Characteristics and environmental significance of Ca, Mg, and Sr in the soil infiltrating water overlying the Furong Cave,Chongqing, China

This paper explores the influence of the local meteoric conditions, the overlying soil on the concentrations of Ca, Mg, and St, and the ratios of Mg/Ca, Sr/Ca, and Mg/Sr in soil infiltrating water （SIW）. An in situ monitoring program was carried out above the Furong Cave throughout 2010 to collect data on SIW, monthly temperature and rainfall, and the geochemical com- position and granularity of soils. The discharge of SIW responded quickly to the local rainfall, and its residence time was the primary factor affecting the Ca, Mg, and Sr content of the SIW. The high concentrations of Ca, Mg, and Sr in the SIW during April should be attributed primarily to the prolonged residence of SIW in the soil during the local dry seasons of winter and early spring. The maximum Mg/Sr ratio also occurred in April. The ratio of Mg/Ca in SIW is positively correlated with pro- longed residence time and with high temperatures, which do not strongly affect the ratio of Sr/Ca. The Mg/Ca ratio was lowest when the Sr/Ca ratio was highest because plant metabolism increased the absorption of Ca and Mg, but not St, and also be- cause higher temperatures enhanced the dissolution of Mg more than that of Sr. These different responses of Mg and Sr to temperature increases resulted in high Mg/Sr ratios during July and August.

重庆芙蓉洞洞穴沉积物δ^13C、δ^18O特征及意义

利用重庆芙蓉洞内各种新老沉积物的δ^(13)C、δ^(18)O以及对洞穴内的滴水、池水和洞外泉水的长期观测结果,发现芙蓉洞内的次生沉积物中氧同位素变化整体一致,处于稳定温度下(16℃)的平衡分馏状态。而且洞内滴水和池水的氧同位素也相当一致,反映了外界大气降水中氧同位素的年平均状态。芙蓉洞内各种沉积物中碳同位素变化范围很大,从0‰～-11‰均有分布。由于芙蓉洞内各种滴水以及池水中溶解无机碳(DIC)的δ^(13)C变化约在-8‰～-11‰,显著偏轻于部分洞穴沉积物中的δ^(13)C。通过研究从洞穴滴水到形成次生化学沉积物这个过程中的可能影响洞穴沉积物中碳同位素变化的因素,例如:洞穴温度、滴水高度和速率、CO_2脱气、生物作用、矿物同质异相转换等,同时参考芙蓉洞内连续生长达37 ka的FR5石笋的碳同位素记录,发现以上可能的影响因素都不能完全解释芙蓉洞内次生沉积物中碳同位素的异常偏重现象。虽然芙蓉洞内广泛存在文石与方解石共存的次生沉积物,但是综合分析表明这些沉积物的氧同位素处于平衡分馏状态,可以用来进行古气候研究。不过在利用石笋碳同位素解释古环境变化时需要慎重,特别是在讨论由文石或文石—方解石混合构成的次生沉积物时。

芙蓉洞次生碳酸盐沉积特征及与降水的关系研究

通过对重庆市芙蓉洞内两处滴水和两处池水长期定点观测,现场测试pH、温度和HCO3-浓度等指标,并采集适量水样带回实验室利用ICP—OES和离子色谱仪测试主要离子的浓度,计算CO2分压(PCO2)和方解石饱和指数(SIc),探讨了芙蓉洞内次生碳酸盐的沉积情况及与当地降水的关系。结果显示:四个观测点洞穴水在大部分时间相对于方解石为过饱和水,且正在沉积碳酸盐,可见芙蓉洞地区大部分时间具有洞穴碳酸盐沉积的温度和降水条件;不饱和出现在较大降水量之后的1～2个月内,是降水对岩溶水的稀释作用导致的。因此,降水量的变化是洞穴水呈现过饱和与不饱和交替的出现主要原因,最终导致碳酸盐沉积的季节变化,降水量过大时不利于碳酸盐的沉积。

