导读:本文包含了岩溶干旱论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:岩溶干旱地区,打井找水,物探技术,水文地质
岩溶干旱论文文献综述
冯娟,陶小郎,胡德勇,崔云祥,许英奎[1]（2019）在《黔南岩溶干旱地区打井找水技术方法探讨》一文中研究指出以贵州省黔南州某干旱地区为例,将高密度电阻率法物探技术与传统水文地质技术相结合,成功施工出一口合格的机井,证明高密度电阻率法适用于黔南岩溶干旱地区找水工作。将物探解译资料与水文地质条件结合起来,分析地下岩层的电阻率特征,判断地下水赋存特征及断裂构造发育特征等。(本文来源于《贵州科学》期刊2019年03期）
黄奇波[2]（2019）在《北方半干旱岩溶区岩溶碳汇过程及效应研究》一文中研究指出大气CO_2浓度的持续上升导致全球气候变暖,造成气温增高、蒸发量加大、水循环加剧,由此带来的全球暴雨、干旱等极端气候事件越来越频发,给国家和人民生命财产带来了巨大的损失。采取有效增汇固碳方法抑制大气CO_2浓度升高,减缓全球变暖,成为各国科学家研究全球变化的重中之重。岩溶作用是一种发生在地球浅部表层环境下的特殊地质作用过程,与大气圈、水圈、生物圈密切相关。岩溶动力系统作为一个低温地球化学开放系统,具有开放敏感性和生物参与性等特点,对环境变化响应迅速,积极的参与全球碳循环。我国大陆地区的岩溶类型主要有4种,分别是西南热带亚热带型岩溶、北方干旱半干旱型岩溶、东北湿温带型岩溶及青藏高山型岩溶。北方干旱半干旱型岩溶位于北纬35°以北,秦岭为南北方岩溶类型的分界带。北方干旱半干旱岩溶区碳酸盐岩面积分布达68.5×10~4km~2,其中裸露区7.78×10~4km~2,覆盖区8.74×10~4km~2,埋藏区51.95×10~4km~2,蕴藏有丰富的岩溶地下水资源。但相对于我国南方岩溶区,北方岩溶碳汇研究工作开展较少。一方面,受北方岩溶区土壤中次生碳酸盐含量高且易于沉积的影响,利用试片法来计算岩溶碳汇强度存在很大误差。另一方面,北方岩溶水主要赋存在层位较老的寒武—奥陶系地层中,煤矿则产于层位较新的石炭—二迭系。这种“煤在楼上,水在楼下”的特殊水文地质格局导致煤系地层硫化物氧化产生硫酸或大量堆置的矿渣经雨水淋溶产生酸性水,持续不断地向岩溶含水层入渗并参与碳酸盐岩溶蚀,从而造成碳汇效应降低;另外,奥陶系灰岩地层中含有数层石膏夹层,石膏夹层溶解向岩溶地下水中输入大量SO_4~(2-)。在如此复杂的条件下,应采取哪种方法来准确计算岩溶碳汇强度,及如何扣除硫酸作用来计算岩溶碳汇通量是当前岩溶碳汇研究关注的两个重要方面。本研究以北方半干旱岩溶区具有代表性的山西柳林泉岩溶流域为研究对象,通过溶蚀试片法和对土壤化学指标的监测,并采用同位素技术对原生和次生碳酸盐进行区分,定量计算土壤碳酸盐中次生碳酸盐所占比例,揭示我国干旱、半干旱岩溶区土壤层中碳酸盐的特征和来源。阐明半干旱岩溶区土壤系统影响溶蚀与沉积作用发生的机制,解答用岩溶试片法计算半干旱区岩溶地质碳汇效应存在的问题。同时,对流域岩溶地下水进行系统取样和研究,揭示岩溶动力系统溶解无机碳循环演化规律及影响因素;在定量评价石膏溶解对地下水SO_4~(2-)贡献的基础上,采用化学计量法定量计算硫酸参与碳酸盐岩溶蚀的比例。运用Galy模型定量评价硫酸参与溶蚀作用的流域岩溶碳汇效应;揭示硫酸参与溶蚀作用下的岩溶碳汇过程。得出了如下结论:1、试片溶蚀速率受不同植被条件影响,并受控于土壤化学指标(1)植被条件是影响碳酸盐岩溶蚀速率的主要因子,相同层位的溶蚀速率均呈现出林地最大,灌丛次之,草地最小的变化规律,随着植被的恢复,碳酸盐岩溶蚀速率呈现增加的趋势。(2)土下试片溶蚀速率主要受土壤有机碳、土壤无机碳、土壤水份含量控制,而受土壤CO_2浓度影响小。土壤有机碳含量、土壤水份含量对土下试片溶蚀速率具有促进作用,土壤无机碳含量对土下试片溶蚀速率具有抑制作用。