（自然地理学专业论文）喀斯特山地不同土地利用方式对表层岩溶泉水的影响.pdf

摘要 喀斯特山地不同土地利用方式对 表层岩溶泉水的影响 自然地理学专业研究生林明珠 指导老师谢世友教授 摘要 表层岩溶泉是储存于表层岩溶带的地下水，为近地面的表层地下水系统，它的普遍分布 是西南岩溶峰丛山区居民历史上聚集和繁衍的重要条件。由于表层岩溶水位置高，开发利用 便利，对解决当地人畜用水等具有重要意义。但是不同土地利用引起的地表植被土壤系统的 改变正直接影响着表层岩溶水的变化，包括水量和水质的变化。 本文以南川区表层岩溶泉为例，通过对2 0 0 7 年1 1 月6 种不同土地利用的土壤理化性质和 2 0 0 7 年1 1 月2 0 0 8 年1 1 月共1 2 次不同土地利用下表层岩溶泉水样的水化学进行分析研究， 探讨不同土地利用对表层岩溶泉水化学的影响，并对其中两个土地利用方式下的表层岩溶泉 进行自动监测，揭示不同土地利用方式下表层岩溶泉水的动态变化。初步结论有： 1 、不同土地利用土壤理化性质存在的差异： ( 1 ) 6 种土地利用方式，除了小湾龙洞桃林地和后沟石漠化地外，土壤剖面的土壤容重 大致都呈现从表层到底层逐渐递增的趋势，土壤孔隙度则和容重呈很好负相关。 ( 2 ) 6 种土地利用方式的土壤剖面有机质呈现良好规律性，即随土层自上向下呈现递减 的趋势，表现出“上肥下瘦”的特点，同时其和土壤剖面p h 呈现良好的负相关关系。土壤剖面 的全氮和水解氮含量均出现表聚现象，土壤有机质、全氮、水解氮三者相互间都具有很好的 正相关。6 种土地利用方式土壤全氮和水解氮土壤平均含量由高到低排序相同。总体上，土壤 全氮和速效氮含量耕地 园地 林地，说明此处土壤氮素含量人类影响因素占主导地位，而 且氮素含量与人类干扰强度呈正相关。土壤剖面全磷含量都偏高，但随深度变化各异。土壤 速效磷含晕除灌草丛外，其余5 种土地利用方式都随深度增加逐渐较少，最高值都出现在表 层，具有表聚特点。土壤有机质、全磷和速效磷三者也呈正相关。土壤剖面全钾含量变化规 律不明显，速效钾含量大致随深度递减，两者存在相关性，但相关性一般。 2 、不同土地利用方式下表层岩溶泉水化学性质之间的差异： ( 1 ) 各泉点水化学类型为：柏树湾泉水为h c 0 3 c a 型水，其余5 个泉水都为h c o r s 0 4 c a 型水。 ( 2 ) 6 个表层岩溶泉水水温都受气温的影响而呈现出季节变化特征，但是各泉水水温季 i 两南大学硕十学位论文 i m m 舅舅曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量量曼曼量曼量曼曼皇皇曼曼曼曼量量璺曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼量曼蔓曼曼曼曼曼舅曼曼皇曼曼蔓曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量量 节变化幅度各异。除后沟泉水3 月份p h 值外，各泉水p h 值时间变化曲线大致是吻合的。各 泉水p h 都为雨季低，干季高，雨季泉水p h 为中性偏酸性，干季泉水p h 为中性偏碱性。各 泉水电导率随时间变化规律不明显，变化幅度也各异。 ( 3 ) 各表层岩溶泉水中各种常见阴离子都随季节的变化出现一定的变化，h c 0 3 浓度时 间变化不大，除兰花沟观测站泉点外，其余5 个泉点h c 0 3 - 浓度在冬季都有所下降。随着雨季 的到来，泉水n o a 和s 0 4 2 浓度都增加，p 0 4 3 - 浓度剧增，全年出现两个峰值，分别在一月份和 八月份，c 1 。浓度变化规律较不明显，且变幅都较小，f 浓度变化不规则。6 个表层岩溶泉大 部分泉水n 0 3 浓度偏高，后沟泉水n 0 3 和s o 。2 。浓度一直保持最高，c l 浓度总体上耕地 园 地 灌草丛，耕地中c l 。浓度水田 旱地，各泉水f 浓度相当，差别很小。各表层岩溶泉水c a 2 + 、 m g ”、n a + 、i c 浓度时间变化都较小。方丘泉水的n a + 、k + 浓度始终保持较高值。 3 、不同土地利用方式土壤理化性质与表层岩溶泉水的关系： ( 1 ) 泉水中各主要离子含量和容重为负相关关系，和孔隙度则为正相关关系。其中泉水 的s 0 4 2 含量和容重及孔隙度的相关性最为显著，其次为泉水的n 0 3 含量，它和容重及孔隙度 相关性也很显著。f 的含量和容重及孔隙度的相关性也较好。 ( 1 ) 表层岩溶泉水的n 0 3 含量和土壤氮素之间呈正相关，s 0 4 2 含量和有机质之间存在 较好正相关，p 0 4 3 - 含量和土壤剖面p h 、有机质、全磷和速效磷之间都存在很高的相关性，其 和土壤剖面p h 两者高度显著相关。k + 含量和土壤钾素存在高度正相关，特别是土壤全钾含量 和泉水c 含量之间相关性极为显著。 4 、不同土地利用方式下表层岩溶水的动态变化规律： ( 1 ) 柏树湾和兰花沟观测站两泉水水温、p h 和电导率都表现出季节变化特征，但是兰花 沟观测站泉水三者的季节变化幅度明显大于柏树湾泉水。总体上，柏树湾泉水比兰花沟观测 站泉水更偏碱性化，此外，兰花沟观测站泉水电导率整体高于柏树湾泉水。 ( 2 ) 两泉水中的c a 2 + 和h c 0 3 浓度与2 5 c 时泉水的电导率存在很好的线性关系，因此c e + 和h c 0 3 浓度季节变化规律和泉水的电导率变化规律基本一致。两泉水c a + 和h c 0 3 浓度最高 值都滞后于雨季结束时间，但滞后时间不同。 ( 3 ) 正常气候条件下( 无雨) ，两泉水水温受气温影响，但柏树湾水温相对气温有一定 的滞后。兰花沟观测站泉水p h 和电导率变化规律不明显。而柏树湾泉水p h 和水温则高度相 关，两者变化趋于一致，而且变化时间和变化速度基本相当，但其电导率的变化规律不明显。 降雨过程中，兰花沟观测站泉水，雨水的稀释作用起主导作用，而柏树湾泉水，则主要受水 岩气作用的控制。 关键词：喀斯特山地土地利用方式表层岩溶泉水 i l a b s t r a c l - t h ee f f e c to fd i f f e r e n tl a n d u s ep a t t e m so ne p i k a r s ts p r i n g s i nk a r s tm o u n t a i n sa r e a m a j o r ：p h y s i c a lg e o g r a p h y t u t o r ：p r o f e s s o rx i es h i y o u p o s t g r a d u a t e ：l i nm i n g z h u a bs t r a c t e p i k a r s ts p r i n gi st h ek a r s ts h a l l o wg r o u n d w a t e rs y s t e m ，w h i c hi si nt h ee p i k a r s tz o n e i t sw i d e d i s t r i b u t i o ni st h ei m p o r t a n tf a c t o rf o rp e o p l ei ns o u t h w e s tc h i n ak a r s tm o u n t a i n o u sa r e at og a t h e r a n dm u l t i p l y b e c a u c eo fi t sh i g hl o c a t i o na n dc o n v e n i e n tt ou s e ，i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et ot h e w a t e rs u p p l yf o rl o c a lp e o p l ea n da n i m a l s b u tt h ec h a n g e so fs u r f a c ev e g e t a t i o n - s o i ls y s t e m ，w h i c h i n f l u e n c e db yd i f f e r e r tl a n du s ep a t t e r n s ，i si m p a c t i n go nt h ec h a n g e so fe p i k a r s ts p r i n g s d i r e c t l y , i n c l u d i n gt h ec h a n g e so f w a t e rq u a n l i t ya n dw a t e rq u a l i t y t h i st e x ti sm a i n l ya b o u ts i xe p i k a r s ts p r i n g su n d e rd i f f e r e n tl a n du s ep a t t e r n si nn a n c h u a n a r e a i tf o c u s e so nt h ec h a n g e so fs o i l sq u a l i t ya n di t si m p a c to nt h ew a t e rq u a l i t yo fe p i k a r s ts p r i n g s u n d e rd i f f e r e n tl a n du s ep a t t e r n sb yt h ew a yo fa n a l y z i n gt y p i c a ls o i la n dw a t e rs a m p l e s w es e l e c t w a t e rs a m p l e se v e r yf r o mn o v e m b e r , 2 0 0 7t on o v e r m b e r , 2 0 0 8 m e a n w h i l e ，i ts t u d i e so ns e a s o n a la n d d i u m a lv a r i a t i o no fp h y s i c - c h e m i s t r yo fe p i k a r s ts p r i n g su n d e rt i l l e dl a n da n ds h