SOME FEATURES OF CARBON CYCLES IN KARST SYSTEM AND THE IMPLICATION FOR EPIKARSTIFICATION —An Example of Yaji Karst Experimental Site in Guilin,China

The carbon pools of biomass,littering,and SOC wre studied with regards to carbon cycles in epikarst zone,taking an example of Yaji Karst Experiemnt Site in Guilin.This study was focused on SOC and its lability,SOC decomposition rate,CO 2 regime in the soils. 13 ctracing was used to persua the relation of bicarbonate in karst water to soil carbon.The results indicated sufficient carbon pool in SOC for the driveing CO 2 in the karst system.It was revealed that about 60percent of carbon in epi-karst springs resulted from SOC during spring and summer.Thus,the CO 2,driving the karstification,was not simply due to adsorption of atmospheric CO 2 but due to carbon transfer through the pathway of air-plant-soil-water.The driving force should not be overlooked for the epi-karst formation by soil as an interface of carbon environmental geochemistry.

典型喀斯特白云岩小流域土壤-表层岩溶带厚度空间异质性特征

土壤-表层岩溶带厚度是喀斯特地球关键带的关键指标,明确其空间异质性特征对于理解地球关键带结构演化机理以及评估水源涵养功能具有重要意义。在广西环江木连小流域1.4 km 2范围内,通过高密度电法(ERT)探测45条样线,共获取1731个样点的土壤-表层岩溶带厚度及环境因子数据资料,研究了土壤和表层岩溶带厚度的空间分布格局及其影响因素。结果表明,土壤和表层岩溶带厚度平均值分别为1.15 m和6.44 m,且分别呈现强变异程度和中等变异程度。地统计分析结果表明球状模型和指数模型分别可以反映土壤和表层岩溶带的空间结构特征。土壤厚度呈现中等空间自相关性,变程长,空间连续性好;而表层岩溶带呈现强烈的空间自相关性,变程短,空间依赖性强。土壤厚度受到环境因子(地形湿度指数、垂直曲率、曲率、坡向、坡度、高程、覆盖度、出露基岩率和植被归一化指数)的多重影响,而表层岩溶带厚度受部分环境因子影响的同时,与土壤厚度和植被类型的相关性更高。研究结果有助于喀斯特区土壤-表层岩溶带演化机理认识,并为土壤-表层岩溶带厚度的空间预测提供科学依据。

岩溶山区坡面一孔多层地下水监测试验及科学意义

钻孔是揭露含水层结构和开展地下水监测的重要载体。在场地地下水监测中,不分层的丛式钻孔存在成本高、代表性不全等缺陷。“一孔多层”分层监测对水头或溶质分布的区分度高,在孔隙和裂隙含水层应用广泛,但岩溶介质因结构复杂,极少有案例研究。文章对丫吉试验场西坡径流小区的一个钻孔(ZK6)进行分层并开展监测。依据钻孔岩芯编录资料、抽水试验以及水化学与温度测孔的结果,判断岩溶发育的特征,确定将ZK6孔划分为四层,实施了钻孔封隔。对四个层位的水文观测发现,四个层位的水位动态对降雨的响应有较大差异。其中,第一层一个水文年中无水和充水状态时长分别占79%和21%,说明该层的岩溶介质处于充水和无水交替,且更多时间处于无水状态;第二层水位响应滞后明显;第三层和第四层水头差异表现出地下水排泄区的水头垂直分布特征。ZK6孔四个层位的水化学存在差异,表明岩溶介质结构的差异不仅影响了水文过程也影响水化学特征。第四层的电导率基本稳定在450μS·cm^(-1),而第二层因表层元素积累和水更新速率慢,电导率是第四层的2倍,第一层电导率的剧烈变化则反映表层岩溶带受到降雨补给影响最为强烈。综合钻孔分层的水文和水化学特征,认为第一至第四层分别代表表层岩溶带、裂隙基质带、上部饱水带和下部饱水带。岩溶山坡的“一孔多层”分层技术难度大,但一旦实现不仅可以认识岩溶垂向分带的水动力机制,也为地下水分层开发利用技术突破提供了可能。

