為探究巖溶洞穴水溶解無機(jī)碳同位素(δ¹³C_DIC)的變化特征、來源、影響因素及與主要水文地球化學(xué)指標(biāo)間的相互關(guān)系.于2016年9月—2017年8月,逐月對貴州綏陽麻黃洞上覆土壤空氣、不同類型洞穴水及對應(yīng)洞穴空氣環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行野外監(jiān)測、采樣和室內(nèi)實(shí)驗(yàn),并運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法對各監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行分析.結(jié)果表明,時(shí)間上,不同類型洞穴水中δ¹³C_DIC值均表現(xiàn)出旱季偏重,雨季偏輕的季節(jié)性變化特征;空間上,δ¹³C_DIC值表現(xiàn)出地下暗河>洞穴滴水>裂隙水的特征.洞穴水δ¹³C_DIC值與其主要水文地球化學(xué)指標(biāo)中的水溫、EC、Ca²⁺、HCO^-₃、SIc等呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,與pH、Mg/Ca、Sr/Ca等呈顯著正相關(guān)關(guān)系,但由于不同類型洞穴水在基巖裂隙或巖溶管道中運(yùn)移路徑、洞穴上覆地表植被覆蓋、洞穴水是否充分脫氣及二次溶蝕作用等因素影響,洞穴水點(diǎn)間δ

【文章來源】：環(huán)境化學(xué). 2020,39(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

麻黃洞監(jiān)測點(diǎn)分布圖

雨季時(shí),PCO2(soil)平均值為15391.8 ×10-6(V/V),旱季為7383.7 ×10-6(V/V),表現(xiàn)出明顯的雨季高于旱季的季節(jié)性變化特征,是由于研究區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,“雨熱同期”的雨季,土壤層中植物根系呼吸作用以及微生物活動較強(qiáng),使土壤CO2濃度較高;反之,旱季,干旱少雨和氣溫偏低的氣候條件使得土壤中微生物活動和植物根系呼吸活動減弱,土壤CO2濃度降低(圖3)[19].空間變化上,麻黃洞上覆土壤PCO2(soil)在2521×10-6—19200×10-6(V/V)之間,且監(jiān)測點(diǎn)間存在明顯差異,可能是由于麻黃洞上覆3個(gè)土壤點(diǎn)地表覆被差異引起(表1).2016年9月—2016年12月,各土壤監(jiān)測點(diǎn)PCO2(soil)逐月降低,可能受該段時(shí)間降雨量逐月減少和氣溫變冷的影響,到2017年4月份降雨量和溫度逐漸偏升后,PCO2(soil)也出現(xiàn)了回升,這說明土壤PCO2(soil)變化與洞外環(huán)境溫度和降雨量變化具有一致性,PCO2(soil)對地表溫度和降雨量變化具有積極響應(yīng).圖3 麻黃洞PCO2(soil) 、PCO2(a)季節(jié)變化與溫度、降雨量關(guān)系圖

