為探究巖溶洞穴水溶解無機碳同位素(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)境指標進行野外監(jiān)測、采樣和室內(nèi)實驗,并運用數(shù)理統(tǒng)計分析方法對各監(jiān)測指標進行分析.結(jié)果表明,時間上,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)指標中的水溫、EC、Ca²⁺、HCO^-₃、SIc等呈顯著負相關(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)測點分布圖

雨季時,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,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)測點間存在明顯差異,可能是由于麻黃洞上覆3個土壤點地表覆被差異引起(表1).2016年9月—2016年12月,各土壤監(jiān)測點PCO2(soil)逐月降低,可能受該段時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)指標時空變化洞穴空氣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541×10-6(V/V),但較土壤PCO2(soil)明顯偏低.時間上,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)土壤層時將吸收更多的土壤CO2下滲進入洞穴,通過洞穴水的脫氣作用和CO2的擴散傳輸作用進入到洞穴空氣環(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,進入洞穴中的土壤CO2減少,使旱季PCO2(a)降低.與此同時,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,在接近洞口的兩個監(jiān)測點(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)”,其滯后時間為1—2個月左右,與殷超等[27]的研究結(jié)果一致.

【參考文獻】：
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