r u bl a n d t h er e s u l t s s h o wt h ef o l l o w i n gm a i nc o n c l u s i o n ： f i r s t l y , i t i st h ed i f f e r e n c eo fs o i lp h y s i c - c h e m i s t r yu n d e rd i f f e r e n tl a n du s ep a t t e r n s a s f o l l o w i n g ： e x c e p tx i a o w a n l o n g d o n gp e a c hf o r e s ta r e aa n dh o u g u or o c kd e s e r t i f i c a t i o na r e a ，t h es o i lb u l k d e n s i t yo fs o i lp r o f i l eu n d e ro t h e rl a n du s e si n c r e a s e dw i t hs o i ld e p t h t h es o i lb u l kd e n s i t yo fs o i l p r o f i l eh a dag o o dn e g a t i v er e l a t i o nw i t hs o i lp e r c e n t a g eo f p o r e t h eo r g a n i cm a t t e ri ns o i lp r o f i l ed e c r e a s e dw i t hs o i ld e p t h a n di tw a sn e g a t i v e l yr e l a t e dt ot h e p ho fs o i lp r o f i l e t h et o t a ln i t r o g e na n da v a i l a b l en i t r o g e nc o n t e n to fs o i lp r o f i l ea s s e m b l e di n s u r f a c e t h es o i lo r g a n i cm a t t e r 、t o t a ln i t r o g e na n da v a i l a b l en i t r o g e nh a dg o o dp o s i t i v er e l a t i o n s w i me a c ho t h e r t h eo r d e r so fs i xl a n du s ep a t t e m si ns o i lt o t a ln i t r o g e na n ds o i la v a i l a b l en i t r o g e n w e r et h es a m e i ns u n a n m 3 , , t h eo r d e ro fs o i lt o t a ln i t r o g e na n ds o i la v a i l a b l en i t r o g e nw a st h a t ：t i l l e d l a n d g a r d e np l o t f o r e s tl a n d i ti l l u s t r a t e st h a ts o i ln i t r o g e nc o n t e n tw a sm a i n l yi n f l u e n c e db y i i i 两南大学硕十学位论文 h u n m a na c t i v i t y a n dt h es o i l n i t r o g e nc o n t e n tw a sp o s i t i v e l yr e l a t e dt oi n t e n s i t yo fh u m a n a c t i v i t y t h es o i lh a dah i g hc o n t e n to fp h o s p h o r u s ，w h i c hv a r i e du n r e g u l a r l yw i t hd e p t h e x c e p t b o s h u w a ns h r u ba r e a ，t h es o i lp h o s p h o r u sc o n t e n to ft h eo t h e r5l a n du s ep a t t e r n sa s s e m b l e di n s u r f a c ea n dd e c r e a s e dw i t hd e p t h t h es o i lo r g a n i cm a t t e r 、t o t a lp h o s p h o r u sa n da v a i l a b l ep h o s p h o r u s h a dp o s i t i v er e l a t i o n sw i t he a c