Particle Size Characteristics of Soil in Karst Area with Different Land Use Pattern—A Case Study of Shuifang Spring,Jinfo Mt.,Chongqing

This paper tried to analyze the particle size characteristics of the soil samples in Shuifang Spring catchment area,Jinfo Mt.,Chongqing with different land use patterns that are horse race grassland, rhododendron bush,bamboos,and the grassland near the Shuifang spring.The different land usepattern in karst area is of great affection to the particle size characteristics of soil.The median diameter of the karst surface layer soil becomes gradually smaller and smaller in following sequence:horse race grassland,grassland near the Shuifang Spring,

Study on Quantitative Model of Karst Drainage Basin Water-Holding Based on Principal Component Analysis: A Case Study of Guizhou, China

In Karst drainage basins, there are the ground water and underground water exchanging frequently, and the shortage of water resources due to having the special double aquifer mediums and unique surface and subsurface river systematic structure. This paper is to select 20 research sampling areas coming fromGuizhouProvince, and according to the spectral characteristics of the catchment water-holding mediums and vegetations, and using the remote sensing technique, extract the watershed vegetation index. According to the principle of principal component analysis, using the software of Spss and Matlab is to analyze the impacts of watershed vegetation type on the catchment water-holding ability, and establish the principal component analysis function. Studies have shown that: 1) the watershed vegetation coverage rate plays an important role in Karst basin water-holding ability;2) the catchment water-holding ability is the comprehensive reflection and manifestation of the Catchment Water-storing Capacity (CWC);3) it is much better effects and higher accuracy to monitor/forecast the catchment water-holding volume by using the vegetation indices.

西南喀斯特流域碳酸盐岩的硫酸侵蚀与碳循环

流域化学侵蚀及其速率与流域生态和环境之间的关系是当前地表地球化学研究的重要前沿领域,其中碳酸盐岩的硫酸风化机制及其与区域碳循环的关系则是科学家们最为关注的科学问题。因此,近年通过研究西南喀斯特流域地表水地球化学对这一科学问题进行了研究,发现西南喀斯特地区河水一般含有较多的SO24-,从化学计量学、SO42-的δ34S和溶解无机碳(DIC)的δ13C分析发现,硫循环中形成的硫酸广泛参与了流域碳酸盐矿物的溶解和流域侵蚀:西南喀斯特流域碳酸盐岩的侵蚀速率为97t/(km2·a),消耗CO2量为25t/(km2·a)。对乌江流域河水硫酸盐离子的硫同位素研究结果认为:参与流域侵蚀的硫酸主要来自煤系地层硫化物和矿床硫化物的氧化及大气酸沉降,分别对河水SO42-的贡献为50%、27%和20.5%(其余2.5%的SO42-为硫酸盐蒸发岩的溶解);硫酸风化碳酸盐岩向大气净释放CO2的总通量为8.2t/(km2·a),依此计算西南喀斯特区域向大气释放CO2的通量为4.4×1012g/a,相当于每年西南碳酸盐岩风化消耗CO2总通量的33%。将乌江流域的研究结果对我国大陆碳酸盐岩分布区域进行相应计算发现,硫酸风化碳酸盐矿物向大气释放的CO2总通量为28×1012g/a,相当于全球硅酸盐风化消耗CO2量的26%。硫酸参与流域侵蚀改变了区域碳循环,人为过程可以通过释放酸沉降、矿业活动和土地利用等形式加速流域侵蚀和影响流域元素的生物地球化学循环。

