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岩溶洞穴系统SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)来源及其对水岩作用的影响

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地球科学 2022年第2期47卷 607-621页

作者：石亮星周忠发张恒安丹丁圣君黄静董慧贵州师范大学喀斯特研究院/地理与环境科学学院贵州贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州贵阳550001

为揭示洞穴系统中SO_(4)^(2-)和NO_(3)-离子来源及其对洞穴碳酸盐溶解的影响,通过对麻黄洞6个水点自2018年8月至2019年7月进行为期一个完整水文年的系统监测,对于监测结果进行综合分析.结果表明:(1)麻黄洞洞穴水水化学类型为HCO_(3)‐Ca... 详细信息

为揭示洞穴系统中SO_(4)^(2-)和NO_(3)-离子来源及其对洞穴碳酸盐溶解的影响,通过对麻黄洞6个水点自2018年8月至2019年7月进行为期一个完整水文年的系统监测,对于监测结果进行综合分析.结果表明:(1)麻黄洞洞穴水水化学类型为HCO_(3)‐Ca·Mg以及HCO_(3)·SO_(4)‐Ca·Mg型;(2)通过实地调查与元素比值法综合分析可知,麻黄洞NO_(3)^(-)与SO_(4)^(2-)各水点来源存在一定差异,其中麻黄洞NO_(3)^(-)主要源于农业活动和大气N沉降,而SO_(4)^(2-)主要以农业活动、石膏溶解为主要来源,SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)均参与了岩溶作用,加速了基岩的溶蚀,这一过程主要受离子浓度、径流大小以及补给模式影响;(3)基于水化学计量法和稳定同位素技术估算可知,SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)洞穴水DIC的贡献为0.05~0.61,释放DIC的同时改变了水中离子浓度,对于岩溶作用形成扰动,总体呈现出旱季>雨季、滴水>裂隙水的特征.同样,由于岩溶区的复杂和不可知,在对其进行系统研究时应当注重多种方法的结合与比较,提高研究精度与可信度.

关键词：岩溶洞穴水岩作用 SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-) 麻黄洞水文地质

土地利用-气候因子对岩溶区水生生态系统代谢调控研究

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地球与环境 2024年

作者：赵宇豪曾思博刘再华贺海波石亮星邵明玉中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室中国科学院大学西南大学地理科学学院

岩溶区地表水生生态系统代谢是岩溶区乃至全球碳循环的重要影响过程，目前岩溶区水生代谢相关的碳通量对全球变化的响应机制尚不明确。本研究通过普定岩溶水碳模拟试验场由不同土地利用控制的岩溶地下水-地表水系统，开展水生生物池代... 详细信息

岩溶区地表水生生态系统代谢是岩溶区乃至全球碳循环的重要影响过程，目前岩溶区水生代谢相关的碳通量对全球变化的响应机制尚不明确。本研究通过普定岩溶水碳模拟试验场由不同土地利用控制的岩溶地下水-地表水系统，开展水生生物池代谢过程以及相关碳通量连续监测和模型计算，揭示岩溶水生生态系统净生产力（NEP）与气候以及土地利用的耦合关系。结果表明：（1）不同土地利用控制地表水水生生态系统NEP在季节和昼夜尺度上皆呈现出显著差异，其中裸岩控制下地表水的NEP季节变化范围为–1.02～0.60 g C/（m2·d）、裸土为–0.18～0.59 g C/（m2·d）、耕地为0.60～0.87 g C/（m2·d）、草地为0.38～0.74 g C/（m2·d）;（2）水生生态系统NEP对气候变化的响应存在季节性差异，辐射强度主导夏秋季水生生态系统NEP变化，春、冬季表现为风速主导NEP变化，同时降雨对水生生态系统NEP的影响在春季明显小于其他季节；（3）不同土地利用控制下，地表水生生态系统NEP年均值呈现明显差异，表现为裸岩(–10.95 t C/（km2·a）)<裸土(127.75 t C/（km2·a）)<草地(229.95 t C/（km2·a）)<耕地(266.45 t C/（km2·a）)。本研究表明土地利用变化是岩溶地表水NEP的重要控制因子，土地覆被条件改善促进了碳酸盐岩的溶蚀以及地下水的DIC输入，地表水在DIC施肥后NEP显著上升，水生生态系统从异养转为自养型；土地覆被条件差的岩溶地表水生生态系统NEP受控气温、降雨，覆被条件较好的则受控辐射。这些发现将为岩溶区地表水碳通量的计算与管理提供依据。

