干旱岩溶区碳酸盐岩溶蚀率在植被型组层次为森林>草地>灌丛, 在演替的早期减弱、后期促进溶蚀; 群系层次的对比发现油松(Pinus tabuliformis)林内碳酸盐岩溶蚀率最高, 是其它群系的5倍至近30倍; 不同群系对溶蚀率的影响强度的大小得以明确; 溶蚀率与土壤CO2浓度(pCO2)、土壤温度和土壤含水量任何单一因素无相关性, 而与三者匹配性有较好的对应关系, 与湿润区明显不同; 植被演替通过增强对溶蚀环境因子匹配性的调控能力, 促进碳酸盐岩的溶蚀。半干旱区油松林显著促进碳酸盐岩溶蚀, 进行群系层次的广泛对比研究可以更好揭示植被类型与碳酸盐岩溶蚀之间的关系, 为提高岩溶生态系统恢复的碳汇量提供有效指导。     

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。     

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。      

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。     

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.     

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。     

典型岩溶断陷盆地溶蚀速率对海拔高度和土地利用方式的响应

采用标准溶蚀试片法,研究典型岩溶断陷盆地内不同海拔高度区域(中山区、平坝区和河谷区)6种土地利用方式下(弃耕地、草地、灌木地、松树林地、柏树林地及其他林地)的试片溶蚀速率,并分析其影响因素.结果显示:土下0–60 cm的试片平均溶蚀速率按大小排列顺序为:松树林地((3.98±0.41)mg·cm–2·a–1)>草地((...     

重庆金佛山泉水地球化学特征及其空间分布意义

2006年7月和9月在重庆金佛山地区选取22个地下水出露的泉点.对泉水的地球化学性质进行详细调查。利用野外和实验室测量手段得到了主要阴离子和阳离子浓度与物理化学参数。分析得知:研究区泉水的水化学类型为Ca-HCO_3和Ca、Mg-HCO_3;结合地质和地貌背景把它们分为6个泉群,分别讨论各泉群的空间分布意义;估算泉水方解石(SI_C)、白云石(SI_D)和石膏(SI_G)的饱和指数,即可反映地层岩性、地形和地下水的运移时间对水质的影响,该区地下水基本上是来自大气降水的下渗.没有深部含水层的上升混合.这些泉水的地球化学特征以及它们的空间分布规律能够很好地反映区内地质状况.该研究可以为金佛山地区地下水资源的调查和环境保护提供基础数据。     

岩溶关键带植被对水循环过程的影响作用研究

随着农村能源结构的调整和多项林草植被保护政策的实施,我国西南石漠化趋势得到初步的遏制.岩溶作用过程是由水循环驱动的碳循环过程.岩溶区森林植被的水文效应,不仅促进植被自身的生长,还能进一步促进岩溶作用过程.在西南岩溶区选择了2个不同植被覆盖条件的地下水系统为研究对象,通过地下水系统降水量、地下水径流量、水化学组分和同位素组分等监测指标的对比分析,发现岩溶关键带中,森林植被对水循环过程具有明显的影响.植被通过蒸腾作用而在林区激发二次降水,使林区降水量明显增大;森林植被对强降水的截流消洪作用比较明显,在降水-径流曲线上表现为森林覆盖区降水洪峰产生比较滞后而排泄过程中退水曲线上较为平滑;森林植被对岩溶关键带地下水中无机碳的贡献比较大,并能有效的增强岩溶作用.