芙蓉洞洞穴水离子浓度和元素比值变化特征及其环境意义

通过对芙蓉洞2006年3月—2009年2月期间泉水和洞穴滴水、池水的地球化学指标监测,结合当地的器测数据,初步认为洞穴滴水的Sr2+、Ca2+、Mg2+浓度及其比值既取决于环境降水和温度的变化,也受到上覆岩土作用的影响。芙蓉洞外山上的6#泉水Ca2+平均浓度为45.81 mg/L,洞内1#、3#滴水Ca2+的平均浓度64.59 mg/L,2#和4#池水中由于Ca2+沉积,浓度下降到24.74 mg/L,下降了大约61.7%。Mg2+和Sr2+的浓度在泉水、滴水和池水中的变化规律与Ca2+基本一致。各种水体中Cl-的浓度变化幅度较小,平均浓度为1.720.2 mg/L。岩溶水与基岩作用时间长短以及运移过程中Ca2+的前期沉积作用对各元素与离子含量变化具有重要作用。旱季Ca2+的前期沉积作用和雨季基岩的溶蚀及雨水的稀释作用主导着岩溶水中Mg/Ca与Sr/Ca的变化,这些指标能对干旱和洪涝等极端气候事件做出响应。

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。

重庆芙蓉洞洞穴滴水地球化学初探

2005年10月至次年4月的6个月内对重庆芙蓉洞滴水地球化学过程的监测发现:芙蓉洞2个观测点滴水均是矿化度很低的重碳酸盐水型,而地球化学过程受季节变化影响较大,人为影响相对较小;滴水中的pH、电导存在明显的季节变化;而2个观测点水化学组分的差异以及变化趋势的延迟,也可以初步判断出2个观测点可能由于水类型的不同而使其组分有所差异.

芙蓉洞洞穴水Ca^(2+),Mg^(2+)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+,SO42-,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+,Mg2+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。

重庆芙蓉洞洞穴水DIC-δ^(13)C的变化特征及影响因素

为了研究芙蓉洞滴水和池水中溶解无机碳碳同位素(DIC-δ^(13)C)的变化特征、影响因素及其气候环境指示意义,于2013年5月-2014年5月对芙蓉洞进行了洞穴监测。结果显示芙蓉洞山体土壤CO_2浓度和洞内空气CO_2浓度均表现出明显的季节变化特征,夏半年浓度偏高,冬半年浓度偏低,受温度和降水量的共同影响。芙蓉洞5个滴水点的DIC-δ^(13)C平均值为-8.98‰,两个池水点的DIC-δ^(13)C平均值为-6.98‰,池水的DIC-δ^(13)C比滴水的重2‰。对应2013年7月的干旱气候,洞穴水DIC-δ^(13)C在10月相应出现明显偏重值,偏轻的DIC-δ^(13)C值则是对湿润气候的滞后响应。洞穴水的DIC-δ^(13)C变化对地表气候的响应具有明显的滞后期。洞穴水DIC-δ^(13)C主要受土壤CO_2的影响,基岩溶解作用、包气带的开放性等因素也会对洞穴水DIC-δ^(13)C造成一定的影响。研究结果表明在短时间尺度上,洞穴水DIC-δ^(13)C变化响应了当地降水量以及地表湿润状况的变化。

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。

重庆芙蓉洞滴水现代次生化学沉积物沉积速率与元素特征

为了探讨芙蓉洞现代沉积物沉积速率和微量元素(Mg,Sr)的变化特征、控制机制以及气候环境指示意义,于2010年11月到2013年11月对芙蓉洞5个滴水点进行连续现场监测,并采集现代沉积物样品进行沉积速率计算和微量元素测定。结果显示:(1)芙蓉洞5个滴水点的现代沉积物沉积速率与滴量、pH、Ca2+浓度以及PCO2等指标的关系表现出多样性。其中MP4和MP5的沉积速率均与滴量呈正相关(r=0.75,n=11,p<0.01;r=0.63,n=11,p<0.05),两个滴水点的沉积速率整体表现出雨季高、旱季低的变化规律,表明MP4和MP5的沉积作用主要发生在雨季,其沉积速率的变化可以对季节性干湿度变化做出响应。(2)2012-2013年年降水量明显增加,在稀释作用、水岩作用以及植物对元素差异性吸收作用的影响下,各滴水点现代沉积物整体呈现出Mg浓度减小而Sr浓度增大的趋势,Mg/Ca和Sr/Ca比值呈反相关关系,它们响应了年际尺度上降水量增加的气候信息。

