喀斯特洞穴空气要素变化特征及其对洞穴环境的影响研究——以贵州织金洞为例

摘要

我国洞穴旅游资源丰富，随着洞穴旅游资源的开发，我国各地喀斯特旅游洞穴环境均出现了不同程度的环境问题，因此，在典型喀斯特地区开展洞穴环境研究对喀斯特洞穴保护有重要意义。通过旅游洞穴空气环境变化的规律和趋势以及旅游活动对洞穴自然环境过程的影响研究，可为旅游洞穴环境恢复提供决策支持和理论依据。 本研究以贵州织金洞为研究对象，通过对洞穴空气环境、水环境、生态环境、洞外降水、洞外大气环境及洞穴上覆土壤环境等进行长期系统的监测，运用相关性分析、多尺度及系统分析方法，结合SPSS、Origin及Phreeqc等分析软件，从季节尺度、昼夜尺度及空间尺度分析旅游洞穴空气环境要素时空迁移变化特征及其影响因素，并进一步研究洞穴空气环境因子变化对洞穴微气候环境、水环境、沉积环境及生态环境的影响。通过对长期监测数据进行分析，主要得出了以下几点结论： （1）季节变化上，织金洞CO2浓度表现为夏高冬低的季节变化趋势，主要受土壤CO2、洞内外气流交换、旅游活动及其特殊“U”型洞道结构等影响。温度和相对湿度在洞口附近有一定的季节变化，至洞内深处其变化逐渐稳定。昼夜变化上，CO2浓度、温度呈现出昼高夜低的特征，主要受游客数量和洞穴通风效应控制。相对湿度呈现出与CO2相反的趋势，旅游活动亦对其有影响。空间变化上，由于洞穴通风效应、洞道结构的封闭性等因素的影响，织金洞CO2呈现显著的“两端低，中间高”的分布趋势，洞内温度与相对湿度也在洞穴的不同部位呈现不同的特点，其变化幅度由洞口段→过渡段→洞穴深处逐渐变小。 （2）旅游活动对洞穴水环境具有重要影响，当洞穴中空气CO2较高或超过水中的CO2分压时，进入滴水中的CO2增多，使PCO2（water）呈现上升趋势，相应的HCO3-不断增多，pH值降低，使水体具有侵蚀性，从而Ca2+浓度不断增加，TDS不断增高，这主要是水—气之间的转换机制导致的。 （3）旅游活动对洞穴沉积环境也具有影响，洞穴空气CO2浓度增加，导致水—气之间分压差减小，使滴水脱气沉积作用受到抑制，而不利于洞穴沉积物景观生长。在织金洞中，PCO2（water）受PCO2（air）的影响，对SI的贡献明显较弱，由于ΔP易受到旅游活动的影响，尤其旅游旺季时，PCO2（air）对ΔP具有显著的影响，导致它们之间的平衡关系被打破，进而使ΔP与SI之间相关性很弱，ΔP与SIc、SId之间无明显负相关关系，无明显对称轴，说明旅游活动导致天然洞穴原有的环境平衡被打破，从而影响洞内沉积物的生长速率。 （4）旅游活动对洞穴生态环境具有一定的影响，由于旅游洞穴照明用具的使用，洞内灯光植物大量滋生，打破了洞穴原有的生物链平衡。通过野外观测，一般距灯光30-50cm处，温度、相对湿度、环境CO2分别大致在19.07 ℃、76.34%、1337.3 ppm左右，灯光植物生长最茂盛。

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摘 要

ABSTRACT

1 前 言

1.1 研究背景

1.2 研究目的与意义

1.3 国内外研究进展

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

1.5 拟解决的问题

2 研究区概况及实验方法

2.1 研究区概况

2.2数据来源与实验方法

3 喀斯特洞穴空气环境因子变化特征

3.1 季节变化特征

3.1.1 CO2浓度

3.1.2 温度

3.1.3 湿度

3.2 昼夜变化特征

3.2.1 CO2浓度

3.2.2 温度

3.2.3 湿度

3.3 空间变化特征

3.3.1 CO2浓度

3.3.2 温度

3.3.3 湿度

3.4 小结

4 喀斯特洞穴空气环境因子影响因素分析

4.1 CO2浓度变化影响因素分析

4.1.1 洞外环境

4.1.2 洞内环境

4.1.3 旅游活动

4.2.1 洞外环境

4.2.2 洞内环境

4.2.3 旅游活动

4.3.1 洞外环境

4.3.2 洞内环境

4.3.3 旅游活动

4.4 小结

5 空气环境因子变化对喀斯特洞穴环境的影响

5.1 空气环境因子变化对洞穴微气候环境的影响

5.2.1 CO2变化对pH及主要离子浓度的影响

5.2.2 CO2变化对PCO2(water)的影响

5.2.3 温度、湿度变化对水温、PCO2(water)的影响

5.3 空气环境因子变化对洞穴沉积环境的影响

5.3.1 △PCO2变化对洞穴沉积物景观的影响

5.3.2 △T变化对洞穴沉积物景观的影响

5.3.3 RH变化对洞穴沉积物景观的影响

5.4 空气环境因子变化对洞穴生态环境的影响

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 不足与展望

致 谢

附 录

附 表

附 图

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