(3)土壤无机碳质量分数高,是有机碳质量分数的2.85~5.06倍,在干旱少雨、蒸发量大的气候条件下容易过饱和并发生沉淀,使埋放于土壤层中的试片除受溶蚀作用影响外,还受土壤碳酸盐沉积作用,造成部分试片经过一个水文年的溶蚀后质量增加。因此,埋放于土壤中的试片在雨季发生溶蚀而重量变轻,而干旱季节主要接受碳酸盐的沉积而增重。(4)根据标准溶蚀试片法计算出裸露岩溶区平均岩溶碳汇强度为1.51 t/(km~2·a),而根据Galy模型法计算出的结果为3.93 t/(km~2·a),试片法计算结果仅为Galy模型法的1/3。由于半干旱地区土壤无机碳含量高且容易发生沉积,埋放于土壤系统中试片的溶蚀速率并不能真正代表基岩面的溶蚀速率,用溶蚀试片法会使岩溶碳汇强度被低估。利用溶蚀试片法来研究岩溶碳汇效应在北方半干旱地区土壤中受到了限制。2、土壤次生碳酸盐比例高,次生碳酸盐的沉积是土壤中试片重量增加的主要原因(1)研究区土壤碳酸盐含量及其δ~(13)C值主要受次生碳酸盐所占比例的控制,次生碳酸盐具有偏轻的碳同位素。林地、退耕地、灌丛地土壤剖面上层(0~50 cm)的碳酸盐含量随深度增加而增加,碳酸盐δ~(13)C值则随深度增加而逐渐偏轻,剖面下层(50~70 cm)的变化趋势相反。这缘于土壤次生碳酸盐溶于土壤水向下运移并沉积,但下层(50~70 cm)受土壤水分向下运移的深度有限,且更接近母质层,次生碳酸盐含量降低,而原生碳酸盐比例提高。(2)3个土壤剖面中CO_2浓度在0~50 cm随深度增加而增加,50~70 cm随深度增加而减少。由于上层土壤空气和大气的交换以及底层岩-土界面岩溶作用的消耗而降低。土壤CO_2的δ~(13)C值在上层(0-50cm)随土层深度增加而越来越偏负,下层(50-70cm)随深度增加而越来越偏正。土壤CO_2浓度及其δ~(13)C值的双向梯度变化,均反映了上层土壤CO_2受空气交换、土壤有机质分解及土-岩界面岩溶作用的共同影响。(3)土壤中次生碳酸盐来源于原生碳酸盐溶解后的重新结晶。在有机碳的参与下,通过反应SOC→CO_2(g)→CO_2(aq)→HCO_3~-(aq)→CaCO_3(s),重新沉淀生成次生碳酸盐晶体。3个土壤剖面的次生碳酸盐比例均较大,退耕地、林地、灌丛地的比例分别为0.52、0.42和0.32;高比例的次生碳酸盐沉积是造成埋放于半干旱土壤中的试片增重的主要原因。因此,在北方半干旱岩溶区利用试片法计算岩溶碳汇强度时,应在溶蚀实验的基础上,运用碳同位素值对试片上沉积的次生碳酸盐进行定量计算,根据次生碳酸盐岩的沉积量来修正试片的溶蚀速率,消除次生碳酸盐的影响,然后再根据试片的溶蚀速率来计算流域岩溶碳汇强度。3、岩溶地下水水化学特征受径流条件控制,具有区域演化规律(1)流域岩溶地下水化学特征受水文地质条件的控制,水温、电导率(EC)、TDS、离子总量、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、HCO_3~-、SO_4~(2-)含量从补给区、到径流区、到排泄区、再到深埋区,随着径流途径增加不断升高。其中Na~+、Cl~-、SO_4~(2-)含量变化范围大,最大值分别为最小值的50倍、80倍和32倍。而Ca~(2+)、HCO_3~-变化范围相对较小,最大最是最小值的2-3倍。在补给区、径流区中,Na~+含量较少,Ca~(2+)为地下水中主要阳子,但在排泄区和深埋区,Na~+含量明显超过了Ca~(2+)和Mg~(2+)含量,成为地下水中最主要的阳离子。水化学类型由HCO_3-Ca.Mg型转化为HCO_3.SO_4-Ca.Mg型和HCO_3.SO_4-Ca.Na.Mg型,最终演变为Cl.HCO_3-Na.Ca、Cl.HCO_3-Na型和Cl-Na.Ca型。(2)受土壤高浓度CO_2控制,流域岩溶地下水的PCO_2明显高于大气CO_2的分压(300~350ppm),反应出大气降雨吸收土壤层中的高浓度的CO_2形成碳酸对下部碳酸盐岩进行溶蚀的过程。