综合物探方法解译表层岩溶带空间结构特征研究——以广西平果市果化镇生态试验基地坡径流场为例

表层岩溶带是岩溶学研究的重要部分,其结构的解译对表层岩溶带水循环特征及岩溶水调蓄功能的研究具有重要意义。利用综合物探方法(包括高密度电阻率法、自然电位法和地质雷达法),对平果市果化镇生态试验基地坡径流场的表层岩溶带空间结构特征进行了探测解译。通过对高密度电阻率数据和自然电位数据反演,获得坡径流场若干电阻率断面和极化源的空间分布特征,解译了3处强径流带发育的空间位置;通过地质雷达影像图划分了表层岩溶带发育深度。此外,坡径流场地西北侧有深部岩溶裂隙发育,向东南地势逐渐走低,岩溶裂隙也逐渐向面上扩大。研究结果表明,自然电位法是探测岩溶含水构造的有效方法,结合高密度电阻率法,可有效解译强径流带的空间发育位置,而地质雷达法可高分辨地探测表层岩溶带的发育厚度和浅部岩溶裂隙的发育情况;地质雷达法、高密度电阻率法和自然电位法的综合应用能有效探测表层岩溶带的结构特征,是解译表层岩溶带厚度和探测强径流带空间分布的有效手段。

蜀南自贡地区茅口组岩溶储层成因及地震预测方法

近年来,四川盆地下二叠统茅口组大量非构造圈闭钻井获得高产,证实了岩溶储层是茅口组岩性气藏的一个重要控制因素。但岩溶储层的成因及地震响应特征尚不明确,不同地区的岩溶储层预测方法不尽相同。通过对蜀南自贡地区茅口组构造特征、地层特征和岩溶储层地震响应特征研究,得出以下5方面认识:①台内滩相是岩溶储层发育的物质基础,自贡地区茅口组台内滩相主要在茅三段和茅二b段发育;②东吴运动差异抬升是研究区岩溶储层的主控因素;③断层形成于茅口组沉积之后,茅口组顶部岩溶储层受后期局部持续风化控制,茅口组内部岩溶储层受后期断层改造控制;④距茅口组顶距离不同,岩溶储层地震响应特征不同,茅三段表层型岩溶储层物性与茅口组顶部波峰振幅呈负相关,茅二b段内幕型岩溶储层物性则与茅口组内部波峰振幅呈正相关;⑤表层型岩溶储层在平面上不依赖断层且具有一定规模。

基于PLEIK模型的岩溶地下水防污性能评价——以贵阳市汪家大井泉域为例

岩溶地下水资源是中国西南地区经济发展的重要基础。对岩溶地下水进行防污性能评价是合理开发及保护当地地下水资源的有效方法。汪家大井现为贵阳市东郊水厂取水地,是区域内重要的供水水源,对其进行地下水防污性能评价有助于保障居民饮用水水源安全。通过构建研究区PLEIK模型,在考虑保护性盖层(P)、土地利用类型(L)、表层岩溶带发育程度(E)、补给类型(I)及岩溶网络发育程度(K)5个评价因子的基础上,对汪家大井泉域岩溶地下水防污性能进行定量评价。结果表明,研究区内地下水防污性能以较好和中等的区域为主,分别占总面积的23.69%和42.11%;防污性能较差和好的区域次之,分别占总面积的18.54%和15.53%;防污性能差的区域最少,约占总面积的0.13%;表层岩溶带、含水层岩溶网络及土地利用类型是影响该区域岩溶地下水防污性能的主要因素。其研究结果可为该地区地下水环境保护及污染防治提供一定的参考。