ho t h e r a tl a s t ，t h et o t a lp o t a s s i u mc o n t e n to fs o i l p r o f i l ev a r i e d u n r e g u l a r l y , w h i l et h ea v a i l a b l ep o t a s s i u ma l m o s td e c r e a s e dw i t hd e p t h t h e yh a dag e n e r a lr e l a t i o n s e c e n d l y , i ti st h ed i f f e r e n c eo fc h e m i s t r yo fe p i k a r s ts p r i n g su n d e rd i f f e r e n tl a n du s e p a t t e r n s a sf o l l o w i n g ： t h et y p eo fb o s h u w a ne p i k a r s ts p r i n gi sh c 0 3 - c at y p e a tt h es a n l et i m e ，t h et y p eo fo t h e rf i v e e p i k a r s ts p r i n g si sh c 0 3 s 0 4 - c at y p e t h ew a t e rt e m p e r a t u r eo fs i xe p i k a r s ts p r i n g sh a ds e a s o n a lv a r i a t i o n , w h i c hw a si n f l u e n c e db y a i rt e m p e r a t u r e b u tt h es e a n o n a lv a r i a t i o ne x t e n to fe p i k a r s ts p r i n g sw a sd i f f e r e n t e x c e p tt h ep ho f h o u g n os p r i n gi nm a r c h ，t h ep hv a r i a t i o no fo t h e rs p r i n g sw a sa l m o s tt h es a m e t h ep ho fe p i k a r s t s p r i n g sw a sh i g h e ri nw e ts e a n o n st h a ni nd r ys e a s o n s i nw e ts e a s o n s ，t h ep ho fe p i k a r s ts p r i n g sw a s b e t w e e na c i da n dn e u t r a l i n d r ys e a s o n ，t h ep ho fe p i k a r s ts p r i n g sw a sb e t w e e na l k a l ia n d n e u t r a l t h ec o n d u c t i v i t yo fe v e r ye p i k a r s ts p r i n gv a r i e du n r e g u l a r l y e v e r yc o m m o ni o nh a ds e a s o n a lv a r i a t i o n h c 0 3 c o n c e n t r a t i o nc h a n g e dl i t t l e l y w i t h t i m e e x c e p tl a n h u a g u o g u a n c e z h a ns p r i n g ，h c 0 3 。c o n c e n t r a t i o no ft h eo t h e r5s p r i n g sd e c r e a s e di n w i n t e r t h en 0 3 c o n c e n t r a t i o na n ds 0 4 小c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dw i 廿1t h ec o m i n go fw e ts e a s o n s p 0 4 c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e ds h a r p l y , a n di th a dt w op e a kz o n e o n ew a si nj a n u a r y , t h eo t h e rw a si n a u g u s t c 1 c o n c e n t r a t i o nd i d n tv a r i e do b v i o u s l y fc o n c e n t r a t i o nv a r i e du n r e g u l a r l yw i t ht i m e s i x e p i k a r s ts p r i n g sh a dah i 曲c o n c e n t r a t i o no fn o j 。