方解石和白云石的饱和指数(SIC、SID)均大于0,这2种矿物均处于较强的过饱和状态。但由于受Ca~(2+)、HCO_3~-的来源比较复杂的影响,从补给区、到径流区、到排泄区、再到深埋区SIC、SID的变化无明显的趋势性变化规律。(3)流域岩溶地下水中石膏的饱和指数(SIG)均小于0,石膏在岩溶地下水中一直处于溶解状态。从补给区、到径流区、到排泄区、到深埋区,石膏的饱和指数不断升高,表明随着地下水的径流石膏层的不断溶解。(4)流域内岩溶地下水的δ~(13)C_(DIC)具有较大的变化范围,最小值与最大值相差5.569‰。补给区和径流区δ~(13)C_(DIC)值偏轻,具有较宽的分布范围,而径流区和深埋区偏重,范围较为集中。从补给区、到径流区、到排泄区,到深埋区δ~(13)C_(DIC)值呈不断增重的变化规律。随着径流途径增大,DIC中来源于土壤CO_2的比例减小,碳酸盐岩来源的碳的比例增加。(5)流域内岩溶地下水的δ~(34)S具有较大的变化范围,最大值为24.11‰,最小值为2.56‰。补给区的δ~(34)S偏轻且较为集中,主要来源于大气降水;径流区δ~(34)S增重且比较分散,来源于大气降水和石膏溶解;排泄区的硫同位素偏重,但叁川河南岸的岩溶水比北岸偏轻4-5‰,反映南北两岸岩溶水具有不同的硫同位素来源。深埋区具有较高含量的SO_4~(2-)和最重的δ~(34)S,其水的径流路径长,循环深度深,水岩作用时间最长,石膏溶解得最充分。总体上,随着径流途径增大,石膏溶解来源的比例不断增加。4、运用Galy模型,评价了硅酸盐岩风化及硫酸参与溶蚀对流域岩石风化消耗的CO_2通量的影响(1)岩溶地下水中的K~+、Na~+、Cl~-主要来源于大气降水和盐岩的溶解。硅酸盐岩风化对岩溶地下水的SiO_2和K~+、Na~+离子组份也具有重要贡献。Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、SO_4~(2-)在补给区、径流区、排泄区主要来源于方解石、白云石的溶解的贡献。而深埋区主要来源于石膏溶解和去白云化作用。(2)硫酸参与碳酸盐岩溶解对补给区、径流区、排泄区的岩溶地下水水化学组份具有重要贡献,而对深埋区的贡献不明显。补给区的地下水主要主要来源于碳酸溶解碳酸盐岩溶解;径流区地下水主要受碳酸溶蚀作用控制,但硫酸风化碳酸盐岩也有一定影响;排泄区的地下水更多的受到硫酸风化作用的影响。(3)硫酸参与碳酸盐岩溶蚀产生的HCO_3~-的所占比例平均值在补给区、径流区小于10%,排泄区和深埋区大于10%,即随着径流途径的增中,碳酸参与碳酸盐岩溶蚀的比例逐渐减小,而硫酸参与的比例不断增加。(4)利用Galy模型计算出排泄区上青龙泉L02和杨家港泉L29岩石风化消耗的CO_2通量分别为30.80×10~3mmol/km~2.a~(-1)和31.63×10~3mmol/km~2.a~(-1);补给区车鸣峪-关口泉L01为89.25×10~3mmol/km~2.a~(-1),排泄区上青龙泉和杨家港泉岩石风化消耗的CO_2通量是上游补给区的车鸣峪-关口泉的1/3。(5)硅酸盐岩风化消耗CO_2通量在流域中占有大的比例。岩石风化消耗的CO_2通量中硅酸盐岩风化消耗所占比例最大的为杨家港泉L29,为51.92%;其次为上青龙泉L02,为44.98%。最小为车鸣峪-关口泉域L01,为11.09%;从补给区到排泄区,硅酸盐风化的比例和消耗的CO_2通量不断增加。(6)在考虑硫酸参与碳酸盐岩溶蚀时,3个岩溶泉的碳汇通量分别扣除10.35%、5.77%、8.63%。从补给区到排泄区,硫酸溶解碳酸盐岩的比例增加。(本文来源于《中国地质大学》期刊2019-05-01）
潘晓东[3]（2018）在《贵州毕节干旱集中片区打出岩溶地下水》一文中研究指出本报讯 日前，中国地质调查局岩溶地质研究所乌蒙山区水文地质调查项目组在贵州省毕节市七星关区杨家湾镇实施钻井成功出水，抽水试验单井涌水量1054立方米/天，符合饮用水标准，为杨家湾镇近3万缺水人口找到了优质水源。杨家湾镇是毕节市干旱缺水最集中片区(本文来源于《中国自然资源报》期刊2018-12-06）