表层喀斯特带溶蚀岩体单轴压缩力学特性模拟研究

研究表层喀斯特带溶蚀岩体的力学特性,有助于岩溶区边坡稳定性分析。本文以表层岩溶带溶蚀特征为依据,设定溶蚀率和溶蚀均匀系数作为溶蚀特征参数。基于元胞自动机算法思路,在颗粒离散元软件中构建不同溶蚀特征的岩体模型。对溶蚀岩体进行单轴压缩数值试验,检测岩体加载过程中声发射事件。试验结果表明:溶蚀岩体加载过程可分为:(1)压密阶段;(2)弹性变形阶段;(3)稳定破裂发展阶段;(4)不稳定破裂发展阶段;(5)峰后缓慢软化阶段;(6)峰后快速软化阶段。随溶蚀率增加,岩体弹性变形阶段曲线缩短,岩体抗压强度降低;岩体由脆性破坏逐渐转为延性破坏;同时,溶蚀率增加,岩体抗压强度下降速率由最初快速降低转为缓慢降低,最终收敛。溶蚀均匀系数增加,不稳定破裂阶段曲线增长,岩体由局部破坏转为整体性破坏。研究发现溶蚀岩体单轴抗压强度与溶蚀特征参数呈负指数关系,该关系式可用作溶蚀岩体强度取值,实际工程中应增加溶蚀均匀系数对岩体质量的影响。溶蚀岩体裂纹扩展机理有助于边坡失稳机理研究。

模拟喀斯特生境条件下干旱胁迫对青冈栎苗木的影响

为了研究喀斯特"双层"地质结构对植物的影响,以及在干旱环境下,喀斯特地区植物的生理变化与适应策略,建立"土壤层-岩石(石灰岩)层-岩溶水层"水分供应分层模拟柱,对‘土壤层’设置不同水分梯度,种植青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)苗木进行干旱胁迫试验,测定青冈栎的叶面积、比叶面积、生物量、渗透调节物质含量、相对叶绿素含量。结果表明:在模拟柱‘岩溶水层’加水条件下,植物根系能下扎至‘岩溶水层’,‘土壤层’干旱胁迫对青冈栎的生理变化没有产生影响;在‘岩溶水层’无水条件下,青冈栎生理变化受‘土壤层’干旱胁迫影响显著,‘土壤层’水分含量越低,青冈栎的叶面积、生物量、叶绿素含量、叶片相对含水量越小,青冈栎干鲜比、根冠比、可溶性糖、丙二醛和脯氨酸含量越高。青冈栎幼苗利用岩溶水层水分是适应喀斯特干旱环境的重要策略。

不同岩溶环境系统的水文和生态效应研究

本文选择 3个不同类型的岩溶生态系统作为研究对象。从植被发育状况、群落特征、水化学特征对系统的响应、表层岩溶带功能、系统生态效应及水文效应进行了对比研究。结果显示 ,植被群落特征较好地反映了生态环境系统遭受破坏的程度及所处的演化阶段 ;因表层带本身结构的差异 ,使其具有不同的功能 ,特别是表现在对系统小气候和表层岩溶带水资源的调节方面 ;水化学对系统的响应过程 ,反映了不同系统中物质运移特征的差异。

西南岩溶区表层岩溶带水脆弱性评价指标体系的探讨

从地下水脆弱性的胁迫应变关系出发,通过对西南岩溶区表层岩溶带发育机理和脆弱性特征的分析,提出了以表层岩溶带发育强度、保护性盖层厚度、补给类型、岩溶网络系统发育程度、土壤类型、植被条件、土地利用程度以及地下水开采程度8个胁迫因子(EPIKSVLG)作为对表层岩溶带水脆弱性进行定量评价的指标,并对各指标进行了详细的分析与分类,初步建立了表层岩溶带水脆弱性评价的指标体系。

喀斯特山体表层岩溶带水文地质特征分析——以陈旗小流域为例

表层岩溶带是喀斯特地区水分重要的赋存与运移空间,是水文过程的重要控制因素,研究喀斯特山体表层岩溶带水文地质特征,对喀斯特地区水循环及生态环境保护研究具有重要意义。选取贵州普定县陈旗流域为研究区,通过野外调查、探地雷达探测以及渗透系数原位测定,分析了表层岩溶带水文地质特征及其对喀斯特地区降雨径流形成的影响。结果表明:表层岩溶带平均裂隙率为5.3%,裂隙发育随深度增加而减弱。研究区峰丛山体表层岩溶带发育厚度3m左右,上覆土壤厚度10～60cm,相同山体上表层岩溶带发育厚度由山下部向上部递减。表层岩溶带与上覆土壤和底部传输带渗透性具有较大差异,导致地表超渗产流较少发生,产流主要以蓄满产流为主。