关键词：土地利用变化气候变化碳酸盐风化碳汇水生生态系统

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双河洞流域氢氧同位素特征及其指示意义

地球与环境 2022年第4期50卷 516-525页

作者：黄静周忠发丁圣君石亮星张恒贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵阳550001

为了探究喀斯特区域地表水与地下水的相互转化关系及水-岩作用特征,以双河洞流域为研究对象,分别在2018年12月和2019年6月对流域地表水与地下水进行监测采样。运用数理统计、Piper三线图、回归分析等方法对水样的氢氧同位素组成和水化... 详细信息

为了探究喀斯特区域地表水与地下水的相互转化关系及水-岩作用特征,以双河洞流域为研究对象,分别在2018年12月和2019年6月对流域地表水与地下水进行监测采样。运用数理统计、Piper三线图、回归分析等方法对水样的氢氧同位素组成和水化学特征进行分析。结果表明:(1)旱季和雨季流域内地表水、地下水优势阳离子以Ca^(2+)和Mg^(2+)为主,优势阴离子以HCO_(3)^(-)为主;水化学类型为Ca^(2+)·Mg^(2+)-HCO_(3)^(-)型。(2)流域内氢氧同位素具有季节变化特征,表现为雨季高、旱季低;流域沿程有着复杂的转换关系,池武溪上游以地下水补给地表水为主,池武溪中游至下游地表水与地下水交替补给。(3)流域氘盈余值呈现出旱季低雨季高的季节差异,在水-岩作用的影响下与当地大气降水的氘盈余值变化特征相反,而且水-岩作用强烈的区域与流域洞穴密集分布的特点相对应。

关键词：喀斯特流域地表水与地下水氢氧同位素水-岩作用双河洞

岩溶区土壤理化特征与土壤有机碳含量关系研究

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环境科学与技术 2021年第7期44卷 91-99页

作者：郑维熙周忠发朱粲粲梅再美石亮星安丹贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州贵阳550001

为研究不同土地利用类型下土壤有机碳(SOC)的分布特征和时空差异,文章以贵州绥阳双河国家地质公园典型喀斯特土壤剖面为研究对象,通过雨季和旱季对6种不同土地利用类型土壤表层、20 cm、40 cm、60 cm进行土壤样品的采集,运用野外调查和... 详细信息

为研究不同土地利用类型下土壤有机碳(SOC)的分布特征和时空差异,文章以贵州绥阳双河国家地质公园典型喀斯特土壤剖面为研究对象,通过雨季和旱季对6种不同土地利用类型土壤表层、20 cm、40 cm、60 cm进行土壤样品的采集,运用野外调查和室内分析的方法,探讨不同土地利用类型下土壤剖面理化性质与土壤有机碳含量及其相互间的耦合关系。结果表明:土壤有机碳含量雨季明显高于旱季,随着土层深度的增加,各用地类型下土壤有机碳含量普遍下降。不同土地利用类型的土壤有机碳含量变化规律为有林地(124690 mg/kg)>退耕还林地(104430 mg/kg)>灌丛地(81460 mg/kg)>旱地(77530 mg/kg)>灌草地(54110 mg/kg)>撂荒地(46530 mg/kg)。对各土地利用类型SOC与土壤理化性质进行相关性及因子分析发现,土壤含水量、土壤温度与SOC的相关性较其他因子偏高且呈现正相关,而土壤有机碳含量与土壤pH值、土壤容重、土壤孔隙度的相关性为负相关,影响研究区土壤有机碳含量的主要因素是土壤含水量(41.268%),其次是土壤温度(28.038%)。土壤理化性质在不同程度上影响着研究区的土壤有机碳含量,而土壤有机碳含量的变化又会对该区域的土壤理化性质有着明显的调节作用,两者相互联系并且相互影响,共同制约着喀斯特地区土壤在生态系统中的演变。

关键词：不同土地利用类型土壤剖面理化性质土壤有机碳空间异质性影响因素

麻黄洞洞穴水水化学变化特征及其气候指示意义

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环境科学与技术 2020年第10期43卷 1-9页

作者：安丹周忠发朱粲粲范宝祥丁圣君石亮星贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州贵阳550001

洞穴滴水作为喀斯特地区地表-地下二元结构之间的物质传输者,外界气候环境变化对滴水中各种指标将产生重要影响。作者于2018年7月-2019年10月对麻黄洞洞穴水进行了连续16个月的监测,结合当地气温和降雨数据,采用数理统计、Piper三线图... 详细信息

