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。

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。

湖南洛塔干河猪场表层岩溶泉BP人工神经网络分析

采用湖南洛塔地区干河猪场表层岩溶泉日降水—日平均流量长期观测资料训练BP人工神经网络,建立了该泉的径流预测模型。通过模型训练输出结果中降水量对径流量的贡献率,分析了表层岩溶带对水资源的调蓄能力。结果表明,降水对泉流量的显著影响时间为6天,当天和前一天的降水对当天的流量影响最大;干河猪场表层岩溶带可调蓄26.1%的岩溶水资源;干河猪场泉的全部流量可作为可采资源量,平均流量5.8 L/s,可满足目前的引水需求;通过改善土壤和植被覆盖条件可提高其调蓄能力。

基于在线高分辨率示踪技术的岩溶泉污染来源及含水介质特征分析——以重庆黔江区鱼泉坎为例

在线高分辨率示踪技术以其精度高、成本低的特点在岩溶地下水文系统研究方面得到较为广泛的应用。重庆市黔江区鱼泉坎岩溶泉的污染问题导致蓬东乡、五里乡及其周边3 000居民饮水困难,为了确定水源地主要的污染源,选取荧光素钠、天来宝2种示踪剂,应用在线高分辨率示踪技术确定了重庆某畜禽养殖有限公司的化粪池与鱼泉坎泉之间存在水力联系。两种示踪剂的回收率均较低,分别为:荧光素钠3.51%,天来宝2.56%,且两回收曲线存在一定差别,可能与天来宝的水溶性较荧光素钠低有关。基于荧光素钠初现时间和首个峰值出现时间计算的地下水最大流速与平均流速分别为27.09m/h、22.32m/h,反映鱼泉坎岩溶孔隙、裂隙较小,化粪池污染渗漏缓慢、运移时间长。示踪剂质量浓度历时曲线表现为多峰型,推断化粪池至鱼泉坎泉段至少存在4条较大的径流通道,表明示踪段表层岩溶泉裂隙发育的相对均匀性。欲恢复鱼泉坎泉的水质,须对该养殖场进行防渗处理或勒令关闭。

湘西洛塔表层岩溶泉的生态环境类型及水文特征

岩溶石山区表层岩溶带的调蓄功能可有效控制石漠化的加剧并为严重缺水地区提供饮用水。文章以湖南洛塔为例,在大量的野外调查基础上,通过对洛塔岩溶区表层岩溶系统生态环境与表层岩溶泉水文特征的对比研究,按生态环境属性将表层岩溶泉分为三种主要类型:森林环境表层岩溶泉、石漠化环境表层岩溶泉及石漠化-森林过渡环境表层岩溶泉。详细论述上述三种表层岩溶泉的发育条件与水文特征:森林环境表层岩溶泉具有持续稳定的水文动态与流量;石漠化环境表层岩溶泉流量与降雨量相对应,动态极不稳定;石漠化与森林过渡环境表层岩溶泉流量排泄峰值具有随泉域植被覆盖率增加而缓和的趋势。按照环境类型对表层岩溶泉进行分类,可直观地显示其特殊的水文特征,有助于岩溶泉的合理开发和综合利用。

不同植被条件下表层岩溶泉动态变化特征对比研究——以广西马山县弄拉兰电堂泉和东旺泉为例

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、化学指标的多日和昼夜变化规律进行了研究。在不同的植被条件下,水的物理、化学指标的多日与昼夜动态变化有不同的表现。在次生林条件下,泉水物理化学指标动态变化相对稳定:电导率较高,在599～603μs/cm之间,钙离子浓度变化在73～90mg/l之间,岩溶作用强度较大;在灌丛条件下,泉水电导率较低,为435～460μs/cm,钙离子浓度在52～83mg/l之间,多日和昼夜变化幅度较大,说明灌丛区表层岩溶泉更易受地表环境变化的影响,敏感性更强,总体上岩溶作用强度不及次生林区。