t h en 0 3 。c o n c e n t r a t i o na n ds 0 4 厶c o n c e n t r a t i o n o fh o u g u oe p i k a r s ts p r i n gw e r eh i 曲a l lt h et i m e t h eo r d e ro fc i 。i st h a t ：t i l l e dl a n d g a r d e np l o t f o r e s tl a n da n dp a d d yf i e l d d r yl a n d fc o n c e n t r a t i o no fs i xe p i k a r s ts p r i n g sh a dl i t t l ed i f f e r e n c e b e t w e e ne a c ho t h e r t h ec o n c e n t r a t i o no f c a 2 + 、m 9 2 + 、n a + 、k + i ns i xe p i k a r s ts p r i n g sc h a n g e dl i t t l e l y w i t ht i m e f a n g q i us p r i n gh a dah i g hc o n c e n t r a t i o no f n a + a n dc t h r o u g h o u t l y t h i r d l y , i ti st h er e l a t i o nb e t w e e np h y s i c c h e m i s t r yo fs o i la n de p i k a r s ts p r i n g su n d e rd i f f e r e n t l a n du s ep a t t e r n s a sf o l l o w i n g ： t h ec o n c e n t r a t i o no fm a i ni o n si ns p r i n g sw a sp o s i t i v e l yr e l a t e dt os o i lb u l kd e n s i t y , a n di tw a s n e g a t i v e l yr e l a t e dt op e r c e n t a g eo fp o r e s u c ha s ，s o ? 。c o n c e n t r a t i o nh a dt h em o s ts i g n i f i c a n t r e l a t i o n sw i t hs o i lb u l l 【d e n s i t ya n dp e r c e n t a g ep o r e n 0 3 。c o n c e n t r a t i o na n dfc o n c e n t r a t i o na l s o h a dg o o dr e l a t i o n sw i 血s o i lb u l kd e n s i t ya n dp e r c e n t a g eo fp o r e n 0 3 。c o n c e n t r a t i o ni ne p i k a r s ts p r i n g sh a dag o o dp o s i t i v er e l a t i o nw i t l ls o i ln i t r o g e n s 0 4 c o n c e n t r a t i o na l s oh a dae v i d e n tp o s i t i v er e l a t i o nw i t hs o i lo r g a n i cc a r b o n o r g a n i cm a t t e r 、t o t a l a b s lr a c 1 1 p h o s p h a r u sa n da v a i l a b l ep h o s p h a r u sa l lh a dag o o dr e l a t i o nw i t hp 0 4 弘c o n c e n t r a t i o n e s p e c i a lt h e r e l a t i o nb e t w e e ns o i lp ha n dp 0 4 3 。