织金洞土壤渗透水—洞穴滴水元素的时空变化特征

通过对织金洞上覆岩溶泉水,土壤渗透水和洞穴滴水水化学特征的系统监测和分析,得出:在织金洞岩溶系统中,土壤渗透水、岩溶泉水和洞穴滴水元素在一年内的变化范围不一,且各主要元素均呈现有明显的季节变化特征;在3类水中,Ca~(2+)平均浓度为洞穴滴水洞顶泉水土壤渗透水,Mg~(2+),Sr~(2+)平均浓度大致是洞穴滴水土壤渗透水洞顶泉水,说明岩溶系统中各元素的变化可能是其他各种要素综合作用的结果;Mg/Ca和Sr/Ca比值的变化及其相关性,反映了其受到来源、水岩相互作用时间和方解石的优先沉积(PCP过程)等机制影响的一致性,故而其比值能反映外界气候的干湿变化。洞穴上覆的水—土、水—岩作用过程,控制了各滴水点滴水化学组成的变化。滴水点的运移路径,时间和环境条件等对降水响应的程度存在差异,因此在利用洞穴次生化学沉积物元素地球化学特征来反映洞外环境变化时,需综合考虑各元素在水—土—岩中的分布和迁移特征及其与环境因素的相互关系。     

重庆芙蓉洞土壤渗透水-滴水的元素变化特征及其意义

通过对重庆芙蓉洞上覆表层岩溶泉水、土壤渗透水和洞穴滴水水化学特征的系统监测,发现3种水(泉水、土壤渗透水和滴水)元素的变化幅度在年内都有各自的变化范围,Ca2+、Mg2+、Sr2+和SO24-在土壤渗透水中年平均浓度分别为25.55,11.04,0.026,15.39mg/L,在表层岩溶泉水中分别为65.76,33.16,0.035,21.18mg/L,而在洞穴滴水中分别为64.37,37.87,0.044,11.38mg/L。3种水之间存在大致协调同步的季节变化规律:Ca2+、Mg2+、Sr2+浓度的变化呈枯水期变幅大、雨季变幅小的特征,SO24-浓度则因不同的点而存在一定差异。受土壤水热条件以及生物过程的季节性变化影响,土壤渗透水中各元素变化表现出一定的季节性。6个洞穴滴水中Ca2+、Mg2+和Sr2+浓度在冬季枯水期出现低值,MP2点的SO42-浓度随降雨的增加而逐渐增大。因此,不同滴水点运移的路径、时间和环境条件不同,导致对降水的季节响应也存在一定差异。     

喀斯特洞穴滴水水文化学过程的时空变化及其环境指示——以贵州织金洞为例

洞穴水地球化学过程的研究对于洞穴内次生沉积物景观的发育有着重要的意义,2015年1—12月通过现场滴定测量和实验室仪器分析对贵州织金洞洞穴水的水化学指标进行了为期一个完整水文年的动态监测,采样时间均为每月26—28日。结果表明:(1)洞穴滴水滴率和Ca~(2+),Mg~(2+),Sr~(2+)离子浓度均与降水量有很好的响应,但同时都表现出一定的滞后性,其中Mg~(2+),Sr~(2+)离子所携带的气候信号较为持久,Ca~(2+)离子浓度在雨季波动较大。(2)滴水水化学性质在化学计量上总体符合石灰岩喀斯特地区的侵蚀方程,Ca~(2+)/HCO_3~-的比值均在1/2上下波动;(3)滴水中的SIc和SId之间存在显著的正相关关系,滴水中的液相CO_2分压[lgPCO_2(water)]与pH值之间呈现出显著的负相关,体现了上覆土壤层中的高浓度CO_2对洞穴滴水化学过程的重要影响。(4)滴水中的Mg/Ca与Sr/Ca比值在雨季到来后的曲线变化呈现出明显的同增同减性特征,证明CaCO_3在未到达洞穴之前就已经在土壤层和基岩层中发生了优先沉积(PCP),致使运移到洞内的Ca~(2+)离子浓度相对其他离子的升高程度小;(5)滴水中Mg/Ca比值与Sr/Ca比值都有较明显的季节变化,但是Sr/Ca比值季节滞后性明显,而Mg/Ca比值年际变化更具波动性,对外界降水变化响应较敏感。     