雪玉洞上覆土壤CO_2变化及对表层岩溶泉水化学特征的影响

通过对雪玉洞上方山神庙和火石垭两处土壤CO2和出露于上覆基岩中的红庙水井和一碗水两处表层岩溶泉水化学特征近1年的监测,发现各深度(20,30,60cm)土壤CO2浓度在300～30 000ml/m3范围内变化,呈现夏秋高、冬春低的特点。其中火石垭土壤CO2浓度在2011年10月3个不同深度土壤层都出现明显低值,指示了外界干湿条件的变化。随深度的增加,土壤CO2浓度表现出递增的趋势,但是受不同因素的影响不同地点、不同土壤层中CO2浓度的变化有所不同。表层岩溶泉水化学对土壤CO2浓度的变化具有较好的响应,Ca2+、HCO3-、电导率(EC)与土壤CO2浓度的变化趋势基本一致,呈现夏秋高、冬春低的特点。pH值与土壤CO2浓度的变化趋势相反,呈现夏秋低、冬春高的特点。全年表层岩溶泉水的方解石饱和指数(SIc)>0,Ca2+处于饱和状态,但季节变化明显。二氧化碳分压(P(CO2))与方解石饱和指数变化趋势相反,二者在2011年10月都出现极值,反映出表层岩溶泉水化学的变化受土壤CO2影响显著。

表层岩溶地下水出露地表后的脱气作用——以重庆市南川区柏树湾表层岩溶泉溪流为例

以重庆市南川区柏树湾表层岩溶泉溪流为例,沿柏枝溪流程以一定间距监测水体中HCO3-的浓度及其pH、电导率、溶解氧等水化学参数,并初步探究溪流水的脱气效应。结果显示(1)表层岩溶地下水出露地表后,HCO3-浓度沿流程呈现出递减的规律;(2)HCO3-浓度递减的快慢反映了脱气作用的强弱,溪流脱气速率具有"枯水期>平水期>丰水期"的特点;(3)暴雨期间由于稀释效应HCO3-浓度递减趋势不明显,但降雨后期,递减又开始逐渐产生;(4)脱气效应在造成溪流水HCO3-浓度减小的同时,也导致电导率(EC)沿柏枝溪流程逐渐降低,而pH值逐渐升高;(5)沿途溶解氧(DO)昼夜变化表明,水生生物作用对脱气作用可能也有一定的影响,但其影响机制还有待进一步的研究。

表层岩溶带土壤中多环芳烃分布特征及来源解析

利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对表层岩溶泉域土壤中的16种优控的多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)含量进行了分析,并对其组成、污染水平和来源进行了探讨。结果表明,16种优控PAHs在表层岩溶泉域土壤中的检出率为100%,其含量介于439.19～3 329.72ng/g之间,平均值为1 392.44ng/g,7种致癌性PAHs占总量的26%。PAHs的组成特征受地形的控制,随着海拔升高,低环PAHs所占比例升高,高环PAHs比例降低。同分异构体比值分析表明,研究区土壤中的PAHs主要来自于煤、生物质和石油的燃烧排放。研究区土壤中16种PAHs的TEQcarc值介于18.65～501.13ng/g,平均值为140.57ng/g。7种致癌性PAHs占总TEQcarc的比例达到96.8%。研究区表土中,后沟泉域的污染程度最大,次之是兰花沟泉域和柏树湾泉域,水房泉泉域的污染程度最小,但由于柏树湾泉域松针落叶中BaP、PAHs含量较高,松针落叶中PAHs含量分别高达36.36ng/g和2 370.1ng/g,土壤生态风险评价中应考虑松针落叶层的潜在影响。

贵州荔波岩溶峰丛区表层岩溶泉对大气降雨的响应及其指示意义

以贵州荔波岩溶峰丛区表层岩溶泉为研究对象,采集同期大气降雨和泉水样品,根据它们的δ18O值和δD值以及水量特征,分析植被-土壤-表层岩溶带的调蓄功能。根据表层岩溶泉对降雨的响应特征,将植被-土壤-表层岩溶带分为慢速流域和快速流域,两域之间存在一定的水力联系。卷积积分理论的余弦模型计算结果表明,补给水体经慢速流域调蓄后,其氢氧同位素运移至泉水出水口的平均渡越时间不小于181 d,说明慢速流域具有较强的调蓄功能。通常,从水量特征上看,大的降雨事件易于引起快速流,而雨水和泉水的同位素特征表明,快速流不仅仅源于降雨通过植被冠层形成的穿透雨和树干径流,快速流域也可能具有一定的存储特征,但快速流暴涨暴落的特性显示其调蓄功能较差。因此,有必要采取相应措施,如改善生态环境,以防止水土流失,减少快速流的发生,提高水分的利用效率。

