高分辨率降水氧氘同位素变化及洞穴水响应:以河南鸡冠洞为例

大气降水稳定同位素受温度、雨量、海拔高程、水汽源等多种因素控制,进而影响洞穴水及沉积物的同位素变化.为了更好地认识我国南北交汇带季风敏感区洞穴水对降水的响应过程,本研究分析了2015年8月4~6日河南栾川县鸡冠洞强降雨和洞内4处地下水点样品,并结合2009~2015年栾川地区近6年大气降水氧氘同位素数据研究发现:1采用HYSPLIT模型可以将鸡冠洞强降雨划分为不同水汽来源的2个阶段:高空来自南中国海的水汽以及近地面来自内陆局地蒸发的水汽,并且可以记录在单场降雨期间雨水的δ~(18)O变化特征上.2近地面来自内陆局地蒸发水汽的蒸发过程一定程度上掩盖了温度效应,并使局地大气降水线的斜率、截距和雨水过量氘均减小.3此次降雨期间鸡冠洞洞穴滴水δ~(18)O特征主要响应夏季风海源水汽的降水;鸡冠洞洞穴滴水对降雨响应最快,间隔时间约为3 h,滴水δ~(18)O随滴率升高变重,之后缓慢变轻;地下河具有相似的模式,稍有滞后;靠近洞口的池水反映出不同阶段的雨水δ~(18)O变化的差异.     

岩溶关键带微量元素运移的时空变化:以豫西鸡冠洞为例

为探索岩溶关键带元素运移时空变化特征及过程,自2009年10月至2015年5月对我国北方典型岩溶关键带——河南西部鸡冠洞相互作用带中各组分(大气降水、土壤、基岩、洞穴滴水、洞穴现代沉积物)进行了连续定点监测及取样分析,共获得650个实验数据.对比了Ca、Mg、Ba、Sr、δ~(13)C及元素比值在不同组分中的变化情况及运移规律.结果表明:(1)土壤与基岩是滴水的主要物质来源,Mg、Ba、Sr符合"土壤-基岩"二元物源模型,但各自所占比例并不相同.(2)在空间上,洞穴系统相互作用带中各元素迁移相互联系.滴水继承了土壤及基岩的信号,现代沉积物又能延续滴水各元素的信息.元素在土壤纵剖面中表现出了明显的淋溶和淀积作用,最下层土壤较好地继承了基岩中微量元素的信息.(3)在时间上,洞穴系统相互作用带中各元素迁移复杂多变.土壤及滴水受降水淋滤作用影响皆表现明显的季节差异,然在岩溶水运移路径、PCP作用、极端干旱和年降水雨型的影响下,滴水元素浓度旱、雨季差异明显较土壤小.而PCP作用及元素选择性淋滤等因素又改变了沉积物中元素对滴水元素的延续特性.     

滇东主要断裂带温泉CO_2成因浅析

通过对滇东主要断裂带上典型温泉的地质背景、环境条件、水化学及碳、氦稳定同位素分析,探讨这些温泉CO2释放的一般规律。分析表明滇东主要断裂带温泉具有特殊的碳来源,其CO2释放与沿小江断裂混杂第三纪煤层(褐煤)有关。     

河南鸡冠洞洞穴水对极端气候的响应及其控制因素研究

为揭示洞穴水地球化学动态的变化特征及其控制因素,从2009年10月至2013年12月对黄土高原东南缘河南西部栾川县鸡冠洞洞穴水的水化学指标进行了4个完整水文年的动态监测.结果表明:1鸡冠洞洞穴水的化学类型主要是HCO-3-Ca2+-Mg2+和HCO-3-Mg2+-Ca2+型,阴离子中HCO-3占80%以上,阳离子中Ca2+、Mg2+是优势离子,地下河常年处于溶蚀状态,池水、滴水处于沉积状态.2鸡冠洞洞穴滴水、池水可以很好地响应外部气候环境的变化,其地球化学指标具有显著的季节效应.3Ca2+、Mg2+、SO2-4能够敏感地响应极端气候事件引起的年际降水量变化,Ca2+、Mg2+、SO2-4浓度洪涝年升高,干旱年降低.HCO-3主要受CO2浓度控制,对极端气候事件响应不明显.4鸡冠洞地下河中Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4浓度波动幅度较小,且无明显的季节变化规律.对2010年和2013年的极端降水事件响应不明显.     

