广东英德宝晶宫洞穴微环境时空变化特征及其主要影响因素探究

为进一步了解洞穴微环境与气候环境指标之间的相互联系,本文以广东英德宝晶宫溶洞为研究对象,对洞穴空气温度、相对湿度、CO_2浓度进行了为期42个月(2011年12月~2015年5月)实地监测,结果发现宝晶宫洞穴微环境存在明显的时空变化:近洞口处洞穴微环境季节性变化特征明显,而洞穴深处微环境季节变化显著变弱。洞穴微环境的变化主要受到外界气候和天气的变化以及通风效应的影响,前者是导致洞穴微环境季节性变化的主要原因,后者是导致洞穴微环境变化具有空间差异性的主要原因。此外洞穴结构和旅游活动也会对洞穴微环境变化产生影响。本研究结果表明,洞穴通风作用是影响洞穴微环境变化的重要过程之一,其对洞穴沉积气候环境指标的影响可能值得今后进一步深入研究。     

黄土洞穴的环境灾害效应

黄土洞穴本身是一种地质灾害,对黄土地区的运输、管道、拦蓄水工程、厂房、民居等各类工业与民用建筑构成不同程度威胁;还可促发其它地质灾害的发生和发展,恶化黄土高原地区的生态环境和地质环境。文章根据野外和室内研究所积累的资料,对黄土洞穴的地质灾害效应以及环境变化效应进行了初步研究。其研究成果不仅为黄土洞穴工程灾害的防治提供科学依据,而且还可进一步了解黄土地区水土流失的发育规律及其第四纪以来的地质环境变化状况。     

旅游活动对岩溶洞穴地下水中细菌群落的影响:以重庆丰都两个洞穴为例

为了深入了解岩溶洞穴地下水中细菌群落结构特征以及评估旅游活动对细菌群落的影响,对重庆丰都雪玉洞(旅游洞穴)和水鸣洞(未开发洞穴)洞穴地下河水进行了采样,利用16S rDNA高通量测序技术对地下水样品中的细菌进行了定性和定量分析.结果表明,两个洞穴地下水中细菌群落以变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主,但细菌群落组成存在差异.雪玉洞地下河上游和下游的变形菌门分别占总群落的62%和64%,拟杆菌门分别占11%和16%;水鸣洞地下水中细菌优势群落除变形菌门(38%)和拟杆菌门(19%)外,绿菌门(Chlorobi)占24%,两个洞穴地下水中变形菌门的纲分类均为γ-变形菌纲.γ-变形菌纲(γ-Proteobacterium)和拟杆菌为两个洞穴地下水的优势种类但其主要细菌存在差异:雪玉洞主要细菌是不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌科(Flavobacteriaceae),属于致病菌;水鸣洞主要细菌是未培养的甲基球菌科(Methylococcaceae-uncultured)、甲基单胞菌属(Methylomonas)以及甲基杆菌属(Methylobacter),属于甲烷氧化细菌.多样性指数分析结果显示:受旅游活动的强烈影响,雪玉洞群落多样性明显高于水鸣洞并且存在更多的致病菌群落,地下水细菌群落与环境因子多元直接梯度分析(RDA)证明群落分布规律受游客数量与洞穴空气CO_2影响且呈正相关,两种环境因子的Spearman相关性分析进一步表明游客数量对地下水细菌群落结构的影响更明显并导致大量原生细菌消失.     

神奇的火山洞穴

洞穴是一种重要的地质地貌现象和地貌类型 ,也是人类文明的摇篮。火山洞穴主要是指火山熔岩型洞穴 ,除此之外 ,还有构造 -差异风化洞穴和火山侵入岩崩塌堆叠型洞穴。它们在我国分布范围较广 ,各具不同的成因机理 ,旅游及科研价值巨大 ,极具开发潜力     