苏春田,周鑫[4]（2018）在《水文地质调查“新田模式”助力精准扶贫》一文中研究指出新田县地处湖南省南部，自然条件差，资源贫乏，是革命老区县、国家扶贫开发工作重点县。县域内广泛分布的岩溶地貌，进一步制约了新田县经济社会发展。在国土资源部、中国地质调查局、湖南省国土资源厅的大力支持下，中国地质调查局岩溶地质研究所实施了一系列水文地质调查，(本文来源于《中国国土资源报》期刊2018-03-27）
肖飞鹏,闫九球[5]（2018）在《广西桂中岩溶地区干旱旱灾风险评估研究》一文中研究指出干旱是世界上广为分布的自然灾害,广西是我国最大的岩溶省区之一,地表、地下的岩溶发育形成了双层岩溶水文地质结构,并且在水土结构方面还形成了相互分离的格局,使地表农业在生产发展中长期面临旱灾,形成"岩溶干旱",进一步证实干旱是广西地区发展农业所要面临的一大难题,理应引起当地相关部门及工作人员的重视。因此,本文基于GIS地理方法,结合干旱灾害时间及空间分布规律及特点,对广西桂岩溶地区的干旱风险进行评估,并利用灾害分布图、地形图等空间图件,实现对干旱风险范围的确定及区域的划分,然后确定不同地区的灾害强度、频度和规模等。在评价的基础上,将桂中岩溶区的风险区划为两层6个亚区,并进一步分析了岩溶区干旱风险成因特征,提出了干旱的预防和应对措施。(本文来源于《中国高新区》期刊2018年03期）
肖飞鹏[6]（2017）在《基于MODIS的广西桂中岩溶区干旱遥感监测研究》一文中研究指出本研究以广西典型桂中岩溶地区为研究对象,利用的基本模型包括植被状态指数、温度条件指数、干旱遥感监测指数,利用的数据产品包括MODIS植被指数产品、MODIS地表温度产品、气象站点数据等,对广西桂中岩溶区干旱进行遥感监测,归纳岩溶地区干旱分布和规律。结果显示:时空变化情况能够通过干旱遥感监测模型反映出来,该模式主要是利用温度条件指数和植被状态指数建立而成的,它是一个十分有效的旱情监测评价指标,对于广西异域地质地貌环境来说,能够将其干旱时空变化特征准确反映,且在广西岩溶区中,能够有效监测其大范围的干旱状况。(本文来源于《科技经济市场》期刊2017年11期）
赵丽丽,王普昶,陈超,宋高翔,唐华江[7]（2017）在《外源钙对干旱胁迫下岩溶山区白刺花幼苗生长、生理特性的影响》一文中研究指出为揭示岩溶山区白刺花耐旱性与外源钙的关系及抗旱机理,以贵州野生白刺花为试验材料,利用聚乙二醇(PEG)溶液模拟干旱,以未加PEG的1/2浓度Hoagland营养液为对照,研究了外源钙对PEG诱导的干旱胁迫下白刺花幼苗生长和生理的影响,并利用隶属函数综合评价出最佳的外源钙施用量。结果表明,未施入外源钙时,随着PEG诱导的干旱胁迫强度的增加,白刺花幼苗根干重、根冠比、丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)活性均逐渐增加,当胁迫浓度为10%时,以上指标均显着高于对照;可溶性蛋白、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)呈先升高后降低趋势,均(除POD外)在胁迫浓度为10%时达到最大值,与对照相比差异显着;白刺花幼苗地上部生物量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈降低趋势,其中地上部生物量、Pn在胁迫浓度为10%时显着降低,Gs和Tr在胁迫浓度为15%时显着降低。在PEG诱导的干旱胁迫下,白刺花幼苗通过提高渗透调节物质含量、增强保护酶活性、增加根冠比等来适应干旱环境。施入适宜浓度的外源钙,显着抑制了PEG诱导的干旱胁迫下白刺花幼苗地上部生物量、Pn、Gs和Tr降低的幅度以及MDA含量增加的幅度;显着促进了根干重、可溶性蛋白含量及SOD、POD和CAT活性的增加,即PEG诱导的干旱胁迫下外源钙可以进一步提高白刺花幼苗根干重和幼苗中渗透调节物质含量,增强保护酶活性,降低Tr,维持生长、生理和光合功能,增强白刺花的抗旱能力。隶属函数综合评价指出,本试验条件下施入50 mmol·L~(-1)的外源钙对提高白刺花幼苗抗旱性的效果最佳。本研究结果为更加充分、合理地利用白刺花灌丛资源提供了理论依据。(本文来源于《核农学报》期刊2017年10期）