贵州典型岩溶流域水循环驱动的岩溶碳汇通量及其主控因素分析

利用高分辨率水文水化学自动记录仪,对地处湿润亚热带季风气候条件下的贵州省黔南峰丛洼地区的板寨和黄后,以及位于黔中高原面上丘原区的后寨3个岩溶流域进行了为期6年半(2007年5月至2013年10月)的连续监测。结合流域出口水中主要化学组分的野外滴定与室内分析实验,建立了水中碳酸氢根、钙和镁等主要离子与电导率之间的线性相关关系,进而获得了高时间分辨率的水中CO_2分压、方解石饱和指数和岩溶碳汇通量等指标。数据统计分析发现:(1)板寨、黄后和后寨岩溶流域的多年平均岩溶碳汇通量分别为29、33和39 t-CO_2km^(-2)·a^(-1);(2)岩溶流域出口水中碳酸氢根离子具有化学稳定性行为,流量是流域岩溶碳汇通量的主控因子。

喀斯特小流域植被-土壤系统钙的协变关系研究

分析和探讨了贵州花江峡谷查尔岩小流域不同生态系统中土壤和植物中总钙与不同存在形态钙的含量及其相互之间的关系。研究区土壤中,不仅总钙含量(平均1.8%)高,而且交换态钙含量(平均占总钙含量的50.9%)也很高,与土壤总钙含量显著正相关。植物总钙含量(平均在1.2%-3.2%之间)高,且在不同层次间有较大的差别,灌木层钙含量(平均2.3%)大于草本层(平均1.2%)。不同物种间钙含量变化也较大,在研究区所有物种中构树钙含量最高(平均3.2%)。植物中三种形态钙(水溶性钙、乙酸溶性钙、盐酸溶性钙)含量以水溶性钙含量最高,但并不随植物总钙含量的增加而增加,且在不同植被中含量相差较大。植物、土壤总钙及土壤交换态钙含量,都随着次生林、草灌、灌草、稀疏灌草的演替有增加的趋势。土壤-植被间钙含量的相关性分析表明,高钙的土壤环境是导致植物钙生物吸收系数高的主要原因。

硫酸参与喀斯特流域(北盘江)风化过程的碳同位素证据

在碳酸盐岩地区,流域侵蚀过程中硫酸是否参与,对于我们正确理解流域化学风化速率,以及流域侵蚀对大气CO2的消耗和全球碳循环等都有重要的意义。本工作在前期工作(乌江)的基础上,对贵州喀斯特地区的河流(北盘江)和支流的水化学特征以及水体溶解无机碳同位素组成进行了初步研究,研究结果证实硫酸参与了该喀斯特流域岩石/土壤化学风化过程。

典型喀斯特表层岩溶带地下水化学特征——以贵州清镇王家寨喀斯特小流域为例

以喀斯特小流域为研究尺度,对清镇市王家寨退耕还林(草)示范区内的9个表层岩溶泉进行了一个水文年的系统监测,并借助SPSS统计软件开展了泉点的聚类分析研究,旨在从常规水化学角度为流域退化生态环境的恢复与重建提供科学依据。从结果来看,虽然所有泉点的水化学类型均为HCO3-Ca型,但是根据K+、Na+、Ca2+、Mg2+、F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-等指标的具体差异,还是可以将9个泉点分为3组:(1)位于流域上游分水岭处的S8、S9泉点,由于远离居民集聚区,受到人类活动的影响程度弱,泉水中EC和各主要离子的质量浓度均很低,[Ca2+]*与[HCO3-]的关系说明泉水流经地区的岩石类型主要为白云岩;(2)位于流域中部的S2、S3、S4、S5、S6和S7泉点,靠近居民点,受到人类活动的影响程度明显增强,泉水中EC和各主要离子的质量浓度也相应增大,[Ca2+]*与[HCO3-]具有与第一组泉水完全不同的特征,表明此组泉水流经地区的岩石类型为白云质灰岩;(3)位于流域下游的S1泉点,处于村寨下游,受到人类活动的影响最大,泉水中EC和各主要离子的质量浓度也很高,[Ca2+]*与[HCO3-]的关系与第二组泉点相似,但是[SO42-]和[F-]远高于前2组泉点,这可能是由于在泉水的运移路径上有富含石膏和氟的岩石存在。