c o n c e n t r a t i o ni ss i g n i f i c a n t k - c o n c e n t r a t i o nw a sp o s i t i v e l y r e l a t e dt os o i lp o t a s s i u m , e s p e c i a li tw a ss i g n i f i c a n t l yr e l a t e dt os o i lt o t a lp o t a s s i u m a tl a s t ，i ti st h es e a s o n a la n dd i u r n a lv a r i a t i o no fp h y s i c - c h e m i s t r yo fe p i k a r s ts p r i n g su n d e r d i f f e r e n tl a n du s ep a a e r n s a sf o l l o w i n g ： n ep h ，w a t e rt e m p e r a t u r ea n dc o n d u c t i v i t yo fb o s h u w a ns p r i n ga n dl a n h u a g u o g u a n c e z h a n s p r i n gh a dg o o ds e a s o n a lv a r i a t i o n b u tt h e i rv a r i a t i o ne x t e n tw a sd i f f e r e n ti nt w os p r i n g s t h ep ho f b o s h u w a n s p r i n g w a sh i g h e rt h a n l a n h u a g u o g u a n c e z h a n s i na d d i t i o n ，t h ec o n d u c t i v i t y o f l a n h u a g u o g u a n c e z h a ns p r i n gw a sh i g h e rt h a nb o s h u w a n s 1 1 1 ec a + c o n c e n t r a t i o na n dh c 0 3 c o n c e n t r a t i o no ft w os p r i n g sh a dag o o dp o s i t i v e c o r r e l m i o nw i t ht h ec o n d u c t i v i t yo ft h es p r i n g s a sar e s u l t ，w ec a nf r e dc a + c o n c e n t r a t i o na n d h c 0 3 。c o n c e n t r a t i o no ft w os p r i n g sa l m o s th a dt h es a m es e a s o n a lv a r i a t i o nw i t ht h e c o n d u c t i v i t y , a n dt h e i rp e a kz o n el a g e db e h i n dw e ts e a s o n s e n d i n g ( w h e nw e ts e a s o ne n d s ，c a + c o n c e n t r a t i o na n dh c 0 3 。c o n c e n t r a t i o no ft w os p r i n g sa r es t i l lr i s i n g ) i nan o r m a ld a yw i t hn or a i n f a l l ，w a t e rt e m p e r a t u r ew a si n f l u e n c e db ya i rt e m p e r a t i o n b u t w a t e rt e m p e r a t u r e sp e a kz o n eo fb o s h u w a ns p r i n gl a g e db e b i n da i rt e m p e r a t u r ef o ra b o u t2h o u r s t h ep ha n dc o n d u c t i v i t yo fl a n h u a g o u g u a n c e z h a ns p r i n gv a r i e du n r e g u l a r l y a l t h o u g ht h ep ha n d w a t e rt e m p e r a t u r eo fb o s h u w a ns p r i n ga l m o s th a dt h es a n l ev a r i a t i o na n dt h e ya l s oh a dag o o d c o r r e l a t i o nw i t he a c ho t h e r t h ec o n d u c t i v i t yo fi tv a r i e du n r e g u l a r l y d u r i n gf l o o dp u l s e ，t h e r ew e r e t w oe f f e c t s i n f l u e n c i n g t h e s et w o e p i k a r s ts p r i n g