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。     

芙蓉洞洞穴水Ca2+,Mg2+浓度变化对气候事件的响应

对重庆市芙蓉洞内的两处滴水(1#,3#)和两处池水(2#,4#)进行了定点观测和取样分析.获得了4处洞穴水的pH、电导率和Ca2+.Mg2+.K+,Na+.SO2-4,Cl-离子浓度等化学指标.结合当地的气象资料,分析研究了观测期间芙蓉洞洞穴水Ca2+,Mg2+浓度在不同季节的变化规律及其对温度和降水的响应,重点对这两种离子与2006年和2007年夏季重庆特大干旱和降水极端气候事件的响应关系进行了探讨.结果显示:Ca2+浓度呈现以年为周期每年7-12月高于1-6月的变化规律,一年中Mg2+表现出波动期与稳定期交替出现的特点,Ca2+,Mg2+浓度在2006年9月明显升高,表明其对2006年夏季特大干旱事件的响应敏感.短期干旱导致洞穴水离子浓度偏高;2007年夏季的暴雨事件后Ca2+,Md2+浓度波动较大,表明洞穴水对特大降水事件响应明显,但各个点的响应时间存在差异.     

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。     

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。     

贵州省绥阳县麻黄洞土壤渗透水-洞穴水元素变化特征及气候响应

[目的]探究白云岩洞穴上覆土壤渗透水—洞穴水水化学元素变化特征及相互关系,揭示岩溶水Ca,Mg,Sr元素比值变化与洞外气候的响应关系。[方法]以贵州省绥阳县双河洞洞穴系统中的麻黄洞为研究对象,通过麻黄洞4个洞穴水点和上覆3个土壤点土壤渗透水的定期监测、采样和室内实验,并运用统计分析方法和元素比值法对各监测指标进行比较分析。[结果]①麻黄洞上覆土壤渗透水主要水化学指标表现为旱季雨季、洞穴水主要水化学指标表现为雨季旱季的季节性变化特征。②洞穴水EC,Ca~(2+),Mg~(2+),HCO~-_3,Sr~(2+)离子浓度约为土壤渗透水的2～6倍,表明表层岩溶带岩溶过程对洞穴水水化学元素具有重要影响。③土壤渗透水对地表降雨和温度变化具有积极响应,旱季滞留于土壤中的大量矿质元素是导致4月份土壤渗透水中Ca,Mg,Sr浓度出现高值的主要原因。④洞穴水Mg/Ca、Sr/Ca比值变化及其相关性,反映了洞穴水受到来源、水—岩相互作用、洞穴水脱气沉积和先期方解石沉淀过程(PCP)等机制影响的协同性及洞穴上覆主要岩溶过程差异,因此其比值变化能够间接表现洞外温度和降雨变化。[结论]土壤渗透水、洞穴水水化学元素具有明显的月间波动和季节性变化特征,且监测点间具有显著差异。两种类型水Ca,Mg,Sr比值变化及相关性对地表降雨和温度变化具有积极响应。     

半干旱盐渍化地区果园土壤盐分离子相关性研究

以甘肃省秦安县兴国镇郑川村果园土壤为研究对象,利用统计分析的方法对500个土样盐分离子含量的相关性进行了研究.结果表明:该研究区土壤阴离子主要是HCO3-、SO42-,阳离子主要是Na+.CO32- 与HCO3-、Mg2+ 之间存在着显著的负相关,与Na+ 之间存在着极显著的正相关;HCO3- 与Cl- 之间存在着极显著的负相关,与Mg2+ 之间存在着极显著的正相关;Cl- 与SO42-、Ca2+、Mg2+、Na+ 之间存在着显著的正相关,其中与Ca2+、Na+ 之间存在着极显著的正相关;SO42- 与Ca2+、Mg2+、Na+ 之间存在着极显著的正相关;Ca2+ 与K+ 之间存在着极显著的正相关,与Na+ 之间存在着显著的负相关;Mg2+ 与K+ 之间存在着显著的负相关;K+ 与Na+ 之间存在着极显著的负相关.通过对盐分离子的聚类分析发现,Cl-、Mg2+、CO32-、Ca2+、K+ 和HCO3- 在该区土壤中有着相似或相近的运移特征.对相关分析和偏相关分析这两种分析方法所得结果进行了对比分析,它们之间存在着明显的差异,偏相关分析能进一步消除由于其他变量的影响,因而能够更加准确地刻化多元变量其中的两个变量之间的相关性.     

