高精度地下水示踪技术及其应用——以毛村地下河流域为例

笔者以桂林毛村岩溶地下河流域的示踪试验为例,探索高精度地下水示踪方法在岩溶水文地质研究中的应用。实践证明,该方法较传统示踪方法具有较大优势。试验中,从地下河主出口回收I号示踪剂为34%,地下水平均流速为35.3m/h,全部回收率约为60%～70%。示踪结果证实毛村地下河流域具有典型河间地块特征,存在多个排泄出口,水文地质边界较复杂;主出口处示踪剂浓度变化呈宽域多峰,说明具有多管道、沿途多个较大溶潭特征;II号示踪剂在所有接收点都没有收到,其原因较为复杂和不确定。枯季部分地下水有沿西南方向断层排泄迹象,雨季是否存在较大径流,还需用示踪试验来证实;流量不均衡,排泄区可能存在潜流。

西南岩溶地区黄荆和檵木叶片结构对其生态环境的响应

应用常规石蜡切片法对生长于桂林毛村岩溶区和非岩溶区的黄荆(Vitex negundo)和檵木(Loropetalumchinense)的解剖特征进行了比较研究,并对两区的黄荆叶片表皮形态进行了扫描电镜观察.结果显示:(1)两地的黄荆叶片背面均有浓密的绒毛,但致密程度有差异,岩溶区黄荆叶片的气孔深藏于绒毛间隙,这种结构可减少水分蒸发,降低因岩溶干旱带来的水分缺失.(2)岩溶区黄荆和檵木的叶片厚度、上下表皮厚度、栅栏组织的厚度以及栅栏组织的致密程度均大于非岩溶区,这些特征有利于减少水分蒸腾.(3)岩溶区黄荆和檵木叶片的维管组织发达程度高于非岩溶区,有利于在蒸腾减小的情况下促进水分运输和营养元素的迁移,说明2种植物叶片结构特征在不同生境区的改变是其长期在岩溶区干旱环境条件下形成的适应性变化.

桂林毛村岩溶地下河二十多来的水质演化趋势研究

利用桂林毛村地下河1983年、2007年、2008年和2009年的水化学监测数据和地下水水质资料,研究了地下河二十多年前后的主要离子浓度变化及其形成原因,并在水质评价的基础上预测其水质演化趋势。地下水地球化学分析表明:(1)地下河水中绝大部分离子和指标符合地下水质量标准(GB/T14848-93)规定的、类水质标准,地下水质量较好,但由于施肥方式以及区域环境等的变化,一些离子浓度有所升高,水质有受污染倾向。(2)pH值呈现出下降的趋势,而Cl-、NO3-、SO42-、Mg2+、TFe、K+、Na+、电导率(Ec)、总溶解固体(TDS)、总硬度(TH)和碱度(Alk)升高较显著。(3)地下水离子浓度的变化主要受水-岩地质作用过程、人类活动和区域环境变化的共同影响。

外源水对碳酸盐侵蚀速率研究--以桂林毛村地下河为例

本文对桂林毛村地下河流域,进行了野外监测与室内分析研究,详细研究了外源水与岩溶水对碳酸盐岩侵蚀速率差异。研究结果表明,碳酸盐岩在岩溶水与外源水中的侵蚀速率存在较大差异,雨季碳酸盐岩侵蚀速率:外源水>外源水补给的岩溶水>岩溶水>空气;旱季碳酸盐岩溶蚀速率:外源水>外源水补给的岩溶水>空气>岩溶水;外源水中的灰岩侵蚀速率>白云岩侵蚀速率;碳酸盐岩试块的侵蚀速率具有明显的季节变化,主要受控于方解石饱和指数、pH值与水动力条件。