s ：d i l u t i o n e f f e c ta n dw a t e r - r o c k a i r e f f e c t l a n h u a g u o g n a n c e z h a ns p r i n gw a sm a i n l yi n f l u e n c e db yd i l u t i o ne f f e c t ，w h i l eb o s h u w a n s p r i n gw a sm a i n l yi n f l u e n c e db yw a t e r - r o c k a i re f f e c t k e yw o r d s ：k a r s tm o u n t a i n s l a n du s ep a a e me p i k a r s ts p r i n g v 独创性声明 学位论文题目：空逝挂出些丕回丝型题左式盘塞屋当渣基壅 的曼响 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加 了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同 仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：挎坍目哈签字日期：矽口7 年月伤日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：林酮球 签字日期： 砂叮年月伤日 导师签名：殇税珈、 签字日期：帅丫月“7 日 第一章绪论 第一章绪论 1 选题背景 水是生命的源泉，是人类生态环境的重要组成部分，也是物质生物地球化学循环的储库， 对环境具有一定的敏感性。但目前全世界水资源却日益短缺。这种困境主要来源于可利用水 源水质的持续恶化，人类可以利用的水资源越来越少。联合国教科文组织1 9 9 8 年1 1 月公布的 资料表明：近2 0 年来世界饮用水源减少了5 0 。主要原因是河流、湖泊和地下水等水体质量 的恶化。 根据各种史料，适合人类居住的地方，原先基本被良好的森林所覆盖，但随着人类的各 种经济活动增强扩张，都造成大片的森林草场消失。人类通过长期的生活和生产活动，使全 球约有4 0 的土地覆盖受到破坏或者转化为生产和居住用地，已造成全球性的土地覆盖变化， 其后续效应波及到维持水圈地圈生物圈相互作用系统的整个过程。不同的土地利用方式 不仅可以直接向水体增加或减少人类活动所制造的有毒有害物质，而且还加速或减少自然界 原有物质向水体的大量输入。不同的土地利用类型不仅可以改变土层厚度和土壤组成元素， 而且还可以改造土壤胶体的移动方式。土壤淋滤过程，从而间接地影响地表水量变化以及各 类物质向地表和地下水体的输入。因此对土地利用土地覆被的研究可以加深对水质和水量变 化的过程和机制的了解，从而为保护水资源，改善目前水质恶化短缺的问题提供科学的依据。 因此，由人类的政治、经济和社会目的所驱动的各种土地利用和土地覆被的变化，对水循环 产生的重大影响日益受到科学界的重视。 2 1 表层岩溶带的概念 表层岩溶带是地表和土下各种岩溶形态构成的不规则带状的强岩溶化层，为现代岩溶学 的一个重要的概念。2 0 世纪7 0 年代，m a n g i n 首次把术语“表层岩溶带”( e p i k a r s t ) 引入岩溶 研究中，它代表岩溶水包气带上部相对含水比较丰富的部分【1 1 ；2 0 世纪8 0 年代，w i l l i a m s 认 为表层岩溶带是土岩界面之间的岩溶形态，称之为“皮下层“( s u b c u t a n e o u s ) ，由土下溶蚀作用 所形成的【2 】；d r e w 则指出，表层岩溶带是具有大量溶蚀扩大的裂隙岩溶化岩层的最表层部分【3 】o 自2 0 世纪9 0 年代以来，以袁道先为首的中国学者将表层岩溶带作为现代岩溶学的重要内容， 进行了系统研究，明确提出了表层岩溶带是由于强烈的岩溶化过程，在碳酸盐岩表层形成各 种犬牙交错的岩溶个体形态和微形态并组合构成不规则带状的强岩溶化层睁7 1 。 2 2 表层岩溶泉在西南岩溶区的重要性 岩溶峰丛山区是我国西南最典型的岩溶地区，其地下河深埋，开发难度大、成本高，分 散居住的农民难以利用，导致当地居民引用水困难。缺水是该地区居民面临众多严重问题的 两南大学硕+ 学位论文 首要问题。因为缺水，当地土地生产率低，群众生活条件差，导致贫困；由于贫困，居民过 度垦荒和砍伐，生态环境破坏，水土流失和石漠化严重，长此以往，使岩溶区成为一种像沙 漠边缘一样脆弱的生态系统。表层岩溶水主要是储存于表层岩溶带的地下水，为近地面的表 层地下水系统。表层岩溶泉水的普遍分布是西南岩溶峰丛山区居民历史上聚集和繁衍的重要 条件【钔。由于表层岩溶水位置高，开发利用便利，对解决居民、土地较分散的岩溶区人畜用水 与农田灌溉具有重要意义【8 】。 此外，表层岩溶水还可以减缓入渗水在表层岩溶水系统中停留的时间，当表层具有良好 的植被和一定厚度的土壤层覆盖时，其还能有效地增加降水入渗补给量降引。这有利于西南岩 溶山区石漠化的防治，对改善和恢复岩溶石山地区的环境和生态起着十分重要的作用。 