圖2 麻黃洞主要水化學(xué)指標(biāo)時(shí)空變化洞穴空氣CO2主要來源有:洞穴水的脫氣作用[20],洞穴通風(fēng)效應(yīng)[21],旅游洞穴中游客呼吸作用[22],洞穴上覆土壤層及表層巖溶帶中CO2通過巖溶裂隙的擴(kuò)散傳輸作用[23].由于麻黃洞為非旅游洞穴,因此不考慮人為因素的影響.圖3所示,麻黃洞洞穴空氣PCO2(a)變化范圍為444×10-6—985×10-6(V/V),變化幅度達(dá)541×10-6(V/V),但較土壤PCO2(soil)明顯偏低.時(shí)間上,雨季PCO2(a)變化平均值為755.6 ×10-6(V/V),旱季為521.8 ×10-6(V/V),與PCO2(soil)類似均表現(xiàn)為雨季>旱季的較明顯的季節(jié)性變化特征,是由于雨季氣溫和降雨量增大,洞穴上覆土壤層生物活動、植被根部呼吸作用增強(qiáng)和土壤通透性發(fā)生改變,使得PCO2(soil)升高,大氣降水在流經(jīng)土壤層時(shí)將吸收更多的土壤CO2下滲進(jìn)入洞穴,通過洞穴水的脫氣作用和CO2的擴(kuò)散傳輸作用進(jìn)入到洞穴空氣環(huán)境中,使雨季PCO2(a)高.相反,旱季土壤中微生物活動和植物根系呼吸活動減弱,PCO2(soil)降低,進(jìn)入洞穴中的土壤CO2減少,使旱季PCO2(a)降低.與此同時(shí),降雨量減少可能引起洞穴上覆巖溶管道或基巖裂隙中的巖溶水干涸甚至斷流,使在雨季充滿水的巖溶通道或基巖裂隙成為排氣孔,巖溶管道和基巖裂隙干涸而成為排氣孔,產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”[24],同樣會使PCO2(a)降低.空間上,與洞穴滴水溫度類似,在接近洞口的兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(MH1#、MH2#)PCO2(a)較洞內(nèi)低,且月間變化較洞穴深處其他監(jiān)測點(diǎn)大,但仍表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化特征,主要受洞穴通風(fēng)效應(yīng)的影響[25].PCO2(a)隨PCO2(soil)也有明顯的季節(jié)性變化,但變化幅度較PCO2(soil)小,PCO2(a)主要受控于洞穴上覆PCO2(soil)的變化,洞穴上覆PCO2(soil)是PCO2(a)的主要來源,類似的結(jié)果在多個(gè)洞穴研究中均有記錄[26].2016年10月、12月和2017年5月各監(jiān)測點(diǎn)間PCO2(a)存在顯著差異,2016年11月和2017年6月、7月和8月PCO2(a)均表現(xiàn)出顯著上升,與其前1—2月的大氣降雨對應(yīng),表明PCO2(a)變化與大氣降雨間存在“滯后效應(yīng)”,其滯后時(shí)間為1—2個(gè)月左右,與殷超等[27]的研究結(jié)果一致.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]巖溶區(qū)不同土地利用下地下水碳同位素地球化學(xué)特征及生態(tài)意義[J]. 任坤,潘曉東,曾潔,焦友軍,彭聰,梁嘉鵬.  環(huán)境科學(xué). 2019(10)
[2]短時(shí)間高強(qiáng)度旅游活動下洞穴CO2的變化特征及對滴水水文地球化學(xué)的響應(yīng)[J]. 張結(jié),周忠發(fā),汪炎林,潘艷喜,薛冰清,張昊天,田衷琿.  地理學(xué)報(bào). 2018(09)
[3]貴州綏陽地質(zhì)公園白云巖喀斯特景觀特征及其形成演化分析[J]. 韋躍龍,羅書文,陳偉海,歐陽志宏,羅劬侃,李成展.  地球?qū)W報(bào). 2018(03)
[4]貴州涼風(fēng)洞洞穴系統(tǒng)鍶同位素特征[J]. 朱小龍,羅維均,王世杰.  地球化學(xué). 2018(02)
[5]池武溪流域巖溶水SO42-的空間變化特征及其來源分析[J]. 汪炎林,周忠發(fā),田衷琿,李坡,張結(jié),潘艷喜,曹明達(dá).  環(huán)境化學(xué). 2017(12)
[6]土壤CO2與喀斯特洞穴CO2季節(jié)變化響應(yīng)分析[J]. 殷超,周忠發(fā),田衷琿,曹明達(dá),張結(jié),潘艷喜,汪炎林.  水土保持學(xué)報(bào). 2017(04)
[7]白云巖洞穴系統(tǒng)中水-氣CO2分壓對洞穴水水文化學(xué)過程的影響:以貴州雙河洞為例[J]. 曹明達(dá),周忠發(fā),張結(jié),殷超,張紹云.  環(huán)境科學(xué)與技術(shù). 2017(03)
[8]重慶芙蓉洞洞穴水DIC-δ13C的變化特征及影響因素[J]. 黃春霞,李廷勇,韓立銀,李俊云,袁娜,王海波,張濤濤,趙鑫,周菁俐.  中國巖溶. 2016(03)
[9]貴州納朵洞洞穴水化學(xué)性質(zhì)和δ13CDIC特征及其影響因素研究[J]. 沈蔚,王建力,王家錄,蔣先淑,毛慶亞.  中國巖溶. 2016(01)
[10]貴州施秉白云巖喀斯特區(qū)水化學(xué)和溶解無機(jī)碳穩(wěn)定同位素特征[J]. 肖時(shí)珍,藍(lán)家程,袁道先,王云,楊龍,敖向紅.  環(huán)境科學(xué). 2015(06)



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