亚高山表层岩溶泉域土壤溶蚀速率季节变化及碳汇量估算——以重庆金佛山水房泉流域为例

利用标准溶蚀试片法测定了重庆金佛山水房泉流域林地、草地和灌丛三种土地利用类型不同深度年溶蚀速率。结果表明,不同土地利用类型、不同季节、不同土壤深度的溶蚀速率具有很大的差异。通过对各土地利用类型下不同季节不同深度土壤有机质、土壤CO2浓度和土壤pH分析发现:土壤有机质和pH相互耦合共同对溶蚀速率产生影响,有机质含量越高,则pH值越低,溶蚀速率就越大;三种土地利用方式下土壤CO2浓度与溶蚀速率具有一定的相关性,夏秋季土壤CO2浓度较冬春季高,相对应地,其土下溶蚀速率也比冬春季大。最后利用试片溶蚀数据对泉域内年碳汇量进行了估算,结果约为:25.595t/a。

典型表层岩溶泉水短时间尺度动态变化规律

通过多功能自动化监测记录仪CTDP300,对金佛山表层岩溶泉碧潭泉物理化学性质的昼夜变化过程进行了研究。短时间尺度监测表明,岩溶动力系统对环境变化比较敏感,响应及时,水的物理化学性质昼夜动态变化在不同气候条件下有不同表现。在无雨条件下,水温的变化与气温基本一致,电导率峰值区滞后温度数小时,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,但由于植被覆盖和地质构造等因素的差异,滞后时间有较大不同;在暴雨期间,虽有植被和土壤的阻挡和调蓄作用,降雨对碧潭泉岩溶水还是有较强的稀释作用,但开始降雨后数小时左右,表层岩溶带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。

喀斯特山地不同土地利用对表层岩溶泉水化学特征的影响

选取南川喀斯特山地3种不同土地利用方式(灌草丛、耕地、石漠化地)下的表层岩溶泉水为研究对象,通过对3个泉水进行一个水文年的水温(t)、pH、电导率(EC)、HCO3-、NO3-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+等水化学指标的测定,结果发现:3个泉水的t、pH、EC及主要阴阳离子都表现出了一定的差异,在t、EC及NO3-、SO42-、Cl-、Na+浓度上,表现为灌草丛泉水<耕地泉水<石漠化地泉水,在K+浓度上,表现为耕地泉水>石漠化地泉水>灌草丛泉水。3个泉水HCO3-+Ca2+占所测9种主要离子的比例分别为87.1%,71.8%,62.9%。泉水的HCO3-浓度及HCO3-+Ca2+占所测定的9种主要离子的比例由灌草丛泉水→耕地泉水→石漠化地泉水逐渐减少。这说明EC、NO3-、SO42-、Cl-、Na+、HCO3-等泉水水化学指标可以作为不同土地利用方式和植被覆盖变化的重要指标。

打狗河流域表层岩溶泉分布特征及水化学特征的影响因素

利用野外调查所得的打狗河流域表层岩溶泉的水化学数据,分析地形地貌、地层岩性、土壤植被、地质构造等因素对表层岩溶泉分布特征及水化学特征的影响。结果表明,打狗河流域表层岩溶泉主要发育于峰丛地貌;白云岩最有利于表层岩溶泉的形成;植被越茂盛,表层岩溶泉越容易发育;地质构造通过控制岩溶发育来影响表层岩溶泉发育。受含水介质中地层岩性控制,打狗河流域表层岩溶泉水化学类型比较集中,主要为HCO3-Ca型;表层岩溶泉流域面积较小,径流时间、径流路径较短,水岩相互作用较弱,使得其pH值偏低,地下水中方解石饱和指数与白云石饱和指数均未达饱和。

表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例

本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩溶水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量。计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份。水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量。泉水HCO3-含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响,HCO3-含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象。相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的。