2 3 土地利用方式与表层岩溶水系统的关系密切 1 9 世纪5 0 年代以来，为了满足生产和生活上的需求，人们加剧了对森林的砍伐，来发展 农业生产。在喀斯特地区，人类不合理的土地利用造成的植被退化、水土流失和农业非点源 污染是其中的主要方式，它改变原本土地的理化性质及植被类型和覆盖状况等【9 五0 1 ，使得原本 浅薄的土壤层快速丧失，地表物质大量快速地进入水文循环系统。在一般条件下，土地从自 然植被到农业土地利用的变化很容易造成水土流失、土壤退化、生物多样性减少和水质恶化 等后果，最终导致喀斯特石漠化，实际上石漠化过程包括植被系统、土壤系统和水体环境系 统三个子系统的退化，这三个子系统是相互联系、相互影响的。植被的退化是土壤系统退化 的外在表现，而水体环境质量下降则是前两个系统变化的最终反馈。表层岩溶水系统为近地 面的表层地下水系统，大量研究【2 0 1 表明，其对生态环境变化反映敏感，因此，地表植被土 壤系统的改变能直接影响表层岩溶水的变化，包括水量和水质的变化。表层岩溶带含水层是 表层岩溶带的裂隙、孔隙和溶沟等含水空隙构成的含水层。据h u n t o o n 的研究表明，表层岩 溶带的裂隙率为8 0 左右，如此高的裂隙率，给地表物质进入表层岩溶水系统更是提供了先 天有利条件。 由于土地的贫瘠，当地居民为了增加粮食产量只有大量施肥，但是植物对肥料的吸收是 有一定限度的，这无疑给非点源污染增加了物质来源。残余的污染物质一部分随着水土流失、 沿着表层岩溶带的裂隙直接进入表层岩溶水系统，另一部分污染物质则留在土壤中，土壤是 岩溶地下水的天然屏障，它起到了对进入水系统的污染物质进行阻隔、过滤和净化的作用， 但是农业的发展不仅使原本浅薄的土壤层更加稀薄，而且使土层对污染物的净化作用减弱甚 至丧失，污染物进一步通过渗透进入岩溶水系统。此外，严重的水土流失，也使附着在土壤 胶体的大量重金属元素进入水体中。大量污染物质的进入造成了表层岩溶水的恶化，使原本 水量上缺水的喀斯特山区又面临着水质性缺水。 综上所述，探讨土地利用方式对表层岩溶泉水的影响有利于喀斯特岩溶山区水资源的开 发和合理利用，为当地居民的生产、生活提供了水安全保障。 2 第一章绪论 3 研究现状 3 1 表层岩溶泉水的研究现状 3 1 1 表层岩溶水的动态监测 2 0 世纪8 0 年代以来，我国已在全国多个典型岩溶基地开展了表层岩溶水的动态监测，主 要监测表层岩溶水的水位、水温和水化学的月变化。8 0 年代开始，这种监测首先在广西桂林 丫吉村试验场进行；9 0 年代以后，这种表层岩溶水的监测在广谣马山弄拉、平果果化、湖南 龙山洛塔、郴洲万华岩、贵州六盘水梅花山、荔波茂兰自然保护区、湖北清江火烧坪等地相 继展开，都取得了一定的成果。9 0 年代末以后，随着水的自动化监测技术的应用，对动态变 化大的表层岩溶水的运动规律已把握得较准确，并在广西丫吉村试验场、马山弄拉、贵州荔 波茂兰自然保护区、湖南龙山洛塔、重庆金佛山自然保护区等地建立了表层岩溶水的自动化 监测站，主要监测表层岩溶水的p h 值、电导率、水温、水位和h c 0 3 等物理化学指标，以观 测它们的时变化、日变化和季节变化【4 】。 多年的监测表明，岩溶表层带对岩溶水的调蓄主要受降雨强度的影响1 4 , j 7 】。小雨的时候， 降雨几乎全部被地物和岩溶裂隙截留，泉域总排泄量无法形成洪峰，即洪峰与降雨的滞后趋 于无穷大。桂林岩溶试验场的研究结果表明：当场雨降雨量小于5 m m 时，表层岩溶带的调蓄 量为泉域总调蓄量的9 8 5 8 ；当场雨降雨量为5 1 0 m m 时，调蓄量为泉域总调蓄量的7 3 9 1 1 当场雨降雨量为1 0 , , - 3 0 r a m 时，调蓄量占泉域总调蓄量的7 7 2 9 ；当场雨降雨量为3 0 m m 以上 时，调蓄量为泉域总调蓄量的6 7 6 9 。 自动化监测还表明，由于表层岩溶带与外界的物质能量交换频繁，泉水的p h 值、电导率、 水温、水位和h c 0 3 等物理化学指标有明显的日变化和季节变化。暴雨期间表层岩溶水的物理 化学变化异常，此期间泉水的电导率升高，p h 值降低，这突破了传统的水岩相互作用理论。 据刘再华等研究 3 1 - 3 4 1 表明，在洪水期间主要有两个关键的过程控制着洪水期间的水化学变化， 一个是雨水的稀释效应，另一个是水岩气的相互作用。而对于表层岩溶水，后者的作用可能 更重要，即洪水期间，高浓度的土壤c o ：溶解于水中，则更具侵蚀性的水能溶解更多的石灰 岩，从而增强水的电导率。 3 1 2 表层岩溶水和生态环境的相关性研究 1 9 9 2 年的国际水文和环境大会上正式提出了生态水文学( e c o h y d r o l o g y ) 这个概念。表层 岩溶带处于岩石圈、水圈、生物圈、大气圈交汇的地带，其水资源不但受其本身空间结构、 大气降水的影响，还与植物生态环境密切相关。不同的植被环境，其对表层岩溶水的调蓄作 用不同，泉水的动态状况也不一样 4 , 7 , 2 1 】。同时，泉水中的水化学成分也因不同的植被生态环 境而产生变化。据梁小平等人对湖南洛塔表层岩溶泉水文地球化学研究1 8 , 2 2 1 表明，不同的生态 环境对表层岩溶带水的水化学组分有明显的影响，植被、土壤的覆盖程度与泉水化学组分含 量高低呈正相关性。 3 两