西南岩溶区土地利用变化对团聚体稳定性及其有机碳的影响

土壤团聚体稳定性与团聚体有机碳的关系及其对土地利用变化的响应研究,对西南岩溶区估算土壤碳汇潜力、改善石漠化问题和土地利用管理有重要意义.为探究西南岩溶区土地利用方式变化对土壤团聚体组分、稳定性及团聚体有机碳含量的影响,选取次生林、柚子林、水田、花椒林和旱地这5种典型土地利用方式下0~30 cm的土壤为研究对象,分析了不同土地利用方式下土壤团聚体组分及其有机碳含量的变化规律,揭示了土壤团聚体组分与团聚体有机碳含量之间的关系,探讨了土地利用方式变化后土壤团聚体对有机碳含量变化的贡献.结果表明,次生林、柚子林和水田表层（0~15 cm）土壤中大团聚体的含量分别为63.32%、52.38%和47.77%,显著高于旱地（23.70%）,下层（15~30 cm）土壤趋势相同;次生林、柚子林和水田土壤团聚体的几何平均直径（GMD）和平均质量直径（MWD）显著高于旱地.表层土壤中,次生林和水田的有机碳含量显著高于其他土地利用方式,下层土壤中,只有水田的有机碳含量显著高于其他.各土地利用方式下,团聚体有机碳含量均表现为：大团聚体>微团聚体>粉黏粒.大团聚体对土壤有机碳含量的增加具有积极作用,而粉黏粒组分则有消极作用.相关性分析表明,土壤大团聚体含量与GMD、MWD及土壤团聚体有机碳含量均呈显著正相关.土壤大团聚体含量的增加有利于提高土壤团聚体的稳定性和储存土壤有机碳,适度发展林业和水田耕作有利于提高西南岩溶区土壤的固碳潜力.     

石漠化治理下重庆酉阳典型岩溶槽谷区不同坡向地下水时空变化特征

岩溶槽谷区独特的地质背景制约着地下水的空间分布和赋存规律,探究槽谷区地下水动态变化对石漠化治理具有重要意义。本文以重庆酉阳龙潭槽谷为例,在2017～2019年对槽谷地下水进行动态监测和采样分析,探究石漠化治理下典型岩溶槽谷不同坡向地下水时空变化规律。研究表明,槽谷区地下水对环境变化敏感,石漠化治理过程中不同程度农业活动直接影响着地下水水化学动态特征。强降雨期间,逆层坡坡面流全Fe、Al~(3+)浓度峰值分别为1.3 mg/L、2.0 mg/L,是逆坡岩溶泉全Fe、Al~(3+)浓度的13倍,表明轻度石漠化的逆层坡水土流失严重。逆层坡地表物质和土壤颗粒难以直接进入地下含水层,顺层坡雨水将地表或残留在裂隙、溶隙或管道等含水介质中的土壤颗粒或土壤营养元素迁移至水文系统中,土壤肥力下降。从空间上,顺逆坡石漠化裸岩出露差异所致的汇流机制、土层厚度和植被状况造成了顺逆层坡在"二水"转化上存在差异,对研究区地下水的时空变化有重要影响。     

鸡冠洞CO2和222Rn变化特征以及与旅游活动关系研究

洞穴空气CO_2和~(222)Rn是岩溶洞穴中重要的小气候参数,理解影响洞穴空气CO_2和~(222)Rn浓度的时空变化特征及控制因素,对合理开发洞穴旅游资源有一定现实意义。本文通过2011年12月至2019年4月对我国南北气候过渡带附近河南省栾川县鸡冠洞空气CO_2和~(222)Rn浓度的多时空尺度的变化特征进行监测研究,主要得到以下结论:(1)在空间变化上,洞穴空气中的CO_2和~(222)Rn浓度主要受洞穴结构和通风效应的影响。越往洞内,CO_2和~(222)Rn浓度越大。(2)洞穴空气中的CO_2和~(222)Rn浓度季节变化特征明显,雨季上升,旱季下降,都受洞外水热环境的影响。鸡冠洞CO_2浓度变化范围为307～4 678 mg/L,受游客旅游活动的影响较为显著,空气~(222)Rn浓度变化范围为33. 0～2 421. 2 Bq/m~3,主要受洞穴结构和通风作用的影响。(3)在昼夜尺度的变化上,洞穴空气CO_2白天上升,夜间下降,主要受旅游活动的影响。空气中的~(222)Rn浓度与旅游活动的关系不明显。(4)鸡冠洞內吸入氡子体所导致的內照射人均年有效剂量为29. 6 mSv/a,虽然氡子体对一般游客产生危害较小,但年累积量需考虑,尤其是鸡冠洞内一线导游的核辐射安全防护。     