黄奇波,覃小群,刘朋雨,张连凯,苏春田[8]（2016）在《半干旱岩溶区土壤次生碳酸盐比例及对岩溶碳汇计算的影响》一文中研究指出定量评价半干旱岩溶区土壤次生碳酸盐比例和来源有助于认识土壤系统影响岩溶作用的机理。选取山西晋中盆地西南,吕梁山东侧的半干旱岩溶区马跑神泉小流域为研究对象,通过对林地、退耕地、灌丛地土壤剖面进行分层取样并测定碳酸盐含量及其δ~(13) C、CO_2浓度及其δ~(13) C值,分析其随深度的变化规律和控制因素;并结合研究区碳酸盐岩的δ~(13) C值计算3个剖面各层土壤次生碳酸盐所占比例。研究结果表明:3个土壤剖面的碳酸盐含量、CO_2浓度在0~50cm土层随深度增加而增加,在50~70cm土层随深度增加而减少;土壤碳酸盐δ~(13) C值、δ~(13) C_(CO_2)值在0~50cm土层随深度增加而偏负,在50~70cm土层随深度增加而偏重;土壤碳酸盐含量及其δ~(13) C值主要受次生碳酸盐比例控制,而土壤CO_2及其δ~(13) C_(CO_2)值在上层主要受大气CO_2和土壤有机质分解生成的CO_2共同影响,下层还受土-岩界面岩溶作用过程制约;退耕地、林地、灌丛剖面次生碳酸盐所占比例的均值分别为52%、42%和32%,证实北方半干旱岩溶区土壤中存在原生碳酸盐向次生碳酸盐转化过程。(本文来源于《中国岩溶》期刊2016年02期）
刘锦春,马晔,陶建平,高凯敏,梁千慧[9]（2015）在《丛枝菌根真菌对西南岩溶地区干旱及干湿交替下金银花根系生长的影响》一文中研究指出近年来我国西南岩溶地区干旱频发、干湿交替现象严重,植被生存环境恶劣,植被恢复困难,石漠化程度呈加剧之势。丛枝菌根真菌能与植物根系形成互惠共生关系,对植物生长发育及抗逆性有积极影响。研究表明,丛枝菌根真菌能够提高植物的抗旱性。然而,丛枝菌根真菌是否能够提高宿主植物对干湿交替等多变环境的耐受性,目前并没有见到相关报道。以西南岩溶地区适生植物金银花为研究对象,利用盆栽控制实验,采用3因素(接种、水分处理、干旱时间处理)随机区组设计,研究了接种丛枝菌根-摩西管柄囊霉对不同干旱及干湿交替条件下金银花根系形态参数及根系生物量的影响。结果表明:短时间的干旱促进了未接种真菌的金银花根系长度、根系表面积和根系体积等形态参数,根系生物量增加,且复水对植物有一定补偿作用;但长期干旱后植株根长、根表面积和根体积等所有根系形态参数均降低,根系生物量显着下降,即长期干旱对金银花的根系生长产生了严重的抑制作用,且复水补偿作用因干旱的严重抑制作用而丧失。短时间干旱降低了接种植株的根长、根表面积和根体积等根系生长参数,根系生物量不变;复水后接种植株仍然具有补偿生长作用,其原因可能与菌根泡囊结构有关。随着干旱处理时间的延长,接种植物的根系也受到伤害,复水补偿能力丧失。可见,菌根真菌促进了喀斯特干旱和干湿交替条件下金银花的根系生长,且在干旱条件下促进作用更加显着,但与干旱时间和干旱强度并没有交互作用。(本文来源于《北京林业大学学报》期刊2015年10期）