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。

基于Elman神经网络的表层岩溶泉动态预测及应用——以广西平果县果化镇布洋1号表层岩溶泉为例

基于Elman网络基本原理,建立了布洋1号表层岩溶泉Elman神经网络模型,并以2005年8月2日开始的一次衰减过程为例,详述了Elman神经网络模型应用分析过程,给出了在无降雨影响下该次衰减过程具有的总排泄量及最佳的储水时间。经检验,该模型预测精度较高,为布洋1号表层岩溶泉水资源的科学利用提供了依据,同时也为Elman网络技术在表层岩溶泉动态系统的其它领域应用提供了借鉴。

广西都安三只羊地区地下水资源分布与开发潜力研究

通过对广西都安三只羊地区的岩溶发育特征、水文地质条件的分析,结果表明北部丁峒谷地一带,岩溶化程度较高,地下河发育,降雨入渗总量达13.2×106m3/a,水资源较为丰富;西南部岩溶发育相对较弱,溶洞发育规模不大,仅在局部地区见有表层岩溶泉水出露,水资源较为缺乏。水资源计算表明,全区水资源总量193.5×106m3/a,而现有开发量仅为3.2×104m3/a,因此还有较大的开发潜力。在总结水资源开发历史经验的基础上,提出了以堵、引与机井相结合的综合开采方式,以提高资源的利用率。

喀斯特槽谷区表层喀斯特水化学的暴雨动态特征

喀斯特水化学是在碳酸盐岩-水-CO2气三相相互作用的开放系统中形成的,水化学变化既反映了喀斯特含水介质特点和喀斯特发育的程度,又反映了喀斯特区水土流失的进程。选择重庆市南川区南平镇兰花沟为代表,以兰花沟喀斯特动力系统观测站为依托,采用多功能自动化观测仪CTDP300,对暴雨条件下表层喀斯特泉的pH、电导率、水温和水位进行了连续自动监测。监测结果表明:1.表层喀斯特带对降雨很敏感,其喀斯特水化学明显受降雨条件的影响。在强降雨开始时,喀斯特水pH升高,水温降低、电导率降低、PCO2降低,方解石饱和指数(SIc)升高,喀斯特泉水化学表现出雨水的"活塞效应"。2.在强降雨中后期,表层喀斯特水pH、电导率、水温下降,方解石饱和指数(SIc)降低,这表明稀释作用可贯穿整个降雨过程,但在降雨后3～4 h,表层喀斯特带的高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和CO2效应逐渐占据主导地位。因此,降雨过程中有两个重要的作用在控制着水化学的动态变化,一是雨水的稀释作用,二是碳酸盐岩-水-CO2气相互作用。3.根据喀斯特水化学在降雨条件下不同结构的含水介质中的反应,兰花沟表层喀斯特带含水介质以管道为主。4.土地利用类型的改变也会影响到表层喀斯特水化学对暴雨的响应。

环境对湘西洛塔表层岩溶泉水文地球化学特征的影响

对湘西洛塔不同生态环境类型灌木丛裸露区、旱地与灌木丛半覆盖区、旱地与草丛全覆盖区下表层岩溶泉进行了取样分析,其水文地球化学特征表明:生态恢复对表层岩溶泉水资源具有调蓄作用,使表层岩溶泉在丰水期减峰,枯水期延后;干河猪场、黄家湾、小路湾坡面径流泥沙平均含量分别为94.10 mg/L、389.30 mg/L、1 639.92mg/L,大小顺序为小路湾>黄家湾>干河猪场;表层岩溶泉水化学组分均以HCO-3、Ca2+为主,HCO-3、Ca2+含量的大小顺序均为黄家湾泉>干河猪场泉>小路湾泉;表层岩溶泉pH均大于7.00,呈弱碱性;游离CO2在干河猪场泉、黄家湾泉、小路湾泉中的浓度分别为4.06 mg/L、9.38 mg/L、2.78 mg/L,暂时硬度在干河猪场泉、黄家湾泉、小路湾泉中的浓度分别为124.31 mg/L、173.95 mg/L、88.19 mg/L,总酸度在干河猪场泉、黄家湾泉、小路湾泉中的浓度分别为4.62 mg/L、10.67 mg/L、3.16 mg/L。pH的大小顺序为小路湾泉>干河猪场泉>黄家湾泉;暂时硬度、游离CO2、总酸度的大小顺序均为黄家湾泉>干河猪场泉>小路湾泉,说明良好的植被覆盖具有更好的水文地球化学效应。