喀斯特洞穴甲烷研究进展

甲烷是最主要的温室气体之一。此前对全球甲烷进行了大量的观测和模拟研究,但在源汇关系和通量的认识上仍存在较大的不确定性。近期研究发现,广泛分布的喀斯特地下空间(洞穴和裂隙等)是大气甲烷重要的汇;其作用机制主要有微生物氧化作用和物理化学作用,但对二者的影响大小认识不足;喀斯特洞穴甲烷碳库大小及其对喀斯特生态系统的影响认识尚不清楚。下一步工作应该加强洞穴甲烷的系统研究,分析甲烷的碳汇机制以及估算碳库大小;同时,加强喀斯特生态系统大气、土壤和洞穴甲烷通量的研究,以揭示喀斯特地下空间对生态系统碳循环的影响。     

洞穴沉积物的环境记录研究进展

云贵高原有着独特的地理环境 ,其气候变迁应与青藏高原这一特殊的高海拔、低纬度的隆升地块有重要关系。洞穴化学沉积物是响应环境变化的地质记录档案 ,通过对它蕴藏的古气候信息的解译 ,可以反演过去的气候变化。本文侧重介绍了洞穴次生化学沉积物研究近年来取得的最新成果及其研究现状 ,并利用其在古环境研究中的优点 ,来讨论青藏高原的抬升对西南地区环境变化产生的屏蔽效应的可能性。     

贵州荔波喀斯特洞穴水重金属含量及健康风险评价

为了解荔波洞穴水的重金属含量及健康风险水平,文章对13个洞穴水中的8种重金属浓度进行检测分析,并运用健康风险评价模型,估算饮水暴露途径下重金属污染物的健康危害风险水平。结果表明,重金属的平均浓度大小为:Zn>Cr>Cu>As>Ni>Cd>Pb>Hg,均未超过《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)Ⅲ类水标准。荔波洞穴水重金属含量总体低于(或少部分接近)洞穴外地表水和地下水。Spearman相关性分析表明,Zn与Pb、Cu之间均呈极显著正相关,Cd和Hg之间呈极显著正相关,As和Cr、Hg之间均呈极显著负相关。健康风险评价表明,洞穴水重金属所致的成人和儿童的健康总风险平均值大小顺序为Cr>As>Cd>Cu>Hg>Ni>Pb>Zn。Cr和As(85%的洞穴)所致的成人和儿童的个人平均年健康风险均超过了瑞典环境保护局、荷兰建设环保局、英国皇家协会的最大可接受风险,说明如果长期饮用洞穴水会产生一定的致癌风险。Cr和As对成人和儿童总健康风险的平均贡献率均为99.60%,故Cr和As应作为荔波洞穴水优先控制管理的污染物。儿童的健康总风险(5.46×10~(-6)～3.97×10~(-5)a~(-1))高于成人(4.80×10~(-6)～3.51×10~(-5)a~(-1)),需加强对儿童饮用水安全的控制和管理。     

贵州贞丰矿区洞穴水体重金属健康风险评价

为了解贞丰矿区洞穴水体重金属的污染情况,文章于平水期和丰水期对5个代表性洞穴中水体的8种重金属含量进行了测定分析,运用美国环境保护署推荐的健康风险评价模型对洞穴水体重金属引起的成人和儿童健康风险进行了初步评价。结果表明,2 个水期洞穴水体重金属的平均浓度表现为 Cr>Ni>As>Zn>Cu>Hg>Pb>Cd,均未超过《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)Ⅲ类水的标准限值。洞穴水体重金属浓度总体接近或低于地表水,多数水体重金属的浓度表现为丰水期>平水期且在不同洞穴中存在显著差异。Spearman 相关性分析表明,Cr 与 Cd、Zn、As、Pb、Cu、Ni 之间存在显著或极显著负相关关系;Cu-As、Cu-Pb、Cu-Zn、Cu-Ni、Cu-Cd、Ni-Cd、Ni-As、Ni-Pb、Ni-Zn、As-Cd、As-Zn、As-Pb、Zn-Pb和Zn-Ni之间存在显著或极显著正相关关系。健康风险评价结果表明,儿童比成人更易受重金属污染的威胁。非致癌物所致的人体健康风险值远低于荷兰建设环保局推荐的可忽略水平(1.0×10^-...     