不同种植年限大棚菜田土壤水溶性盐分的变化特征

采集新乡市不同种植年限大棚菜田、露天菜田及大田土壤共计160个样品,调查分析水溶性盐总量、各盐分离子的变化及土壤pH值。结果表明,大棚土壤在连续种植不同年限后,水溶性盐总量上升幅度与种植年限呈极显著相关(r=0.92**);K+、Na+、Cl-、NO2-、NO3-、SO24-含量与种植年限呈正相关,而Ca2+、Mg2+、HCO3-含量变化与种植年限呈负相关;土壤pH值降低幅度与种植年限呈极显著相关;K+、Na+、Cl-、NO3-、SO42-的含量均与土壤水溶性盐总量呈极显著相关。新乡市大棚菜田土壤中Cl-、NO2-、NO3-含量与pH值变化存在极显著负相关;SO42-含量与pH值变化存在显著负相关;HCO3-与土壤pH值变化存在极显著正相关。新乡市大棚菜田阳离子以K+、Na+为主,阴离子主要以Cl-、NO2-、NO3-、SO42-为主;不同种植年限对大棚土壤盐渍化和酸化有极显著影响,K+、Na+、Cl-、NO2-、NO3-、SO42-则是造成土壤盐渍化的重要原因,Cl-、NO2-、NO3-、SO42-是造成土壤酸化的重要原因。     

德州引黄灌区主要河系水化学空间特征分析

通过对德州引黄灌区主要河流及引黄灌渠水质的离子化学成分分析,探讨了引黄灌区地表水化学成分特点、水化学类型及其空间变化和主要离子来源,为长期观测引黄灌溉对该区地表水、地下水的水化学特征变化的影响及地表水、地下水的循环交换提供依据,同时为该区水环境评价以及水体污染防控提供理论指导。研究结果显示,该区地表水的pH、电导率(EC)及各主要离子含量存在明显的空间差异。水体pH的变化范围为7.65~9.34,属弱碱性水;EC的变化范围为965~1 530μs.cm 1;主要阴阳离子的浓度范围分别为:NO3 1.32~60.15 mg.L 1、SO42 53.41~781.90 mg.L 1、HCO3 143.35~823.50 mg.L 1、Cl 98.00~564.00 mg.L 1、Ca2+22.57~265.00 mg.L 1、Mg2+29.41~195.50 mg.L 1、Na+103.20~472.00 mg.L 1、K+0.83~59.05 mg.L 1。该研究区水化学类型以Na+.Ca2+—HCO3.SO42水为主。各阴离子浓度的平均值HCO3(330.45 mg.L 1)SO42(308.48mg.L 1)Cl(286.83mg.L 1)NO3(29.60 mg.L 1),阳离子浓度的平均值Na+(236.85 mg.L 1)Ca2+(98.15mg.L 1)Mg2+(82.62 mg.L 1)K+(9.05 mg.L 1)。pH、Cl的最高值均出现在马颊河流域,并且该流域Mg2+浓度均值高于其他两个流域。德惠新河流域EC、NO3和HCO3的均值最高。引黄灌渠的SO42、Na+、Ca2+和K+的平均浓度高于其他两个流域。通过Piper图分析得出,不同小流域水体类型不同。对研究区灌溉水质评价结果显示,该区地表水适合灌溉。经相关分析发现,该研究区地表水中,Ca2+、Mg2+、Na+与SO42和Cl均具有极显著的相关性,此外,Ca2+与Mg2+、Na+与K+、SO42与Cl也显示出了极显著的相关性,表明这些离子相互影响,或者具有相同的来源,受人类活动影响较大。     

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。     

滩涂区不同围垦年限土壤总盐及盐基离子含量变化规律

为了研究江苏沿海百年尺度滩涂围垦区土壤含盐量、Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子变化规律及影响因素,采用了数量统计、相关分析、因子分析等方法对大丰典型滩涂5个不同时段围垦区表层土壤含盐量、Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子的含量变化、相关关系、盐渍化特征及土壤理化性质对脱盐的影响进行了研究。研究结果显示:随着围垦年限增加土壤含盐量及盐基离子含量逐渐降低,围垦到60 a左右土壤含量平均值低于1g/kg,基本完成脱盐过程,并且盐渍化类型以氯化物型为主转变成以硫酸盐型为主;随着脱盐过程进行,盐基离子之间相关关系和组合特征发生了明显变化,从初期以Cl-、Na+作为主控因子,到围垦后期以SO42-、Ca2+为主控因子;土壤有机质和粉砂粒的增加加速了土壤脱盐进程;盐基离子变化是围垦过程中土壤酸碱度变化驱动因素之一。     

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。     

新疆克里雅绿洲土壤盐分、pH和盐基离子空间异质性分析

以克里雅绿洲盐渍化土壤为研究对象,以野外调查与实地数据为基础,采用空间自相关分析与径向基函数插值法,定量分析了克里雅绿洲土壤的含盐量、pH及盐基离子的空间异质特征。结果表明:绿洲盐渍土表聚性强、呈碱性,土壤含盐量从南至北呈现逐渐增大趋势。土壤含盐量、Na~+、Ca(2+)、K~+、Mg2~+、Cl–、SO_4~(2-)均属于强空间变异,HCO_3~–属于中等强度的空间变异,而pH属极弱变异。土壤盐分含量、pH和盐基离子的Moran’s I指数均通过了显著性检验,研究区土壤含盐量、p H与盐基离子在空间上呈现低聚集性。Pearson相关性分析结果显示,土壤盐分含量与Na~+、K~+、Cl~–和SO_4~(2-)含量具有强正相关性(P0.01),与Ca~(2+)和Mg~(2+)含量中等程度正相关(P0.05);土壤pH与土壤含盐量及盐基离子含量极弱相关。该研究结果可为绿洲水资源合理开发与农业可持续发展提供科学依据,同时可作为盐渍土改良和沙漠化防治等环保工作的决策支撑。     