金华北山洞穴水地球化学变化特征及气候指示意义

为揭示洞穴水地球化学变化特征及其气候指示意义,从2014年5月到2015年4月对金华北山双龙洞和二仙洞洞穴水进行了连续12个月的观测分析,并结合当地气温和降雨数据,得到以下结果:（1）由于受上覆岩土作用、植被、运移路径等因素的影响,不同滴水点的离子浓度变化有所差异,常年性滴水点（除Ca²⁺外）阳离子平均浓度均大于季节性滴水点、瀑布水和池水;（2）金华北山洞穴水的Ca²⁺,Mg²⁺,Ba²⁺,Sr²⁺浓度变化具有明显的季节变化特征,总体上呈现出雨季高、旱季低的特点,5—8月和次年1—4月随着降雨量的增多而升高,9—12月由于外界降雨少而处于较高的值,外界干湿是影响阳离子浓度变化的主要因素;（3）洞穴水中Mg/Ca比值对外界干湿有指示意义,但也受气温的影响;而Sr/Ca,Ba/Ca比值除了受降雨影响,还受其他因素的影响。     

重庆芙蓉洞洞穴水水文地球化学指标的时空变化

通过对重庆武隆芙蓉洞5个滴水点和2个池水点多个水化学指标(pH、HCO3-、EC、SO24-、Ca2+、Mg2+)以及滴水滴量和现代沉积物进行连续监测,发现芙蓉洞滴水中的物质主要来源于上覆岩层和土壤,其地球化学指标有一定的时空变化特征。由于芙蓉洞上覆土壤岩层较厚,所以5个滴水点滴量与降水量相关性不明显,洞穴滴水多数时间未能及时反映洞外当季降水量的变化。夏季上覆土壤生物活动强烈,释放更多的CO2,导致滴水pH值在夏季较低,而HCO3-含量和电导率(EC)较高,冬季则相反。洞穴滴水中SO24-含量的变化受到土壤生物过程以及基岩岩层差异的重要影响。滴水的方解石饱和指数(SIc)和pH值变化大致同步,滴水点下接收到的现代沉积物沉积速率和饱和指数有很好相关性,冬季沉积速率最快。滴水中Ca2+、Mg2+浓度变化受控于水—土—岩的相互作用,其中水源差异、活塞效应、水岩相互作用时间对其产生重要影响。洞穴水中Mg/Ca主要受Ca2+含量的影响,能够指示外界温度和降水的变化。此外,洞穴内不同分布位置的滴水,其地球化学指标空间差异主要受到各点的渗流通道、流经途径以及上覆基岩及土壤成分等差异的影响。     

三江平原典型湿地水化学性质研究

以三江平原湿地生态试验站为研究基地,选择典型采样地点,对湿地水、排水沟水、降水、保护区河流水样进行测试,分析水样中主要离子含量(HCO3-、Cl-、NO3-、SO42-、Ca2 、Mg2 、K 、Na )、重金属元素含量(Cu、Zn、Fe、Mn)和营养元素含量(N、P、K)及其有效性。研究湿地水化学的一般性质以及湿地排水后湿地水中化学元素的迁移特征。研究结果表明,湿地水化学类型一般为HCO3--Ca.Mg型和HCO3--Ca.Na型,重金属序列为Fe>Mn>Cu>Zn>Pb、Cr。排水中丧失大量的化学元素,这是湿地退化的原因之一。     

冀北山地华北落叶松林生态系统水化学特征

降水是森林生态系统的一个主要的养分输入源,观测并分析降水化学对于准确地估算森林生态系统养分循环的养分元素浓度显得极为重要。对冀北山地华北落叶松林穿透雨、树干茎流和枯透水中的Ca、Fe、K、Mg、Mn、Zn共6种养分元素进行了测定。结果表明：（1）大气降水经过林冠层后其水化学特征明显发生了变化,化学元素含量均有不同程度增加,含量排序为Ca〉K〉Mg〉Fe〉Mn〉Zn,其中Mn元素的增长倍数最多,但6月份Mn和Zn元素浓度都出现负增长。树干茎流各项指标均增长很多,化学元素含量排序为Ca〉K〉Mg〉Mn〉Fe〉Zn。枯落物水中K和Ca元素浓度增加最大。（2）大气降雨中Zn的变异系数最大,达2.853;K和Ca元素的变异系数最小,为0.158,0.163。落叶松林穿透雨、树干茎流和枯透水中最大变异系数分别为Fe元素3.115,Mg元素为1.288,Fe元素为2.139。（3）经过淋洗后水样中各元素的浓度均有所增加,穿透水、树干茎流和枯透水中K、Ca增加较多,Fe、Zn的淋溶量较少。     