洞穴次生化学碳酸盐沉积物-石笋的气候替代指标的意义与不确定性因素

洞穴次生化学碳酸盐(CaCO3)沉积物-石笋、钙华和流石,是一个具有丰富的陆地古气候信息的档案库。洞穴碳酸盐(CaCO3)-石笋古环境重建常用的代用指标有碳、氧稳定同位素、生长速度、纹层厚度和灰度、有机质荧光、微量元素等,利用多种替代指标的环境解译,增加了古气候环境重建的可靠性。本文从测年方法和石笋年代学的研究入手,对石笋的生长速度,沉积速率、纹层厚度、稳定同位素、微量元素等各代用指标指代的气候意义进行了简述,同时,也对洞穴次生化学碳酸盐(CaCO3)沉积物-石笋中各单一代用指标存在的不确定性影响因素进行了探讨。因此,我们认为洞穴动态监测可为洞穴碳酸盐(CaCO3)沉积物的各替代指标的解译提供可靠的依据,充分利用现代洞穴监测的碳酸盐(CaCO3)沉积物的各替代指标,并与现代器测气象资料进行相互对比、并用以校正,是精确或定量解释石笋气候替代指标的关键。     

广西岩溶洞穴土壤中多环芳烃污染特征与解析

首次研究相对封闭稳定环境条件下的岩溶洞穴土壤中PAHs的污染特征及其影响因素.以广西桂林大岩洞穴为例,结果表明,在洞穴内部PAHs总量为7.22～117.29 ng·g^-1,远低于洞外土壤中的含量（51.35～235.73 ng·g^-1）,与其他地区相比,表明桂林近郊土壤PAHs污染较轻.大岩土壤中PAHs总量呈现出洞外和洞口附近明显高于洞内而洞内变化不大;洞外和洞口附近土壤中重环组芳烃含量高于轻环组（平均值69.25 ng·g^-1＞38.81 ng·g^-1）,但在洞内土壤中则相反（平均值3.93 ng·g^-1＜7.41 ng·g^-1）,说明洞内PAHs不仅来自于大气迁移过程,而且也来自于洞顶雨水淋滤作用.土壤中PAHs浓度分布表明在洞口附近存在陷阱效应、在洞穴最里端有裂隙存在.陷阱效应使洞口附近重环芳烃浓度显著高于洞外（88.19 ng·g^-1＞31.28 ng·g^-1）,而且PAH分子量与”易陷落性”呈线性相关（R²=0.49）;通过实测值推测从洞口输入的PAHs浓度约为裂隙输入的17倍.温度和分子量差异是影响PAHs在土壤中浓度分布模式的重要因素.     

喀斯特旅游洞穴景观多样性及其保护

讨论了喀斯特旅游洞穴景观多样性的含意、类型和特性。采用多样性指数,相对丰富度及离散度对洞穴景观多样性进行了定量表达与评判。阐述了人工作用对洞穴景观多样性的影响。对旅游洞穴景观多样性的保护提出了相应的对策与建议。     

贵州纳朵洞洞穴水水文地球化学变化特征及其环境意义

对贵州关岭纳朵洞2012年12月至2014年12月期间,三处滴水(S1、S2、S3)和一处池水(SC)的地球化学指标进行动态监测.结合当地气象资料,分析了观测期间纳朵洞洞穴水水文地球化学季节变化及其对外界气候变化的响应.结果表明,纳朵洞洞穴水的水化学类型主要为HCO_3~--Ca~(2+)型,除每年降水量最大的月份外,滴水和池水长期处于沉积状态;纳朵洞3个滴水点的离子浓度由于岩溶水在洞顶的运移路径和时间不同存在一定差异,池水因受到洞穴混合水和洞穴空气较高CO2浓度的影响,其离子浓度高于滴水且变化幅度偏大;纳朵洞洞穴水地球化学指标具有显著的季节变化规律,可以很好地响应外部气候环境变化;离子浓度对极端气候事件引起的年际间降水变化的响应比较敏感:2013年雨季的Ca~(~(2+))、Mg~(2+)、SO_4~(2-)浓度高且平稳,而2014年雨季其浓度偏低且波动大,不同观测点的响应程度和时间并不一致.     