基于IPA方法的喀斯特洞穴旅游解说系统满意度评价的实证研究——以重庆市芙蓉洞为例

采用IPA(Importance-Performance Analysis)方法,以重庆市武隆县芙蓉洞为例,从游客角度,对其旅游解说系统的满意度进行研究。通过研究得出以下结论:(1)喀斯特洞穴拥有丰富的科学内涵,游客对导游解说的期望最高,希望导游在解说过程中以洞穴科学为主,将科学性与趣味性结合,以增强吸引力;(2)喀斯特洞穴中的解说牌示是游客自主游览的重要解说媒介,游客的关注度极高,希望其布局在恰当的位置,内容简明、准确、科学,图标符合国际惯例和国家标准,并注意外形与溶洞环境相协调;(3)喀斯特洞穴游客中心的使用频率较高,所处位置、外形、功能、特色服务等均会对游客的第一印象产生较大影响,是增强其整体满意度的重要因素。

芙蓉洞洞穴演化形成所需历史时间估算方法及其地质意义

对芙蓉洞与芙蓉江古水面高程差进行了测量,引用洞穴古老次生化学沉积物同位素地质年代资料,通过和邻区地壳相对抬升速率对比,估算出芙蓉洞洞穴演化形成所需的历史时间约为12～18万a。相对于芙蓉洞古老次生化学沉积物同位素地质年龄(16万a)来说,洞穴演化形成是一个不可忽视的过程,进一步证明了两个清晰的洞穴发育阶段的存在。对于用洞穴古老次生化学沉积物同位素地质年龄代替洞穴发育整个历史过程是需要谨慎的。通过估算方法反演所揭示的该区地壳相对抬升速率与青藏高原相对抬升速率相比,进一步证实了扬子地台和青藏高原虽然具有相同的驱动机制,但扬子地台近代隆升速率远远低于青藏高原的隆升速度。同时,笔者还对扬子地台的隆升趋势作了一定的分析,认为近代扬子地台边缘隆升速度小,中间隆升速度稍大。

洞穴水Ca^(2+),Mg^(2+)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C a2+,M g2+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C a2+,M g2+含量总体变化不大,C a2+离子含量为44~52 m g/L,M g2+离子含量为32~45 m g/L。洞穴次生化学沉积物的主要物质来源是C a2+离子,正处于C a2+离子沉淀较为完全,而M g2+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C a2+/M g2+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C a2+,M g2+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C a2+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M g2+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。

重庆武隆芙蓉洞灯光照明系统的优化研究

在对芙蓉洞现有灯光照明系统的供电方式、照明配电、照明控制、功能性照明系统和景观性照明系统等进行实地调查的基础上,采用问卷调查法和IPA法,分析了游客对芙蓉洞灯光照明系统的期望值和满意度。在此基础上,提出芙蓉洞灯光照明系统的优化对策:(1)排除照明设计中的安全隐患,提高灯具的防护等级,提高照明供电等级,确保芙蓉洞灯光照明系统的安全性;(2)凸显芙蓉洞灯光照明系统的主题性;(3)采用LED光源,充分发挥照明控制系统的作用,注重芙蓉洞灯光系统的生态性;(4)确定不同类型景观的照度水平,科学使用用光方式,做到洞穴照明方式多样化、灯光色彩多元化、灯具与电线隐形化,增强芙蓉洞灯光照明系统的景观性。

重庆芙蓉洞崩塌作用及其环境效应

利用洞穴调查和各类次生化学沉积物同位素测年技术等方法,对芙蓉洞内崩塌物进行研究。结果表明芙蓉洞内崩塌物规模巨大,为多期次崩塌作用的产物,分别形成于大于35万年、35~20万年间、10~2.6万年间、2.5万年后及旅游开放后的1995、2000、2003、2008年,既有洞顶围岩的规模性崩塌,也有洞顶石钟乳的崩落和洞底石笋、石柱的倒塌,分别起因于地壳抬升背景下洞内水流下切使原先浮力消失引起洞顶围岩地应力失衡、洞顶石钟乳不断联合使重量超过联合体-洞顶围岩接触面的临界结合力和洞底石笋、石柱受崩落的钟乳石砸中或强地震引发。崩塌作用引起了洞腔的规模性扩大、钟乳石景观和旅游设施的破坏、被迫改变游览线路等环境效应。针对芙蓉洞崩塌特点,提出了洞穴旅游开发的一些建议。