洞穴环境替代指标研究现状及其石漠化记录研究问题探究

在总结前人关于运用洞穴指标体系研究地表环境理论的基础上,分析洞穴指标体系在喀斯特石漠化中的应用现状,得出了以下几点认识:(1)喀斯特石漠化环境信息主要在岩溶水溶解阶段输入洞穴系统,同时外界环境信息在降雨阶段的输入及沉积阶段的化学变化影响着石漠化信息在洞穴沉积物中的提取.(2)洞穴沉积物的δ18O、δ13C同位素值与Mg/Ca、Mg/Sr等指标已成功应用于地表环境研究,但目前用于反演喀斯特石漠化信息的指标仅为前者.(3)洞穴滴水作为洞穴沉积物系统的直接来源,进行喀斯特石漠化信息解译必然要在其理论研究基础上进行长期监测、分析,然而,这一过程面临着诸多问题.     

黑龙江省东部山地红松人工林生态系统水化学特征

对黑龙江省东部山地红松人工林生态系统的大气降水、穿透水、树干径流、枯透水和地表径流中的pH值、溶解氧、浊度、总溶解固体、K、Na、Ca、Mg、Cu、Zn、Mn和Fe等水质指标进行了检测。结果表明:大气降水经过林冠层后,其水化学特征发生了明显变化,pH和DO降低,TURB和TDS明显增加,化学元素含量均不同程度增加。树干径流除了Cu外其余各化学元素含量均明显增加。穿透水和树干径流中各元素的变异系数较大。枯透水各化学元素的变异系数低于其他水样,只有Mn元素变化较大。穿透水、树干径流和枯透水中的K、Ca淋溶量较大,Cu、Zn淋溶量较少,根据淋溶系数的大小排列穿透水的淋溶序列为Mn>K>Mg>Cu>Fe>Ca>Na>Zn,树干径流的淋溶序列为Mn>Mg>K>Fe>Ca>Cu>Na>Zn,而枯透水的淋溶序列为Mg>Mn>K>Fe>Ca>Cu>Na>Zn。     

典型岩溶区板栗树下土壤pH值与盐基饱和度关系研究

为研究岩溶区板栗树下土壤pH值的变化及其与盐基饱和度的关系,以广西隆安县典型岩溶区为研究区,分别测定了旱季与雨季洼地2年生、5年生、10年生板栗树和洼地草地、坡地灌木丛的土壤剖面pH值,土壤在20、50、80 cm深处的交换性盐基总量,交换性Ca2+、Mg2+、Na+、K+的含量,阳离子交换量等,并对板栗树下土壤pH值与盐基饱和度和交换性Ca2+、Mg2+、Na+、K+的含量作相关性分析,结果表明:板栗树下土壤pH值偏低,呈弱酸性,这可能与板栗树的种植有关;土壤pH值与盐基饱和度呈极显著正相关(p<0.01,R=0.672),与交换性Ca2+呈极显著正相关(p<0.01,R=0.632),与交换性Mg2+、Na+、K+相关性不明显。     