岩溶洞穴系统CO2迁移特征及其环境耦合关系研究

作为岩溶地下空间特有的窗口,洞穴CO₂通常较高且补给过程复杂,研究洞穴CO₂不仅有利于探明岩溶系统CO₂三相运移过程,对寻找遗漏碳汇也具有积极意义。为了研究不同季节下岩溶洞穴系统各层CO₂变化特征,揭示其迁移路径,进一步探究洞穴系统CO₂来源,对不同季节麻黄洞上覆土壤、洞穴滴水及洞穴空气CO₂进行密集监测,结合数理统计及相关模型对数据进行分析。结果表明:(1)麻黄洞洞穴系统各层CO₂存在雨季高旱季低的季节特征,作为主要补给源,土壤CO₂在各层CO₂变化中发挥重要的作用,通风效应影响洞穴CO₂浓度的变化。(2)pCO_2(H)计算结果表明,麻黄洞内滴水点存在不同的补给过程,除上覆土壤CO₂补给外,还存在表层岩溶带的补给。(3)模型分析表明,麻黄洞洞穴滴水全年均处于脱气状态,使洞内发生沉积,形成洞穴沉积物。分析洞穴系统上各层CO₂运移特征,为寻找遗失碳汇以及岩溶地区碳循环研究提供科学参考。     

广西岩溶洞穴大气中有机氯农药分布与传输

以广西桂林大岩洞穴为例对岩溶洞穴大气环境中有机氯农药污染进行研究.结果表明,洞外大气中OCPs含量为1.82~2.01 ng.m-3,远高于洞内大气中总OCPs含量(范围为0.27~0.83 ng.m-3).大气中有机氯农药浓度呈现从洞口到洞内逐渐降低的趋势,尤其HCHs表现更为明显,表明外界大气传输对洞内污染贡献占主导作用.洞内大气OCPs浓度与两极相当,可作为有机氯农药的背景点.洞穴大气中HCH同系物浓度分布与其本身降解速率大小相吻合,表明在洞穴特有的原始环境下HCH类化合物可较好地反映出自身性质的差异.同时,异构体分布表明周围有新近使用的三氯杀螨醇,HCH类农药以历史残留为主.     

短时间高强度旅游活动下洞穴空气环境变化特征及其影响因素分析——以绥阳大风洞为例

文章通过对大风洞2017年、2018年十一"黄金周"洞内外温度、CO_2浓度、相对湿度、游客量等为期7天的连续监测,并运用系统分析方法对各个监测指标进行综合分析。结果表明:(1)监测期间,受洞穴通风效应和游客量等的影响,大风洞空气环境要素(温度、湿度、CO_2浓度)呈现明显昼夜变化,表现为白昼夜晚;(2)洞道结构对洞穴空气环境空间变化具有重要影响,表现为神泉玉露洞道结构较夜明珠更为复杂,在2017年、2018年的温度、湿度、CO_2浓度等均要比夜明珠的高;(3)洞外空气环境变化对洞穴通风效应具有重要的影响,表现为降雨导致洞外温度、湿度降低,虚拟温差发生改变,促使气流方向由限制性通风模式向积极性通风模式转变;(4)受气候及游客因素影响,2017年洞内温度、CO_2浓度的昼夜变化特征较2018年更明显,且当游客产生的CO_2浓度大于洞穴空气环境的自净能力时,CO_2会出现累积效应,进而影响洞穴旅游景观及洞穴环境的舒适性,建议景区在进行旅游活动时要充分考虑短时间尺度游客人数高峰期对CO_2的影响及岩溶景观的合理保护。     

白云岩洞穴系统中水-气CO_2分压对洞穴水水文化学过程的影响:以贵州双河洞为例

为揭示白云岩岩层中所发育洞穴系统中的中的洞穴水与空气中CO_2分压对洞穴水水文化学过程的影响及其动态变化特征和控制因素。从2015年4月至9月对绥阳双河洞洞穴水的水化学指标进行了为期6个月的动态监测,结果表明:(1)双河洞洞穴水的水化学类型主要为HCO_3~--SO_~(2-)-Ca~(2+)-Mg~(2+)和SO_4~(2-)-HCO_3~--Ca~(2+)-Mg~(2+)型水,在受到上覆石膏岩层的影响时,SO_4~(2-)成为优势离子且可以极大提高溶液中Ca~(2+)离子含量;(2)洞穴滴水的水-气间CO_2分压差值(△PCO_2)与SI之间存在良好的负相关关系的同时,2种重要的矿物饱和指数SI_c,SI_d之间存在着良好的正相关关系;(3)实测数据分析证明"表观饱和指数"现象的客观存在;(4)洞穴水中的液相CO_2(PCO_2_(water))与溶液的pH值呈现出显著的负相关关系,且在未开发的天然封闭洞腔中洞穴空气CO_2分压对洞穴水水文地球化学过程影响较小。     