结合粒度和^(137)Cs对小流域水库沉积物的定年——以黔中喀斯特地区克酬水库为例

对取自黔中喀斯特地区克酬水库32cm长沉积物柱样进行137Cs比活度以及粒度测定,结合气象站点降雨数据进行比对分析,对沉积物不同层位的年代进行了划分,并以此结合质量深度推算了1960-2004年间该水库的沉积速率.结合实例分析了137Cs沉降、运移和沉积,改进了仅依靠137Cs峰值定年方法,认为在流域面积较小、137Cs比活度测试绝对数值较小的流域,降水和其他条件造成的土壤侵蚀程度差异可能是造成土壤中137Cs进入湖泊沉积物多少的更主要原因,并表现为沉积物中137Cs不同层位的差异.

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。

典型喀斯特地貌类型区小流域划分——以贵州省金沙县为例

我国水土保持和石漠化防治是以小流域为单元来开展工作的,而在喀斯特地区进行小流域划分的研究还比较少。以1∶5万地形图作为工作底图,进行数字化采集并结合空间插值的方法生成贵州省金沙县DEM数据,并以GIS的水文分析模块为基础,经过自动提取微流域,微流域归并,流域边界验证等过程,最终提取金沙县小流域338个。从提取的结果来看,小流域的面积集中分布在3~10km^2范围内,占小流域总数的79.29%;在完整型、区间型和坡面型三种小流域类型中,研究区小流域类型以完整型小流域为主;绝大部分流域的分界线能够达到要求,在峰林、峰丛、洼地分布的地方会出现分界线偏离山顶点或者鞍部,这些地方水系网络复杂,自动提取的小流域与实际不相符合,需要进行手动修改。

土地利用变化对贵州印江喀斯特小流域水体DIC含量及δ^(13)C_(DIC)的影响

以印江流域水体为研究对象,分别于2014年夏季和冬季采集印江河主干与支流表层水样品,测定并分析其基本物理化学参数、主量离子浓度和溶解性无机碳(DIC)含量及其碳同位素组成(δ^(13)C_(DIC)),结合流域内不同的气候条件和土地利用强度与方式等生态环境条件,对表层水体中DIC的来源及其时空变化特征进行探讨。结果表明:印江河流域表层水p H值呈中性到碱性,水化学组成主要受碳酸盐岩风化的控制,阳离子主要以Ca^(2+)、Mg^(2+)为主,阴离子主要以HCO-3为主,而且主量离子在冬夏季表现出较为显著的差异。印江河流域干、支流水体DIC和主量离子含量向下游总体呈现递增趋势,并随季节呈现夏低冬高的变化趋势,可能与研究区水体上游土地利用强度低而下游存在大量的农耕用地以及当地冬夏季降雨量差异有关。相比之下,印江河流域干流水体δ^(13)C_(DIC)均值为-10.39‰、支流水体δ^(13)C_(DIC)均值为-8.29‰,差异相对显著,反映了作为源头支流水体主要受碳酸盐岩风化影响,支流汇入干流水体过程周边土地利用强度增大、方式多样,影响较为明显。而且该流域干、支流水体δ^(13)C_(DIC)的季节性差异显著,支流水体DIC主要由于水-岩交换在冬季更加富集13C,而干流水体DIC则主要由于生物量效应在夏季相对富集13C,极有可能与当地土地利用强度和方式的季节性变化有关。