黄芬,程阳,曹建华[10]（2015）在《木豆种子萌发生理对干旱胁迫的响应——岩溶水和外源水处理的对比（英文）》一文中研究指出本文通过对比岩溶水环境与非岩溶水环境(外源水)中木豆种子的萌发生理对干旱胁迫的响应,来探究木豆对岩溶环境的适应性。结果表明:(1)在20%PEG-6000的干旱胁迫时,岩溶水培养下的木豆种子7天的种子萌发率、活力指数、发芽指数、生物量均大于外源水处理组,种子萌发胁迫指数显着小于外源水处理组,表明岩溶水环境对木豆种子萌发更有利;(2)在无干旱胁迫时,岩溶水培养下的木豆种子MDA、SOD活性均小于外源水组,但在干旱胁迫时,SOD活性显着高于外源水组,表明岩溶水中木豆SOD能更快速的响应外界干旱胁迫,提高自身的活性来减少其对植物的毒害;(3)在有和无干旱胁迫时,岩溶水组可溶性蛋白均高于外源水组,游离氨基酸均低于外源水组,在干旱胁迫时这种差别更明显,表明岩溶水环境更有利于可溶性蛋白的积累而形成较大的生物量。因此木豆是一种适合于岩溶区高钙偏碱环境下生长的树种,对岩溶山区的植被恢复及石漠化治理有重要意义。(本文来源于《Journal of Resources and Ecology》期刊2015年04期）
岩溶干旱论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
大气CO_2浓度的持续上升导致全球气候变暖,造成气温增高、蒸发量加大、水循环加剧,由此带来的全球暴雨、干旱等极端气候事件越来越频发,给国家和人民生命财产带来了巨大的损失。采取有效增汇固碳方法抑制大气CO_2浓度升高,减缓全球变暖,成为各国科学家研究全球变化的重中之重。岩溶作用是一种发生在地球浅部表层环境下的特殊地质作用过程,与大气圈、水圈、生物圈密切相关。岩溶动力系统作为一个低温地球化学开放系统,具有开放敏感性和生物参与性等特点,对环境变化响应迅速,积极的参与全球碳循环。我国大陆地区的岩溶类型主要有4种,分别是西南热带亚热带型岩溶、北方干旱半干旱型岩溶、东北湿温带型岩溶及青藏高山型岩溶。北方干旱半干旱型岩溶位于北纬35°以北,秦岭为南北方岩溶类型的分界带。北方干旱半干旱岩溶区碳酸盐岩面积分布达68.5×10~4km~2,其中裸露区7.78×10~4km~2,覆盖区8.74×10~4km~2,埋藏区51.95×10~4km~2,蕴藏有丰富的岩溶地下水资源。但相对于我国南方岩溶区,北方岩溶碳汇研究工作开展较少。一方面,受北方岩溶区土壤中次生碳酸盐含量高且易于沉积的影响,利用试片法来计算岩溶碳汇强度存在很大误差。另一方面,北方岩溶水主要赋存在层位较老的寒武—奥陶系地层中,煤矿则产于层位较新的石炭—二迭系。这种“煤在楼上,水在楼下”的特殊水文地质格局导致煤系地层硫化物氧化产生硫酸或大量堆置的矿渣经雨水淋溶产生酸性水,持续不断地向岩溶含水层入渗并参与碳酸盐岩溶蚀,从而造成碳汇效应降低;另外,奥陶系灰岩地层中含有数层石膏夹层,石膏夹层溶解向岩溶地下水中输入大量SO_4~(2-)。在如此复杂的条件下,应采取哪种方法来准确计算岩溶碳汇强度,及如何扣除硫酸作用来计算岩溶碳汇通量是当前岩溶碳汇研究关注的两个重要方面。本研究以北方半干旱岩溶区具有代表性的山西柳林泉岩溶流域为研究对象,通过溶蚀试片法和对土壤化学指标的监测,并采用同位素技术对原生和次生碳酸盐进行区分,定量计算土壤碳酸盐中次生碳酸盐所占比例,揭示我国干旱、半干旱岩溶区土壤层中碳酸盐的特征和来源。阐明半干旱岩溶区土壤系统影响溶蚀与沉积作用发生的机制,解答用岩溶试片法计算半干旱区岩溶地质碳汇效应存在的问题。同时,对流域岩溶地下水进行系统取样和研究,揭示岩溶动力系统溶解无机碳循环演化规律及影响因素;在定量评价石膏溶解对地下水SO_4~(2-)贡献的基础上,采用化学计量法定量计算硫酸参与碳酸盐岩溶蚀的比例。运用Galy模型定量评价硫酸参与溶蚀作用的流域岩溶碳汇效应;揭示硫酸参与溶蚀作用下的岩溶碳汇过程。得出了如下结论:1、试片溶蚀速率受不同植被条件影响,并受控于土壤化学指标(1)植被条件是影响碳酸盐岩溶蚀速率的主要因子,相同层位的溶蚀速率均呈现出林地最大,灌丛次之,草地最小的变化规律,随着植被的恢复,碳酸盐岩溶蚀速率呈现增加的趋势。(2)土下试片溶蚀速率主要受土壤有机碳、土壤无机碳、土壤水份含量控制,而受土壤CO_2浓度影响小。土壤有机碳含量、土壤水份含量对土下试片溶蚀速率具有促进作用,土壤无机碳含量对土下试片溶蚀速率具有抑制作用。