喀斯特石漠化地区洞穴滴水阳离子变化特征与环境响应

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洞穴外部环境信息通常最终反映表现为洞穴滴水地球化学特征变化,而滴水阳离子作为重要的水化学指标,其特征变化及环境响应特征,在洞穴指标体系建立过程中意义重大。为建立洞穴指标体系,解译周围地区地表环境,从而探讨石漠化演变规律。结合国家自然科学基金“利用洞穴沉积物碳同位素体系研究贵州中西部石漠化演化历史(41001367)”和国家“十二五”科技支撑计划重大课题“喀斯特高原峡谷石漠化综合治理技术与示范(2011BAC09B01)”,于2011年1月到2012年12月对贵州石将军洞、本寨洞、大消洞、荣发洞四个不同等级石漠化地区洞穴滴水Ca2+、Mg2+、Sr2+等阳离子化学特征和周围环境进行了两个水文年的监测研究表明:洞穴滴水阳离子对周围环境响应明显,能敏感反映降雨、气温等气候信息的变化,总结其变化特征及环境响应。(1)根据2011和2012水文年不同等级石漠化洞穴滴水Ca2+、Mg2+含量变化特点,发现洞穴滴水Ca2+、Mg2+含量对降雨响应敏感,每年1月~5月,降雨普遍较少且变率小,滴水Ca2+、Mg2+稳定且较低;6~8月降雨量大且多暴雨,降雨变率大,滴水Ca2+、Mg2+波动大;9~12月降雨较多且变率小,滴水Ca2+、Mg2+稳定且较高,按其变化特征可分为三个季节性分区:季节性低值区(1~5月)、季节性波动区(6~8月)、季节性高值区(9~12月)。不同石漠化区域,洞穴滴水对降雨响应程度不同,其中,轻度石漠地区较强度石漠化响应滞后,同时洞穴滴水Ca2+、Mg2+含量更为稳定。这为石漠化研究提供了指标信息,对以后建立洞穴指标体系评价石漠化机制颇有意义。(2)同一滴水点,迁移路径相同,制约滴水滞留时间的主要因素为降雨量,干旱季节滴水迁移缓慢,滞留时间长,CaCO3优先沉积,Mg/Ca比值偏高;相反,雨季滴水迁移快,滞留时间长Mg/Ca比值偏低。季节性低值区(1~5月)、波动区(6~8月)和高值区(9~12月) Mg/Ca均值与降雨量关系表明可知:多数滴水点Mg/Ca值与降雨量负相关性较好,即Mg/Ca比值越高(低),降雨越少(多)。然而四个洞穴各滴水Mg/Ca值与月降雨量之间相关性不明显,原因是洞穴滴水对降雨响应的滞后效应,因此以后研究需特别重视这一现象,进一步长期监测。(3)在本寨洞发现不同滴水点Mg/Ca分区均值与降雨量呈现出有正有负的不同相关性,这与其他洞穴呈现出来的较好负相关性不符,我们来分析产生的原因:本寨洞属于轻度石漠化,洞顶有耕地,植被较好,Ca2+、Mg2+受降雨量影响和中度、强度石漠化有所差异。本寨洞基岩较薄,降雨在顶板中滞留时间较少。并且在监测的两个水文年中,本寨洞经常出现缺水无水的状况,这也导致我们在监测过程中有相对的误差。要全面分析其原因,还要进行长期的指标监测,并且要尽可能最大的减少监测误差,才能更准确地反应信息。发现不同石漠化洞穴Mg/Ca比值与降雨量呈现不同的相关性,对进一步分析石漠化发生产生的多方面因素提供了另一层信息。(4)研究发现石将军洞和本寨洞穴滴水点Ca2+、Mg2+含量形成了以1月份为中心的季节性波谷期,由于在1月份温度、土壤CO2浓度都达到最低值,来自可溶力和溶蚀力的双重影响,引起洞穴滴水Ca2+、Mg2+在1月时异常偏低,成为季节性波谷期,可以得出Ca2+、Mg2+受气温影响较大。并且我们进一步统计了各滴水点Mg/Ca比值与对应研究区月平均气温的关系,发现多数滴水点Mg/Ca比值与气温呈负相关,可以初步分析为洞穴滴水中Mg/Ca比值能够在一定程度反映气温的变化,Mg/Ca比值越高,气温越低。目前,Mg/Ca比值通常用来指示降雨信息、反映干湿变化方面,与气温的相关关系还有待于进一步探讨,在以后的研究中可以更深层次分析,加以印证深化。
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