济南岩溶水微量元素分布特征及其水文地质意义

济南以泉名扬天下,故称泉城。20世纪后半期,由于地下水的开采,济南泉水流量逐年递减,并于1976年始出现断流,20世纪末限制岩溶水开采量后,泉水复涌。自1980年开始,保泉地质调查工作陆续开展,但迄今对泉水补给方向及影响泉水因素尚无定论。采用微量元素水文地球化学方法,对济南可能的泉域范围内的枯丰水期岩溶水化学特征及其变化进行了研究。结果表明,丰水期较枯水期离子浓度总体偏低,由南部山区向北至泉群地带,元素浓度由低到高,显著地反映出由补给区通过径流区至排泄区的整个水化学过程。利用PHREEQC软件MIX模块,选择趵突泉及其周围的不同采样点岩溶水进行配比混合模拟。结果显示,泉水补给方向多样,趵突泉不仅有近源补给来源,还有远距离深循环补给。作者结合调查区地质构造及相关水文地质条件,认为济南泉水的形成是多源混合补给、深浅循环结合而成,千佛山断裂北部透水段,对济南泉群的形成具有极其重要的作用。

巴江流域演变与路南石林发育耦合分析

本文分析了巴江喀斯特流域的水系、地貌结构特征,通过多次野外调研,探讨了石林的形态及其在巴江流域内的空间分布特征。研究表明石林主要发育在二叠系的栖霞组、茅口组灰岩上,岩性和地层的差异对石林的形状有较大影响;石林的分布在地貌部位上并无明显的选择性,在洼地、斜坡及山顶均可发育,但石林的形态和高度在三种地貌部位间有明显的变化规律;以路南群为中心.往北、东方向距路南群越远,石林的高度有逐渐减小的趋势,同时石柱间的距离也越来越大.由簇状石林向分离程度很好的单个石柱变化;天生桥为一地貌裂点,石林的形态和分布特征在其上、下也表现出明显的差异。同时,根据石林发育的“三元剥蚀”机制,结合路南地区的水文、地质、地貌演化史,作者进一步分析了路南石林发育和巴江流域演变之间的内在联系,并把路南石林的发育划分为三个时期,即路南古湖期、石林遍生期和流域回春期。作者认为,石林的出现和大范围分布并非偶然.而是巴江流域演变到一定阶段的产物。

典型喀斯流域水资源可持续利用研究——以贵州省普定后寨河流域为例

水资源常是制约区域经济可持续发展的重要因素．通过对典型喀斯特小流域作水资源供需平衡分析，分析了流域水资源的主要存在问题，提出了一些积极的对策．为位于高原分水岭处的喀斯特区域水资源可持续开发利用与脱贫提供科学依据．

雨季喀斯特小流域氮输出特征及其受降雨的影响

以黔中典型喀斯特农业小流域后寨河流域为研究区域,探讨喀斯特小流域氮素输出形态特征及降雨对氮素输出的影响。通过对流域内落水洞、地表水和地下水水样各形态氮素的浓度进行监测,估算雨季氮素输出量,结合降雨量数据分析氮输出受降雨的影响。结果表明:(1)后寨河喀斯特小流域水体氮含量明显高于我国主要河流,流域地下水出口溶解性总氮(TDN)浓度均值为6.5mg/L;地表水出口TDN浓度均值为7.3mg/L。(2)氮素输出的主要形态为硝态氮(NO_3^--N),铵态氮(NH_4^+-N)、亚硝态氮(NO2--N)以及有机态氮(DON)输出占比极低。(3)流域内TDN,NO_3^--N,NH_4^+-N,NO2--N,DON雨季输出量估算值分别为55.13,52.12,0.40,0.01,2.61t。(4)持续性的多日降雨加速了水体氮素流失强度,流域上游水体硝态氮浓度在降雨事件发生后呈上升趋势,随着降雨事件的停止而呈下降趋势;流域总出口因降雨而产生的硝态氮浓度变化具有一定的滞后性。

水化学—稳定同位素技术在岩溶水文 地质研究中的应用

水化学—稳定同位素技术在岩溶水系统分析中得到了广泛的应用,尤其是在指示岩溶水文地球化学过程、识别岩溶水补给循环途径、溶质溯源及岩溶水污染监测防控等方面显示了独特的优势,产生了丰富的成果。本文着重阐述了环境稳定同位素δD、δ18O、87Sr/86Sr的工作原理,及水化学—稳定同位素技术在岩溶水文地质研究中的应用。此外,论文还以娘子关泉域和北京西山岩溶水系统为例,介绍了运用水化学—稳定同位素技术分析岩溶水系统补给的思路和方法,展望了该技术在岩溶水文地质和岩溶生态环境领域中的应用前景。