(3)土壤无机碳质量分数高,是有机碳质量分数的2.85~5.06倍,在干旱少雨、蒸发量大的气候条件下容易过饱和并发生沉淀,使埋放于土壤层中的试片除受溶蚀作用影响外,还受土壤碳酸盐沉积作用,造成部分试片经过一个水文年的溶蚀后质量增加。因此,埋放于土壤中的试片在雨季发生溶蚀而重量变轻,而干旱季节主要接受碳酸盐的沉积而增重。(4)根据标准溶蚀试片法计算出裸露岩溶区平均岩溶碳汇强度为1.51 t/(km~2·a),而根据Galy模型法计算出的结果为3.93 t/(km~2·a),试片法计算结果仅为Galy模型法的1/3。由于半干旱地区土壤无机碳含量高且容易发生沉积,埋放于土壤系统中试片的溶蚀速率并不能真正代表基岩面的溶蚀速率,用溶蚀试片法会使岩溶碳汇强度被低估。利用溶蚀试片法来研究岩溶碳汇效应在北方半干旱地区土壤中受到了限制。2、土壤次生碳酸盐比例高,次生碳酸盐的沉积是土壤中试片重量增加的主要原因(1)研究区土壤碳酸盐含量及其δ~(13)C值主要受次生碳酸盐所占比例的控制,次生碳酸盐具有偏轻的碳同位素。林地、退耕地、灌丛地土壤剖面上层(0~50 cm)的碳酸盐含量随深度增加而增加,碳酸盐δ~(13)C值则随深度增加而逐渐偏轻,剖面下层(50~70 cm)的变化趋势相反。这缘于土壤次生碳酸盐溶于土壤水向下运移并沉积,但下层(50~70 cm)受土壤水分向下运移的深度有限,且更接近母质层,次生碳酸盐含量降低,而原生碳酸盐比例提高。(2)3个土壤剖面中CO_2浓度在0~50 cm随深度增加而增加,50~70 cm随深度增加而减少。由于上层土壤空气和大气的交换以及底层岩-土界面岩溶作用的消耗而降低。土壤CO_2的δ~(13)C值在上层(0-50cm)随土层深度增加而越来越偏负,下层(50-70cm)随深度增加而越来越偏正。土壤CO_2浓度及其δ~(13)C值的双向梯度变化,均反映了上层土壤CO_2受空气交换、土壤有机质分解及土-岩界面岩溶作用的共同影响。(3)土壤中次生碳酸盐来源于原生碳酸盐溶解后的重新结晶。在有机碳的参与下,通过反应SOC→CO_2(g)→CO_2(aq)→HCO_3~-(aq)→CaCO_3(s),重新沉淀生成次生碳酸盐晶体。3个土壤剖面的次生碳酸盐比例均较大,退耕地、林地、灌丛地的比例分别为0.52、0.42和0.32;高比例的次生碳酸盐沉积是造成埋放于半干旱土壤中的试片增重的主要原因。因此,在北方半干旱岩溶区利用试片法计算岩溶碳汇强度时,应在溶蚀实验的基础上,运用碳同位素值对试片上沉积的次生碳酸盐进行定量计算,根据次生碳酸盐岩的沉积量来修正试片的溶蚀速率,消除次生碳酸盐的影响,然后再根据试片的溶蚀速率来计算流域岩溶碳汇强度。3、岩溶地下水水化学特征受径流条件控制,具有区域演化规律(1)流域岩溶地下水化学特征受水文地质条件的控制,水温、电导率(EC)、TDS、离子总量、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、HCO_3~-、SO_4~(2-)含量从补给区、到径流区、到排泄区、再到深埋区,随着径流途径增加不断升高。其中Na~+、Cl~-、SO_4~(2-)含量变化范围大,最大值分别为最小值的50倍、80倍和32倍。而Ca~(2+)、HCO_3~-变化范围相对较小,最大最是最小值的2-3倍。在补给区、径流区中,Na~+含量较少,Ca~(2+)为地下水中主要阳子,但在排泄区和深埋区,Na~+含量明显超过了Ca~(2+)和Mg~(2+)含量,成为地下水中最主要的阳离子。水化学类型由HCO_3-Ca.Mg型转化为HCO_3.SO_4-Ca.Mg型和HCO_3.SO_4-Ca.Na.Mg型,最终演变为Cl.HCO_3-Na.Ca、Cl.HCO_3-Na型和Cl-Na.Ca型。(2)受土壤高浓度CO_2控制,流域岩溶地下水的PCO_2明显高于大气CO_2的分压(300~350ppm),反应出大气降雨吸收土壤层中的高浓度的CO_2形成碳酸对下部碳酸盐岩进行溶蚀的过程。