桂林毛村不同植被类型土壤微生物数量与碳酸酐酶活性比较

以非岩溶区林地为对比，分析了桂林毛村岩溶区4种不同植被类型土壤微生物数量及碳酸酐酶（CA）活性的季度动态变化规律，发现以下主要结果：①随着植被的正向演替，岩溶区弃耕地、草地、灌丛及林地微生物数量及CA活性逐渐升高，微生物总数从64．07×10^4cfu／g上升到178．23×10^4cfu／g，CA活性从0．77U／g上升到1．82U／g，岩溶区林地大于非岩溶区林地。②在岩溶区不同植被类型，微生物组成均表现为细菌最多（平均值95．14％），放线菌次之（平均值2．79％），真菌数量最少（平均值1．75％）。而在非岩溶区表现为细菌最多（平均值90．95％），真菌次之（平均值5．32％），放线菌最少（平均值3．73％）。③微生物数量季节动态整体表现为春季至夏季逐渐上升，至秋季达到最高，冬季下降，微生物总数的增长依赖于细菌的倍数增长，真菌和放线菌影响较小。CA活性整体表现为夏季和冬季低于春季和秋季，秋季达到最大值。④CA活性与细菌及微生物总数呈极显著的正相关，表明土壤CA主要来源于细菌的分泌。

桂林毛村地下河流域岩溶关键带碳循环研究

本文系统总结了桂林毛村地下河观测站在岩溶关键带垂向上碳循环的监测工作,为基地进入岩溶关键带监测网络奠定基础。对岩溶植被层-土壤层-岩石层-地下水无缝连续体的碳循环监测,包括不同地质背景下典型植被的光合速率、自然植被下凋落物的分解(植被层)、不同土地利用方式下土壤碳库的组成及转化、土壤微生物及有机酸对碳酸盐岩的溶蚀(土壤层)、洞穴CO2浓度及同位素的变化(气体-岩石作用层)、流域水体无机碳特征、外源水对岩溶碳汇过程的促进(地下水层)等方面。经过长期的科研积累,形成一套包括岩溶生物地球化学、岩溶水文过程、同位素示踪技术等在内的野外及室内研究方法,为流域尺度岩溶关键带碳循环的研究提供了技术支持和理论基础。但岩溶关键带碳循环过程中的生物作用及现代CO2在岩溶关键带中的周转时间研究较少,亟待加强。桂林毛村地下河流域岩溶关键带碳循环的研究具有地域优势和学术优势,适合成为我国岩溶关键带监测站。

岩溶区与非岩溶区不同土地利用方式下土壤Zn元素形态分析

本文采用连续提取法，对岩溶区与非岩溶区农田和林地两种土地利用形式下土壤中Zn元素形态进行了分级提取。测定结果表明，土壤中Zn元素主要以残渣态（占总量68．5%～85．0％）存在。此外，岩溶区农田、林地石灰土中Zn元素相对活泼态，即离子交换态（包括水溶态）、碳酸盐结合态、腐殖酸结合态（松结有机结合态）的含量均比非岩溶区对应的要低，而相对稳定态，即铁锰氧化物结合态、强有机结合态（包括部分硫化物态）的含量均比非岩溶区相对应的要高，残渣态含量与相对稳定态具有相同的趋势。这意味着岩溶土壤地球化学环境对土壤Zn的迁移、富集、形态转换具有明显的影，向。长期耕种下岩溶区和非岩溶区土壤均会出现缺Zn状况，岩溶区情况更为严重。而适宜的土壤改良措施，可望提高土壤有效Zn形态的含量。

桂林毛村土壤钙、锌、铅有效性与pH关系初探

以桂林毛村为例,采集土壤样品93个,测定了土壤大量元素钙、必需微量元素锌和有害微量元素铅全量、有效态含量和土壤pH,探讨pH值对这些元素有效态的影响,为该地区改变pH、提高有益元素有效态含量,抑制有害元素有效态含量提供依据。研究结果表明:该地区土壤全锌和全铅含量都很高,但有效锌含量不高;土壤pH与土壤钙、锌的全量和有效态都呈极显著正相关,有效锌与有效铅呈极显著正相关关系。考虑空间因素,MAPGIS 6.5空间耦合分析发现pH与有效锌在不同区间存在不同关系。SPSS 13.0分区间讨论,当pH<7.48,pH与有效锌呈极显著正相关,相关系数0.328;当pH>7.48,pH与有效锌呈显著负相关,相关系数-0.553。