济南泉域排泄区岩溶地下水水化学特征

文章通过分析研究济南泉域排泄区地下水水化学成分特征及形成过程,结合岩溶地下水的补径排条件,揭示了不同位置、不同深度循环的水质存在差异的原因。为保护泉水、优化泉域内地下水的开采方案提供了依据。

山西岩溶泉研究进展与前瞻

山西是我国北方岩溶分布最广的省份,有19个岩溶大泉,岩溶水成为山西重要的供水水源。从泉流量变化趋势、降水补给及时滞、岩溶水资源评价、水化学及环境同位素、脆弱性、采煤及工程建设对岩溶水影响、泉域子系统划分、保护管理措施等方面对山西岩溶泉的研究进展进行了综述。结果表明,山西部分泉域岩溶水水质已不同程度地遭受污染,人类活动和气候变化分别是影响岩溶泉的主要因素和次要因素,人类活动对岩溶泉影响的主要行为为过度开采岩溶水及采煤排水等。因此,建议加强岩溶泉水保护,并指出了山西岩溶泉未来研究的重点领域,可为山西岩溶水的可持续开发利用提供科学依据。

土地利用影响下的岩溶地下水水化学变化特征

为了进一步探讨土地利用方式与地下水水质的关系,在湖南湘西峒河流域采集了包括地下水和地表水的131个样品,在室内进行简分析或全分析,并现场测量了水样的pH、温度和电导率。依据土地利用方式和污染来源将峒河流域的岩溶地下水划分为3种类型:第一类,不受耕地和居民点影响的岩溶地下水;第二类,受耕地但不受居民点影响的岩溶地下水;第三类,受居民点影响的岩溶地下水。将三类岩溶地下水中K+、N a+、C l-、SO42-和NO3-的浓度从大到小放在一个坐标系中比较,结果显示第三类岩溶地下水的5种离子浓度最大,第二类中等,第一类最低,表明土地利用方式对岩溶地下水水质影响明显。在空间分布上,岩溶地下水离子浓度具有东部和东南、西北较高的特点,表现为一些泉水遭到明显的污染,与这些地方土地利用类型以水田、旱地和农村居民点为主,即与农耕施肥和生活垃圾排放有关。虽然居民点或耕地等土地利用类型目前还没有致使地下水水质超过饮用水标准,但是流域内的饮水安全问题不容忽视。

喀斯特小流域石灰土硫形态和硫酸盐还原菌分布特征

用土壤硫形态连续提取和微生物学方法分析了石灰土中总硫、SO_4^(2-)、总还原态硫(TRIS)、有机硫含量以及硫酸盐还原菌(SRB)类群和数量,目的是阐明西南酸沉降地区土壤中硫化物积累和SRB的分布特征。有机硫是主要的硫形态,SO_4^(2-)是主要的无机硫形态。石灰土中检出脱硫叶菌属和脱硫弧菌属-脱硫微菌属类群。石灰土剖面中SRB数量与TRIS含量增大的深度对应SO_4^(2-)-S含量降低的深度,指示石灰土中存在SO_4^(2-)异化还原反应。石灰土较高pH值和较低的黏粒含量不利于SO_4^(2-)吸附,生物滞留后剩余SO_4^(2-)主要通过淋溶迁移出石灰土剖面。有机硫是石灰土中大气酸沉降输入SO_4^(2-)的主要硫滞留方式,在硫沉降输入通量显著降低后,石灰土中有机硫矿化在较长时期内可能导致大量SO_4^(2-)输入流域水体,与SO_4^(2-)淋溶输出有关的流域土壤和水体物理化学组成变化应予以关注。