岩溶槽谷石漠化治理区表层泉水化学特征研究:以重庆酉阳泔溪花椒基地老泉为例

背斜型岩溶槽谷区石漠化治理的关键之一是要厘清地下水资源动态变化特征,尤其要开展在线高分辨率连续动态监测。本文以重庆酉阳龙潭岩溶槽谷石漠化治理区老泉监测站为例,采用PONSEL多参数自动记录仪现场测定和样品室内分析相结合的方法,研究老泉2017年完整水文年的季节和强降雨期间的水化学动态特征,利用主成分分析法探究季节尺度和强降雨期间老泉水化学组分的主要来源。结果表明：（1）在季节尺度上,受雨水稀释作用的影响,雨季泉水pH、电导率、Ca²⁺、HCO₃^-、Mg²⁺低于旱季;土壤受淋溶作用的影响,泉水K⁺、Na⁺、全Mn、Al³⁺、全Fe浓度雨季高于旱季;水化学变化主要受4个主成分影响,累计贡献率为85.53%,但主导要素是水岩作用及土壤元素流失;（2）强降雨期间,石漠化背景下泉水水化学指标对降雨响应迅速,但在植被不同生长状态下各指标差异明显;典型的两次强降雨过程中水化学变化都主要受4个主成分影响,累计贡献率分别为85.63%和85.40%,但主导要素是农业活动和土壤元素流失;（3）花椒树种植后泉水中NO₃^-、SO₄^2-质量浓度较高,且硫酸和硝酸参与岩溶作用过程并对老泉水质造成重要影响。因此,背斜型岩溶槽谷表层泉水化学特征的监测研究,对于槽谷石漠化治理区水资源高效利用具有重要现实意义。     

广东英德宝晶宫洞穴滴水元素季节变化与影响因素

为揭示洞穴滴水元素的季节变化特征及其影响因素,从2011年12月至2013年5月对广东英德宝晶宫洞穴内的3个滴水点滴水中的Ba、Sr、Ca、Mg元素进行为期一年半的监测,结果发现:13个滴水点滴水中的元素浓度基本上都表现出明显的季节变化特征,但不同的元素之间和不同的滴水点之间的季节变化趋势存在差异,表明不同的滴水点其不同的元素浓度变化的影响机制各有不同.2强降水对洞穴滴水的元素浓度具有稀释作用,Drip1和Drip2各元素浓度在有强降雨的5、6月都呈现低值.33个滴水点的Mg/Ca和Sr/Ca比值都具有较强的正相关关系,且都表现出旱季高,雨季低的特点.表明宝晶宫3个滴水点的Mg/Ca、Sr/Ca很可能受到降水量、岩溶水来源、上覆土壤的淋滤作用以及碳酸盐先期沉积作用等因素共同影响,并能较好地反映该地区的干湿变化.     

豫西鸡冠洞不同尺度滴水水化学分析及对区域极端干旱的响应

论文对自2009年10月到2015年12月豫西鸡冠洞两处滴水：鲤鱼戏水（LYXS）和天宫冰灯（TGBD）进行了连续定点监测及取样分析,并结合2015年8月4—6日对其进行的暴雨监测,从不同时间尺度上分析了滴水的滴速、pH值、HCO^-₃、电导率、Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、元素比值等指标的变化特征及其与降水的关系。结果表明：1）年际尺度上,鸡冠洞滴水的水化学特征响应ENSO循环引起的多雨年与干旱年降水的变化,其主要受控于土壤CO₂的溶解、上覆物质的淋滤、先期沉积作用（PCP）的强弱;2）季节尺度上,滴水受岩溶水运移路径、淋滤作用、水-岩反应时间及先期沉积作用等因素综合影响表现出明显的季节变化特征;3）在单场降雨尺度上,滴水的水化学特征都不同程度表现出随滴率的变化而变化的趋势,主要受到岩溶水的运移路径、活塞效应、稀释作用等因素影响,而与水-岩反应时间关系不大;4）受到2013年区域极端干旱后“老水”的滞留与2014年新降水的稀释作用影响,其滴水水化学指标的极端值出现在降水量有所回升的2014年。