洞穴滴水作为喀斯特地区地表-地下二元结构之间的物质传输者,外界气候环境变化对滴水中各种指标将产生重要影响。作者于2018年7月-2019年10月对麻黄洞洞穴水进行了连续16个月的监测,结合当地气温和降雨数据,采用数理统计、Piper三线图及离子比值关系等方法,对麻黄洞地下水水样数据进行分析。结果表明:(1)麻黄洞为典型白云岩洞穴,受岩性控制其滴水水化学类型为HCO_(3)^(-)-Ca·Mg型。(2)在顶板厚度、渗流通道、水-土-岩反应等因素影响下,麻黄洞洞穴水中Ca^(2+)、Mg^(2+)、Sr^(2+)、Ba^(2+)浓度变化呈现明显的空间特征,表现为常年慢速滴水点大于季节性滴水点、常年快速滴水点和地下河流水。(3)麻黄洞洞穴水的阳离子中Ca^(2+)、Mg^(2+)浓度表现出明显的季节变化特征,Sr^(2+)、Ba^(2+)浓度季节变化特征不明显,Ba^(2+)浓度受强降雨天气影响较大。(4)洞穴水中Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca比值对外界降雨具有较好的指示性;Mg/Ca比值变化主要受外界大气降雨影响,而Sr/Ca和Ba/Ca比值变化除受到降雨作用影响外还受到其他因素影响。通过对麻黄洞洞穴水的研究,有利于更深一步探索洞穴滴水对古气候环境信息的记录,为今后进行高分辨率的监测分析提供理论依据。

关键词：洞穴水阳离子浓度元素比值气候指示

喀斯特洞穴通风效应特征变化及其对洞内空气环境的影响研究——以贵州绥阳麻黄洞为例

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长江流域资源与环境 2021年第7期30卷 1704-1713页

作者：石亮星周忠发范宝祥汤云涛闫利会安丹朱粲粲贵州师范大学喀斯特研究院/地理与环境科学学院贵州贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州贵阳550001

为探究喀斯特洞穴内部空气变化特征,揭示喀斯特洞穴通风效应时空变化规律及其变化模式,于2016年1月~2019年6月间两个监测周期对贵州绥阳麻黄洞洞内外温度、湿度、CO_(2)浓度以及气压进行为期32个月的数据采集,并基于相关模型进行系统分... 详细信息

为探究喀斯特洞穴内部空气变化特征,揭示喀斯特洞穴通风效应时空变化规律及其变化模式,于2016年1月~2019年6月间两个监测周期对贵州绥阳麻黄洞洞内外温度、湿度、CO_(2)浓度以及气压进行为期32个月的数据采集,并基于相关模型进行系统分析,结果表明:(1)麻黄洞存在3种通风模式:限制性通风模式、积极性通风模式和过渡阶段。其中夏季主要为限制性通风模式,洞内外气流交换较弱;冬季主要为积极性通风模式,洞内外气流交换运动明显,春季和秋季处于过渡阶段,两种模式交替存在。(2)洞道结构影响通风模式,同样,通风效应影响洞穴空气环境变化。根据洞道结构和通风效应对洞穴空气环境的影响可以将麻黄洞洞道分为3个部分:空气环境变化较大的1#~5#监测点、空气环境变化逐渐减小的6#~9#监测点以及空气环境稳定的10#~15#监测点。(3)受特殊的洞道结构影响,洞道中6#~9#存在"狭管效应"引起的"峡谷风",使得春秋两季洞道中部存在明显气流。基于模型分析洞穴通风效应及其对洞穴空气环境影响,研究喀斯特洞穴通风模式及其变化特征,对洞穴沉积物形成及气候变化及碳循环模式研究有重要意义。

关键词：喀斯特洞穴空气环境通风效应时空变化

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喀斯特关键带洞穴系统碳循环研究进展

环境科学与技术 2020年第11期43卷 200-207页

作者：周忠发石亮星范宝祥汤云涛薛冰清贵州师范大学喀斯特研究院/地理与环境科学学院贵州贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州贵阳550001

作为陆地生态系统碳循环中重要的一环,喀斯特关键带洞穴系统碳循环是不可忽视的。岩溶区地上地下二元三维结构使洞穴系统碳循环复杂且不可知,为了研究陆地生态系统碳失汇现象,对洞穴系统这一次级碳库碳循环路径及机理研究是十分必要的... 详细信息