土壤CO2与喀斯特洞穴CO2季节变化响应分析

为了揭示土壤CO_2对洞穴内环境的意义,对大风洞和响水洞2016年洞内环境指标和上覆土壤的相关数据进行统计与回归分析。结果表明,洞内CO_2浓度、土壤CO_2浓度具有显著的季节性特征,土壤2#对应的洞内空气CO_2在夏冬两季差值达793~884mg/kg。土壤水PCO_2和滴水PCO_2在夏冬两季的差值最高可分别达1.12和0.41,因此洞内滴水PCO_2、土壤水PCO_2也表现出明显的季节性特征。土壤CO_2、洞内空气CO_2、洞内滴水PCO_2和土壤水PCO_2间均表现出一定的滞后现象,如4#土壤水PCO_2与滴水PCO_2的相关系数,由非滞后条件下的0.123上升至滞后条件下的0.596。同时在滞后条件下,土壤CO_2对洞内CO_2的贡献率的总和最高可达84.6%,高于非滞后条件下的值。     

我国主要菜区耕层土壤盐分总量及离子组成

【目的】评价全国主要菜区温室、 大棚和露地菜田土壤盐分及离子组成状况,为土壤次生盐渍化防治、 蔬菜合理施肥和土壤可持续利用提供一定的理论依据。【方法】在我国北方3个区域(东北、 华北、 西北地区)和南方4个区域(华中、 西南、 华东、 华南地区)主要蔬菜种植区不同栽培方式典型菜田耕层土壤展开调查,共采集501个土壤样品,分析了盐分总量及其离子组成。【结果】 1)全国主要菜区设施(温室和大棚)菜田土壤盐分总量及其各离子含量(NO-3、 SO2-4、 Cl-、 Na+、 K+、 Ca2+、 Mg2+)均显著高于露地菜田土壤,盐分总量平均高69.3%,离子组成增加幅度在36.2%~170.0%之间。2)设施菜田土壤次生盐渍化的土样数比例显著高于露地菜田土壤,但设施菜田土壤盐化程度总体上较轻,居于轻度盐化水平的比例占38.2%,处于中度盐化以上水平的比例仅占4.7%。 3)设施菜田土壤盐分总量及主要盐分离子(NO-3、 SO2-4和Ca2+)含量积累总体上随种植年限的延长呈先增后降并趋于平缓的变化趋势,在连续种植5~6年时达到高峰期,之后因采取的各种管理措施而有所降低,但仍显著高于露地菜田土壤。 4)设施菜田土壤盐分离子组成以NO-3和SO2-4为主,其次是Ca2+,分别占盐分总量的27.9%、 26.9%和15.3%。露地菜田土壤主要盐分离子组成总体上是SO2- 4 NO- 3 Ca2+、 HCO-3,分别平均占盐分总量的29.0%、 21.1%、 16.1%和14.1%,但西北地区露地菜田土壤盐分离子组成以HCO-3为主,其次是SO2-4、 NO-3和Ca2+。【结论】设施菜田土壤次生盐渍化的土样数比例虽然显著高于露地菜田土壤,但土壤盐化程度总体上较轻,盐分离子主要是NO-3、 SO2- 4和Ca2+,NO-3、 SO2-4含量大于Ca2+含量; 露地菜田主要盐分离子是SO2-4、 NO- 3、 Ca2+和HCO-3,含量为SO2- 4 NO- 3 Ca2+、 HCO-3。     

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。     

苏打盐渍土地区芦苇地土壤盐分离子空间变异与群落关系研究

对松嫩平原西部苏打盐渍土地区芦苇小区土壤盐分离子和植被群落进行了分析,结果表明土壤盐分离子空间变异显著,四种阳离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)变异系数为0.60~1.22,四种阴离子(HCO3-、CO32-、C l-、SO42-)变异系数为0.35~1.41。离子中,Na+在阳离子中含量最高,HCO3-在阴离子中含量最高。群落间比较,碱茅+芦苇群落八大离子浓度均大于芦苇群落(p<0.05)。且土壤电导率、pH,以及株高、生物量、覆盖度也高于芦苇群落(p<0.01),因此随着土壤电导率、离子浓度的增加,芦苇小区土壤碱化程度加重,植被生长指标减小,植被群落也由芦苇群落向含有碱地植被的碱茅+芦苇群落过渡。