洞穴水Ca2+,Mg2+含量特征及其对次生化学沉积物发育影响--以重庆武隆芙蓉洞为例

洞穴水Ca^2＋，Mg^2＋含量及其变化量是洞穴次生化学沉积物发育程度的最直接和最基础的反演载体。通过对芙蓉洞地表水、基岩水及洞穴水进行采样对比分析认为：（1）芙蓉洞洞穴水Ca^2＋，Mg^2＋含量总体变化不大，Ca^2＋离子含量为44～52mg／L．Mg^2＋离子含量为32～45mg／L。洞穴次生化学沉积物的主要物质来源是Ca^2＋离子．正处于Ca^2＋离子沉淀较为完全，而Mg^2＋离子还没来得及甚至没有开始沉淀阶段。（2）碳酸盐岩地区次生化学沉积物Ca^2＋／Mg^2＋比值在一定程度上反映了其景观发育成熟度。不同岩溶地区的岩石渗透性在很大程度上影响岩溶洞穴次生化学沉积物的发育程度及速率。（3）洞穴水Ca^2＋,Mg^2＋离子含量与洞穴次生化学沉积物发育特征关系不大。（4）10年来，芙蓉洞洞穴水Ca^2＋离子含量变化，在很大程度上影响次生化学沉积物发育度。和Mg^2＋离子关系不大。外界能量输入引起的温度升高对次生化学沉积物发育程度影响较小，而pH值的改变对它影响较明显。     

贵州石漠化地区地下漏失水土理化性质特征

以贵州石漠化地区的3个洞穴为研究对象,通过对其地表土与地下漏失水土进行监测与采样分析,研究了不同地质环境条件中地表土壤与洞穴漏失水土的理化性质特征。结果表明,地表石漠化程度越高,岩溶裂隙管道的联通性越强,地下漏失水的滴率变幅越大,漏失土中的粘粒含量越低;在相同岩性条件下,石漠化程度越高,地表土壤pH值与元素含量越高;石将军洞漏失水Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)浓度平均值分别为31.48,17.65,0.026mg/L,韩家冲洞分别为58.39,2.49,0.074mg/L,荣发洞分别为38.29,25.33,0.037mg/L;受岩性差异影响,韩家冲洞漏失水中的Mg~(2+)浓度相对较低,Ca~(2+)、Sr~(2+)浓度相对较高;受气候条件差异影响,荣发洞洞漏失水中的Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)浓度均高于石将军洞;洞穴漏失水对漏失土长期的化学侵蚀作用导致漏失土pH值与元素含量高于地表土。     

定西于家山黄土洞穴的分布特征与侵蚀临界研究

黄土洞穴与滑坡、沟蚀等侵蚀过程联系紧密并加剧了黄土高原的水土流失程度,但目前黄土洞穴发育的分布特征与侵蚀临界暂未明晰。利用无人机获得了研究区高分辨率影像与数字表面模型,基于影像标识了黄土洞穴并统计了其土地利用类型与洞穴直径,利用标识点在数字表面模型上提取了黄土洞穴的坡度、坡向、曲率和汇水面积等地形数据并分析了黄土洞穴的分布特征。结果表明,黄土洞穴直径大多4 m。黄土洞穴在耕地上发育较少,多发育于牧草地区域流水汇聚的凹形坡,且在阴坡更为发育。同时,黄土洞穴坡度正切值范围集中于0.4～1.0,汇水面积一般不超过3 000 m~2。依托统计的坡度正切值与汇水面积数据绘制了黄土洞穴的侵蚀临界图并对比了黄土洞穴与浅沟、切沟的侵蚀临界。黄土洞穴的侵蚀临界边界分别为SA~(0.150)=0.368与SA~(0.135)=7.580,分布较广且覆盖了浅沟与切沟的侵蚀临界。浅沟、切沟的演化与黄土洞穴的发育有关,黄土洞穴通过连通与坍塌促进了浅沟、切沟的发育、转换与扩展,并因此加剧了黄土高原的水土流失。研究量化了黄土洞穴发育的分布特征,建立了黄土洞穴与浅沟、切沟的联系并深化了对黄土洞穴侵蚀过程的认识。     

湿陷性黄土地区土壤洞穴侵蚀模式研究

通过野外调查研究，认为土性、侵蚀通道、降雨以及黄土地区的地形地貌是形成土壤洞穴侵蚀不可或缺的四大要素。以水的作用途径、作用方式及其作用结果为主线，将土壤洞穴的形成模式概化为：冲蚀-贯通型模式、冲蚀-潜蚀-贯通型模式、湿陷-潜蚀-贯通型模式、冲蚀-潜蚀-湿陷-潜蚀-贯通型模式以及复合型模式等五大类型。