喀斯特旅游洞穴景观多样性及其保护

讨论了喀斯特旅游洞穴景观多样性的含意，类型和特性。采用多样性指数，相对丰富度及离散度对洞穴景观多样性进行了定量表达与评判。阐述了人工作用对沿穴景观多样性的影响。对旅游沿穴景观多样性的保护提出了相应的对策与建议。     

洞穴滴水的水文地球化学过程:贵州犀牛洞的研究

为了揭示洞穴滴水的水文地球化学过程,对贵州镇宁犀牛洞3个滴水点的滴率、水化学组成等进行为期1年的动态监测,示踪结果显示出犀牛洞滴水对大气降水的响应较快(28天以上),滴水的物质组成直接源自于洞穴环境,即土壤和岩石,而大气降水携带的物质成分较少,滴水点均受到不同源来水的影响。洞穴滴水的化学组成中元素含量的变化主要由水运移过程中水-土、水-岩作用导致的岩石溶解-方解石沉淀过程所控制,表明犀牛洞滴水点的次生沉积物可能记录了环境变化信息。     

岩溶洞穴生态环境容量及影响因素分析：以绥阳大风洞-响水洞为例

洞穴生态环境较为脆弱,环境承载力有限。为探究洞穴生态环境容量,文章以贵州绥阳双河洞系支洞——大风洞和响水洞为研究对象,通过对洞穴空气环境的长期监测分析,基于洞穴空气环境的时空变化特征和洞穴生态环境容量的测算方法,以CO_2作为测算指标,定量分析洞穴生态环境容量。结果表明:(1)长时间尺度下洞穴CO_2浓度、温度和相对湿度均呈现夏季高、冬季低的季节性变化特征。其中CO_2浓度的季节性显著,波动范围在(432～1 319)×10~(-6)(体积浓度),夏季平均值达1 148×10~(-6),冬季为528×10~(-6),年平均值为849×10~(-6)。(2)短时间高强度旅游活动对洞穴CO_2浓度影响较大,各监测点CO_2浓度与游客总量呈正相关性,2018年游客数量的减少导致洞内各监测点CO_2浓度普遍低于2017年,监测点神泉玉露和夜明珠的温度日增幅分别在0.03～0.15℃和0.07～0.33℃之间,相对湿度基本保持在99%以上。(3)洞穴生态环境容量在8月降至一年中的最小值,约11 253人次/d,在1-3月及12月这4个月较大且稳定,平均值达15 839人次/d,其季节性变化具体表现为冬季(15 814人次/d)春季(14 792人次/d)秋季(13 719人次/d)夏季(11 806人次/d);旅游高峰期,洞穴生态环境容量随洞内CO_2背景值的变化而不同。(4)洞穴生态环境容量主要受洞穴规模形态、通风效应、自净能力等因素影响,洞道狭窄复杂、通风效应弱、CO_2浓度高、自净能力差的洞段将制约洞穴旅游容量,为避免旅游洞穴资源的闲置与浪费,在旅游高峰期需要分批分时段控制游客量,或在保障洞内生态系统稳定基础上对洞穴空气进行必要的人为调节,最终实现洞穴保护与洞穴旅游协调可持续发展。     

喀斯特洞穴晶体沉积速率的气候响应

在对本寨洞9个滴水点沉积玻片的晶体沉积质量监测后发现,现代洞穴沉积量主要受控于温度变化,统计的8个玻片沉积中,有6个滴水点的沉积速率与温度呈正相关关系。滴水速率对沉积速率影响较小,在统计的8个滴水点中,只有BZ9滴水点受滴水速率影响明显,具有正相关关系。其环境意义为石笋的生长速率主要受温度控制,呈正相关关系,可作为古温度代用指标。