方解石和白云石的饱和指数(SIC、SID)均大于0,这2种矿物均处于较强的过饱和状态。但由于受Ca~(2+)、HCO_3~-的来源比较复杂的影响,从补给区、到径流区、到排泄区、再到深埋区SIC、SID的变化无明显的趋势性变化规律。(3)流域岩溶地下水中石膏的饱和指数(SIG)均小于0,石膏在岩溶地下水中一直处于溶解状态。从补给区、到径流区、到排泄区、到深埋区,石膏的饱和指数不断升高,表明随着地下水的径流石膏层的不断溶解。(4)流域内岩溶地下水的δ~(13)C_(DIC)具有较大的变化范围,最小值与最大值相差5.569‰。补给区和径流区δ~(13)C_(DIC)值偏轻,具有较宽的分布范围,而径流区和深埋区偏重,范围较为集中。从补给区、到径流区、到排泄区,到深埋区δ~(13)C_(DIC)值呈不断增重的变化规律。随着径流途径增大,DIC中来源于土壤CO_2的比例减小,碳酸盐岩来源的碳的比例增加。(5)流域内岩溶地下水的δ~(34)S具有较大的变化范围,最大值为24.11‰,最小值为2.56‰。补给区的δ~(34)S偏轻且较为集中,主要来源于大气降水;径流区δ~(34)S增重且比较分散,来源于大气降水和石膏溶解;排泄区的硫同位素偏重,但叁川河南岸的岩溶水比北岸偏轻4-5‰,反映南北两岸岩溶水具有不同的硫同位素来源。深埋区具有较高含量的SO_4~(2-)和最重的δ~(34)S,其水的径流路径长,循环深度深,水岩作用时间最长,石膏溶解得最充分。总体上,随着径流途径增大,石膏溶解来源的比例不断增加。4、运用Galy模型,评价了硅酸盐岩风化及硫酸参与溶蚀对流域岩石风化消耗的CO_2通量的影响(1)岩溶地下水中的K~+、Na~+、Cl~-主要来源于大气降水和盐岩的溶解。硅酸盐岩风化对岩溶地下水的SiO_2和K~+、Na~+离子组份也具有重要贡献。Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、SO_4~(2-)在补给区、径流区、排泄区主要来源于方解石、白云石的溶解的贡献。而深埋区主要来源于石膏溶解和去白云化作用。(2)硫酸参与碳酸盐岩溶解对补给区、径流区、排泄区的岩溶地下水水化学组份具有重要贡献,而对深埋区的贡献不明显。补给区的地下水主要主要来源于碳酸溶解碳酸盐岩溶解;径流区地下水主要受碳酸溶蚀作用控制,但硫酸风化碳酸盐岩也有一定影响;排泄区的地下水更多的受到硫酸风化作用的影响。(3)硫酸参与碳酸盐岩溶蚀产生的HCO_3~-的所占比例平均值在补给区、径流区小于10%,排泄区和深埋区大于10%,即随着径流途径的增中,碳酸参与碳酸盐岩溶蚀的比例逐渐减小,而硫酸参与的比例不断增加。(4)利用Galy模型计算出排泄区上青龙泉L02和杨家港泉L29岩石风化消耗的CO_2通量分别为30.80×10~3mmol/km~2.a~(-1)和31.63×10~3mmol/km~2.a~(-1);补给区车鸣峪-关口泉L01为89.25×10~3mmol/km~2.a~(-1),排泄区上青龙泉和杨家港泉岩石风化消耗的CO_2通量是上游补给区的车鸣峪-关口泉的1/3。(5)硅酸盐岩风化消耗CO_2通量在流域中占有大的比例。岩石风化消耗的CO_2通量中硅酸盐岩风化消耗所占比例最大的为杨家港泉L29,为51.92%;其次为上青龙泉L02,为44.98%。最小为车鸣峪-关口泉域L01,为11.09%;从补给区到排泄区,硅酸盐风化的比例和消耗的CO_2通量不断增加。(6)在考虑硫酸参与碳酸盐岩溶蚀时,3个岩溶泉的碳汇通量分别扣除10.35%、5.77%、8.63%。从补给区到排泄区,硫酸溶解碳酸盐岩的比例增加。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
岩溶干旱论文参考文献
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