作为陆地生态系统碳循环中重要的一环,喀斯特关键带洞穴系统碳循环是不可忽视的。岩溶区地上地下二元三维结构使洞穴系统碳循环复杂且不可知,为了研究陆地生态系统碳失汇现象,对洞穴系统这一次级碳库碳循环路径及机理研究是十分必要的。该文总结了近年来洞穴系统碳循环的研究成果,包括CO2迁移和以同位素为媒介来揭示碳循环过程的经典案例研究,将洞穴系统碳循环路径分为4个部分:垂直"黑箱"的碳循环、水气交换中的碳循环、通风效应(烟囱效应)中的碳循环与其他碳源。喀斯特关键带洞穴系统碳循环研究仍存在不足之处,未来研究中应注重人类活动与洞穴系统之间碳贡献比较、洞穴上覆至洞内的碳转移转换机制的研究、碳转移过程中的量化以及碳储量计算模型的建立。

关键词：洞穴系统喀斯特关键带碳循环

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池武溪流域溶解无机碳特征及影响因素分析

环境科学与技术 2021年第6期44卷 27-34页

作者：丁圣君周忠发石亮星闫利会黄静张恒贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵州贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵州贵阳550001

溶解无机碳及其碳同位素(δ^(13)C_(DIC))是指示物质来源及生物地球化学特征和反映碳在陆地水循环过程中的重要手段。为了研究池武溪流域内地下水、地表水的溶解无机碳及碳同位素的变化特征和影响因素,文章于2019年6月、2019年12月对采... 详细信息

溶解无机碳及其碳同位素(δ^(13)C_(DIC))是指示物质来源及生物地球化学特征和反映碳在陆地水循环过程中的重要手段。为了研究池武溪流域内地下水、地表水的溶解无机碳及碳同位素的变化特征和影响因素,文章于2019年6月、2019年12月对采样点进行监测。结果表明:池武溪流域水化学类型为HCO_(3)-Ca型或HCO_(3)-Ca·Mg型;流域DIC含量及δ^(13)C_(DIC)具有明显的季节变化特征,具体表现为枯水期大于丰水期,丰水期δ^(13)C_(DIC)比枯水期更偏负;枯水期和丰水期时硫酸和硝酸不同程度参与碳酸盐岩风化过程并使δ^(13)C_(DIC)偏正。

关键词：岩溶地区溶解无机碳稳定碳同位素

贵州大风洞洞穴空气CO2浓度及滴水水化学与洞穴通风的响应

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水土保持研究 2020年第6期27卷 338-345,352页

作者：安丹周忠发范宝祥薛冰清朱粲粲石亮星贵州师范大学地理与环境科学学院/喀斯特研究院贵阳550001 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地贵阳550001

为探究岩溶关键带碳循环机制,揭示洞穴通风对洞穴环境变化的响应机制,在2018年国庆期间对贵州绥阳大风洞洞内空气环境指标(温度、湿度、CO 2浓度)和滴水水化学指标(温度,pH值,EC,Ca 2+,HCO-3)进行为期7 d的连续自动监测,并运用系统分析... 详细信息

为探究岩溶关键带碳循环机制,揭示洞穴通风对洞穴环境变化的响应机制,在2018年国庆期间对贵州绥阳大风洞洞内空气环境指标(温度、湿度、CO 2浓度)和滴水水化学指标(温度,pH值,EC,Ca 2+,HCO-3)进行为期7 d的连续自动监测,并运用系统分析方法对各要素进行了综合分析。结果表明:(1)受游客数量、洞道结构的影响,洞穴空气CO 2浓度表现出明显的昼夜变化特征;与2#(神泉玉露)点相比,1#(夜明珠)点位于大风洞主洞道,洞腔体积较大,洞道较宽,洞穴空气CO 2浓度增加幅度及变化幅度表现为2#>1#。(2)洞穴通风效应与洞穴滴水水化学相关性显著。洞穴通风与lg P CO 2(w)呈反相关,与pH值,SIc和SId为正相关;受监测点洞道结构、通风效应和滴水水量的影响,洞穴通风与1#点的Ca 2+和HCO-3浓度变化呈反相关关系,与2#点的相关性不显著。(3)不同通风模式下,不同监测点的水气CO 2分压差及沉积环境存在差异。当ΔT v>0时,洞穴属于积极通风状态,洞穴空气CO 2浓度降低,ΔP CO 2>0,有利于洞穴景观的沉积;反之,洞穴沉积物趋向于产生溶蚀作用。

关键词：岩溶洞穴通风效应虚拟温度差 CO2浓度滴水水化学