桂林毛村地下河流域雨季与旱季定量示踪分析

以典型岩溶地区广西桂林市毛村地下河流域为例,基于在线高分辨率监测进行雨季与旱季定量示踪试验,精细刻画流域内含水介质特征。根据示踪试验研究及毛村地下河系统内地下水的径流和分布特征,可将毛村地下河系统划分为社更岩、扁岩地下河系统,大冲里-背地坪系统和大岩前落水洞-毛村出口系统。这三个子系统分布于毛村流域的上游和下游,其示踪剂浓度历时曲线为陡升陡降的尖峰,地下管道相对单一,无较大岔道和溶潭发育。各段地下河水动力作用以对流作用为主,且水流一般呈现为紊流流态。雨季流速快、流量较大,平均运移时间短,示踪剂回收率比旱季高。流域中游含水介质相对均匀,无管道发育,地下水主要赋存于溶蚀裂隙。

水化学对水体着生微型生物群落组成与丰度的影响——以桂林毛村表层岩溶泉、砂页岩裂隙泉为例

用载玻片作人工基质,放置在桂林毛村岩溶生态试验场碳酸盐岩分布区表层岩溶泉水和砂页岩区裂隙泉水中,开展着生微型生物群落结构研究。通过对比研究发现:毛村表层岩溶泉水中pH、游离CO2、固定CO2、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、NO3-和SO42-浓度均较砂页岩区裂隙泉水的高;砂页岩区水体中着生生物群落的种数和总个体密度均比岩溶区的低;富钙、偏碱性的岩溶泉水体中形成的着生藻类群落结构以硅藻门为主,而砂页岩区裂隙泉水的着生藻类群落结构则以绿藻门为主。岩溶泉水体的这种着生藻类群落结构的形成与岩溶泉水的富钙、偏碱性有很大的关系。

灵川县大圩镇毛村话语音

描写毛村话的音系,内容包括:毛村话的声韵调、毛村话语音演变、毛村话同音字汇。

环境同位素示踪的毛村地下河流域水流特征

岩溶水文特征是岩溶区生态环境可持续发展的关键驱动力。文章利用环境同位素示踪剂反馈的水动力过程,解译毛村地下河流域的水流特征。其流域内水体δD和δ^(18)O范围均位于大气降水δD和δ^(18)O的范围内,大气降水是流域主要的补给来源;基于δ^(13)C_(DIC)利用质量守恒定律计算岩溶水体中DIC来源于碳酸盐岩溶解的平均值为52.13‰,可揭示相关的水—碳酸盐岩相互作用历程;流域内岩溶水点^(222)Rn和EC值对大气降水的响应特征表明降水的蓄积作用可驱动深层岩溶裂隙水运移,且具有较强的稀释作用;基于^(222)Rn的衰变特征,计算6月份地下河管道有效水流速度为2427.49 m·d^(−1);西南岩溶地下河水流与地表水流相似,且对降水响应敏感。综合毛村地下河流域的水文地质条件及其水文点SI、^(222)Rn、δ^(13)C_(DIC)和δ^(18)O间的相关关系,环境同位素可更好地示踪岩溶裂隙水流特征,揭示岩溶含水系统的空间结构特征及水流路径。水化学环境天然示踪剂可提供有关岩溶含水系统的重要信息,对水动力学方法具有重要的补充作用。

桂林毛村岩溶地下河流域水土流失遥感动态监测研究

为了给西南岩溶地区石漠化发展演变的研究工作提供一定的科学依据和决策支持,选择桂林毛村岩溶地下河流域作为研究区,利用两期遥感影像对该区影响水土流失的三个主要自然要素,即地形坡度、植被覆盖度和土地利用方式进行信息提取,并以地理信息系统为分析平台,参考水土流失强度分级标准,对该区两个时期的水土流失状况进行对比分析。调查监测结果显示,研究区随着坡度的增大,水土越容易流失,而且水土流失强度级别增大;植被覆盖度对水土流失强度起着控制性作用,为抑制并缩减水土流失面积,应保护植被,退耕还林;研究区土地利用变化比较缓慢,导致水土流失面积变化幅度不大。上述结果表明,利用遥感技术手段,可为当地的经济发展和水土流失的监测、评价、预测及治理提供参考。