重庆武隆芙蓉洞洞穴景观美学评价

重庆武隆芙蓉洞景观之美已被世人广为认可,本文尝试对其美学价值进行定量评价.根据该洞穴景观的分布特点和景观评价可操作性的要求,本文把整个景观分为7个小景区,并从美学评价的要求出发,选取了6个评价指标和19个次一级的评价因子,采用了层次分析法和加权法(征询法),进行了定量评价.

重庆芙蓉洞上覆泉水—滴水的氢氧稳定同位素变化研究

通过对重庆芙蓉洞上覆泉水、洞穴滴水的氢氧稳定同位素和气象要素的系统监测,发现芙蓉洞滴水主要来源于当地大气降水,洞穴滴水稳定同位素变幅远小于上覆泉水。其中滴水与泉水的δ18O变幅分别在-7.7‰～-6.8‰和-12.4‰～-4.7‰之间。洞穴滴水和岩溶泉水之间并未出现协调的季节变化规律。另外重庆地区10月份降水状况对上覆泉水稳定同位素影响明显。分析表明洞穴系统上覆基岩的厚度和包气带含水层的调蓄作用对洞穴滴水的同位素不变化影响巨大,平滑了其中的月季变化信息,在利用洞穴沉积物重建高精度古气候信息要对其格外注意。

芙蓉洞CO_2变化特征初探

通过2009年9月～2010年11月对芙蓉洞11个监测点CO_2浓度连续监测,发现芙蓉洞CO_2浓度有一定时空变化特征。空间上,由于洞穴环境封闭,洞内CO_2浓度总体上从洞口到洞尾增长,同时游客人数,洞道形状等因素对其产生一定影响;季节上,CO_2浓度与洞穴外部环境有一定的响应关系,冬季外界温度较低,降水量较少,洞内CO_2浓度也较低。

基于单边界二分式条件价值法的洞穴旅游资源非使用价值评估——以重庆芙蓉洞为例

为提高公众对洞穴旅游资源非使用价值的重视程度,以世界自然遗产地芙蓉洞为研究对象,采用单边界二分式条件价值法,以到芙蓉洞景区旅游的游客、重庆市民为调查对象,对芙蓉洞洞穴旅游资源的非使用价值进行评估。其结果表明:芙蓉洞洞穴旅游资源非使用价值的平均支付意愿为330.49元,非使用价值总额为229.82亿元,远大于其门票收入;芙蓉洞洞穴旅游资源非使用价值的平均支付意愿大小与被调查者对芙蓉洞非使用价值的了解程度、婚姻状况、年龄、职业、年收入、文化程度、人均出游花销显著相关。今后应加强对芙蓉洞非使用价值的认知,通过多种渠道宣传芙蓉洞的非使用价值,多方合力,共同保护芙蓉洞洞穴旅游资源。

基于Logistic-ISM模型洞穴旅游地游客环境责任行为意向的影响因素

洞穴资源与生俱来的脆弱性和时有发生的游客破坏洞穴资源行为影响洞穴旅游地的可持续发展,挖掘喀斯特洞穴旅游地游客环境责任行为意向的深层影响因素,对规范游客行为和保护喀斯特洞穴旅游地的资源环境具有重要意义。文章以重庆市武隆区芙蓉洞和丰都县雪玉洞为例,运用SPSS和MATLAB软件对459名游客问卷数据进行实证分析。运用Logistic-ISM模型,分析影响洞穴游客环境责任行为意向的因素并解释各因素之间的逻辑关系与层次结构。分析表明:解说系统质量、环境卫生质量等11个影响因素对喀斯特洞穴旅游地环境责任行为意向具有显著影响;其中,表层因素包括自然共情、感知行为效能和主观规范;中层因素包括自然景观质量、环境卫生质量和环境行为约束;深层因素包括解说系统质量、基础设施质量、性别、学历、过去行为频率,而解说系统质量位于整个影响因素的中枢。