洛塔地区表层岩溶带基本特征及其类型划分

通过洛塔岩溶区的野外调查研究并借鉴前人成果 ,提出了对表层岩溶带的新认识 ,论述了洛塔表层岩溶带的组成及空间分布特征 ,分析了表层岩溶带发育的主要影响因素 ,根据可溶岩类型与气候条件、可溶岩的岩性、水动力条件与表层岩溶带的结构 ,采用三级分类法将区内表层岩溶带划分为一个大类 ,二个亚类及六个次亚类。

轮南奥陶系潜山表层岩溶储层的分布特征

轮南古潜山位于塔里术盆地塔北隆起轮南低凸起中部地区，主要岩溶层位是奥陶系鹰山组与一间房组，轮南古潜山的形成条件和表生岩溶作用时间与中国南方的桂林岩溶存在极其相似之处。本文通过研究轮南地区古风化壳表罢岩溶带发育分布特征及其形成影响因素，认为：表层岩溶带主要分布于距古风化面以下0-40m范围内，此带范围内岩藩缝洞系统相对比较发育，岩溶缝洞系统具有一定连通性，属岩溶储层较为发育的部位，岩溶储层有敏储集空间主要是溶蚀孔洞、小规模溶洞和溶蚀裂缝；表层岩溶带发育与古岩溶地貌及古水动力条件具有密切关系，岩溶地貌娄型或水动力条件不同，表层岩溶带发育厚度、岩溶形态与岩溶缝洞系统发育规模、岩溶缝洞系统充填特征也不同。

岩溶生态系统中不同植被枯落物对土壤理化性质的影响及岩溶效应

对广西弄拉岩溶生态系统中60a成熟林、20a乔幼林和10a灌丛的枯落物、土壤理化性质和岩溶效应进行了研究。研究表明:(1)成熟林、乔幼林和灌丛调落物储量分别为18.4、16.9、1.9t/hm2,通过凋落物归还土壤的营养元素(N、P、K、Ca、Mg、Si、Al、Fe、Zn、Cu、Na、Mn)的年归还总量依次为:乔幼林(4.657t/hm2)>成熟林(4.068t/hm2)>灌丛(0.193t/hm2)。弄拉成熟林的枯落物储量是灌丛的10倍,枯落物12种元素的归还量是其21倍。(2)成熟林枯落物有效拦蓄量是灌丛的11倍,保障了土壤的持水能力。(3)随着土壤的加深,枯落物对其影响减弱。深层土壤的理化性质主要受母岩的影响,化学性质比较稳定,而表层土受枯落物和植被影响大,枯落物的储量、分解程度和组分等控制着表层土有机质、有效N/P/K、有效锰、有效锌等有效态的含量,对元素的全量分布影响不大,影响土壤元素全量空间分布的因子主要是母岩。枯落物可以促进碳酸盐岩的成土速率。植被的发育程度越高,其涵养的表层岩溶泉的溶质含量越多。枯落物的存在增加了水在表层岩溶动力系统中的滞留时间,同时给岩溶生态系统注入更多的有机质和CO2,加速表层岩溶动力系统的运行。

森林覆盖的喀斯特地区表层岩溶带的产流阈值

选择中国南方喀斯特森林石山地区的表层岩溶带中出露的泉水为研究对象,通过对泉水水位、pH、电导率、水温和降水的连续监测,发现表层岩溶带的降水补给的产流阈值为12 mm。同时分析了不同降水补给引起的表层岩溶泉pH、温度、电导率的变化规律。雨季pH在降水后出现暂时的降低,电导率和水温出现暂时的升高。旱季pH、电导率等表现出比雨季更复杂的变化。按照水位、pH、电导率、水温对降水补给的反应的强弱不同,将表层岩溶带对降水的反应分成三个等级。第一等级为表层岩溶泉的流量等都不发生变化;第二等级是表层岩溶泉的4个指标有部分发生微小缓慢的变化;第三等级是表层岩溶泉的4个指标发生显著的变化。表层岩溶带的产流阈值是区别有效降雨和无效降水的标准,并对理解岩溶地下水的形成有帮助。