利用高精度示踪技术和大功率充电法确定地下河系统的管道分布特征——以毛村地下河系统为例

由于岩溶发育的非均一性和复杂性,确定岩溶地下河流域范围及地下河管道的位置是非常困难的。高精度示踪技术可用来确定地下河管道的连通性及地下河流域大致范围;大功率充电法能够准确定位岩溶地下河管道的平面分布特征并追踪地下河系统的管道展布方向。综合高精度示踪技术和大功率充电法等成果,并结合地下河的地表出露特征和钻探等信息进行验证,查明毛村地下河系统的地下河管网分布特征及大致流域范围,探测技术方法组合成效显著。主要成果体现:在毛村地下河系统上游,存在多个地下河管道分支,且还存在一个未被发现的地下河管道,连通各地下河分支;在地下河系统中游径流区,地下河主管道接受周围山体的补给并与次级管道、岩溶裂隙带形成复杂的地下河网状系统;在地下河系统下游排泄区,地下河管道分支呈扇形向排泄点聚集。另外,大功率充电法探测结果显示灯明泉可能是毛村地下河系统的一个分支,但是两者之间的连通性较差,在雨季或水位上涨时,两者之间的联通性可能会有所改善。

桂林毛村地下河水质评价

为确定桂林毛村地下河的氮磷水平及其来源,在毛村地下河出口设置水质自动监测仪,并根据地下河水系分布在流域内布点同时采样监测。结果表明:采用GB/T14848—93《地下水质量标准》Ⅱ类评价,毛村河地下水出口的NH_4^+-N超标率为63.4%,TP达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅱ类,氮磷浓度变化与枯雨季无直接联系。毛村地下河流域TN和NO-3-N的浓度呈现出从上游至下游逐渐升高趋势,经过洼地的大岩前采样点和毛村出口的TN浓度超过地表水水质Ⅴ类标准,其他指标均达Ⅱ类标准。对比不同降雨量条件下毛村地下河出水口NH_4^+-N和TP质量浓度实时动态变化发现,在小雨和中雨期间氮磷浓度变化无明显改变,说明农业施肥和生活污水对地下河水质影响除了集中降雨之外,还存在着通过岩溶地下管道直接流入的途径。在大雨期间,集中降雨对土壤冲刷,TP质量浓度出现了瞬间最高值(23.5μg/L),NH_4^+-N质量浓度则在降雨的携带和稀释下产生剧烈波动。

桂林毛村不同土地利用方式下土壤呼吸空间变异特征

为了研究岩溶非岩溶交错区不同土地利用方式下土壤呼吸的空间变异特征及其影响因素,在桂林毛村进行野外观测试验,测定了土壤呼吸速率、δ^(13)C-CO_2值及相应的环境、土壤、植被因子,分析了土壤呼吸的空间变异性及与这些因子之间的关系.结果表明,土壤呼吸速率变化范围为1. 39～5. 31μmol·(m2·s)-1,最高值约为最低值的3. 8倍.毛村不同岩性区下土地利用方式的变化对土壤呼吸具有重要影响,相同岩性区土地利用方式改变前G2点松树林的土壤呼吸速率约为半坡毁林后G1点沙糖桔园的2. 3倍.土壤呼吸导致大气中CO_2浓度增高及δ^(13)C-CO_2值降低,并且两者之间的统计关系可以用反比例函数来描述.结果还发现,在水热条件与全年均值较接近的4月中旬,土地利用方式对土壤呼吸的影响要大于土壤温度、土壤湿度等环境因子.土地利用方式造成的土壤有机碳含量不同是影响土壤呼吸空间变异性的关键因子.在所有观测的生态系统中,土壤呼吸与有机碳含量和全氮含量之间的关系可以用二元线性回归方程描述,并能解释土壤呼吸92. 5%的空间变异性.