典型表层岩溶泉短时间尺度动态变化规律研究

本文以广西马山县弄拉岩溶动力系统监测站为例 ,通过人工及自动记录 ,分别对表层岩溶泉水的物理化学特征变化进行了研究。短时间尺度监测表明 ,岩溶动力系统对环境变化十分敏感 ,响应及时。在不同的气候条件下 ,水的物理化学特征多日与昼夜动态变化有不同的表现。在正常气候 (无雨 )条件下 ,水温的变化与气温变化基本一致 ,pH与电导率之间具有较好的负相关关系 ,电导率峰值区滞后最高温度约 4～ 5h。这可能与植被从光合作用向呼吸作用转变导致大气CO2 浓度产生较大的梯度变化有关。而这种梯度十分有利于岩溶作用的进行。暴雨期间 ,稀释作用可贯穿整个降雨过程 ,但降雨 1～ 2h后 ,表层岩溶带的高裂隙率和渗透性开始发挥作用 ,水动力作用和CO2 效应逐渐占主导地位 ,而稀释作用对弱降雨过程仅作用于降雨的开始阶段。因此有必要把水、岩、CO2 气体作为一个整体来解释表层岩溶作用的水文地球化学行为。

湖南洛塔表层岩溶带水文地球化学特征初步分析

湖南洛塔为西南具有一定代表性的溶丘洼地型岩溶区,本文利用近两年来洛塔水环境监测资料,进行洛塔表层岩溶带的水化学和水温场特征的研究,认为该表层岩溶带的水化学和水温场的特征与气候、生态环境和岩溶含水介质等多种因素明显相关。不同影响因素对表层岩溶水水化学组分的作用有所不同,表层岩溶带岩溶水受气候影响较大,大气降水的降雨强度,直接影响到地下水化学组分含量的大小,总硬度和HCO-3含量与降雨量呈明显的负相关关系,植被、土壤的覆盖程度与水化学组分含量高低呈正相关性。

岩溶区青冈栎整树蒸腾的季节变化

应用Granier热消散树干液流技术,在裸露岩溶区坡地上对青冈栎样树的树干液流和整树蒸腾过程变化及其驱动因子进行了研究.结果表明:青冈栎树干液流密度与树木胸径大小的关系是随机的,日间液流密度峰值出现在13:30—14:30;日液流密度峰值夏季最大,为56.00g H2O·m-2·s-1,春季最小,在35.86g H2O·m-2·s-1.岩溶区单树日蒸腾量随着天气变化起伏较大,单树日蒸腾量与水汽压亏缺和太阳辐射呈显著的幂函数相关关系(R=0.97,P<0.01).平均整树日蒸腾量变化格型为夏季高冬春低,秋季(旱季)随土壤水分的减少由高到低变化.与其他地区的树种相比,即使受旱季的干燥少土双重胁迫,裸露岩溶区坡地上的青冈栎整树日蒸腾量仍然较高,推断在岩溶区旱季青冈栎的水分来源可能很大程度上依赖于富水的表层岩溶带.

西南岩溶地区植被喀斯特效应

西南岩溶地区是我国主要岩溶带之一 ,也是世界岩溶研究重点地区。区内因人口众多 ,植被破坏严重 ,部分地区因人为作用已经产生一系列的环境问题。本文从岩溶地区植被演替规律出发 ,针对不同植被生态条件 ,通过对比不同表层岩溶泉的水化学特征和表层土壤空气CO2 (g) (表示CO2 以气相形式存在 )的含量 ,分析了植被在岩溶区 ,特别在表层岩溶带的喀斯特效应。由此 ,一方面可以推动岩溶研究的进一步发展 ;另一方面可以提高人们的岩溶环境保护意识 ,从而为西南地区生态恢复提供基础资料。

桂林盘龙洞岩溶表层带土壤CO2浓度的季节变化研究

以桂林盘龙洞岩溶实验场为例，选择岩溶洼地里的坡地和洼地2个样地，通过长期定时监测土壤CO2浓度变化，表明：（1）土壤CO2浓度具有明显的季节性变化特征，夏季（6—8月）土壤CO2浓度是其它时期的2～3倍，并显示与气温、降水和生物活动密切相关；（2）洼地地段土壤CO2浓度比坡地地段要高，尤其夏季时洼地比坡地高近1000mg／m2；（3）在垂直剖面上，大多数的情况下土壤CO22浓度随土壤深度的递增而升高，但在雨季时坡地（-50cm与-80cm处）和洼地（-80cm与-100am处）的土壤CO2浓度随深度的增加而降低。