利用洞穴體系地球化學(xué)指標(biāo)研究貴州中西部近現(xiàn)代石漠化成因及趨勢(shì).pdf

1、喀斯特被視為同沙漠邊緣一樣的脆弱環(huán)境，石漠化與喀斯特脆弱生態(tài)治理是當(dāng)前全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究的焦點(diǎn)之一。中國(guó)西南喀斯特區(qū)處于世界三大連片喀斯特發(fā)育區(qū)之一的東亞片區(qū)中心，也是典型的季風(fēng)氣候區(qū)，雖然有很好的水熱配合條件，但卻存在嚴(yán)重的石漠化現(xiàn)象。土地貧瘠、水資源短缺、脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，是地方和中央政府非常關(guān)注的一件大事。為了給石漠化地區(qū)的生態(tài)建設(shè)提供充分的科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，迫切需要充分認(rèn)識(shí)石漠化形成、演變的過(guò)程，揭示自然過(guò)程和人類(lèi)活動(dòng)各自對(duì)

2、石漠化的作用。 洞穴石筍記錄現(xiàn)在已經(jīng)成為高分辨率古氣候研究的最佳地質(zhì)載體之一。地處西南喀斯特區(qū)核心的貴州省，碳酸鹽巖出露面積達(dá)13萬(wàn)km2，占全省土地總面積的73.8％，石漠面積居西南八省(區(qū)、市)之首，它的中西部地區(qū)又是石漠化最嚴(yán)重的地區(qū)之一。廣泛發(fā)育的喀斯特洞穴內(nèi)有豐富沉積物，為重建貴州中西部地區(qū)氣候環(huán)境和研究石漠化演變的過(guò)程提供便利。本論文運(yùn)用地球系統(tǒng)科學(xué)理論，弄清洞穴沉積物的生長(zhǎng)過(guò)程中巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈之間的物

3、質(zhì)、能量傳輸以及人類(lèi)活動(dòng)的相互影響，更好地論證地球化學(xué)指標(biāo)的意義，通過(guò)洞穴沉積物的記錄揭示人類(lèi)活動(dòng)與自然變化對(duì)石漠化的影響程度。 在2005*2007年期間，我們?cè)谫F州清鎮(zhèn)、安順、織金、水城四個(gè)地區(qū)的將軍洞、鄭家洞、石將軍洞、琦云洞、織金洞、猴子洞以及周?chē)M(jìn)了多次野外取樣、監(jiān)測(cè)。對(duì)部分樣品進(jìn)行210pb和230Th/U定年。水樣進(jìn)行δD和δ18O分析，新老碳酸鈣、鵝管、石筍樣品進(jìn)行δ18和δ13C分析，所得分析結(jié)果與器測(cè)、歷史記

4、錄、其他石筍記錄對(duì)比結(jié)果顯示： (1)洞穴中某些滴水點(diǎn)由于上層包氣帶厚度非常薄，蓄水能力差，雨水與地表水沒(méi)有充分混合的條件，大氣降水能很快地滲透到洞內(nèi)形成滴水，反映季節(jié)性降水的δ18O值，因此在這種點(diǎn)取得的洞穴沉積物有可能記錄季節(jié)性降水的δ18O值。 (2)根據(jù)鵝管的生長(zhǎng)特性，以及對(duì)不同洞穴鵝管δ18O、δ13和210Pb的大量分析，可知洞穴鵝管發(fā)育特征必須符合一定的要求才能作為古氣候記錄。鵝管的碳酸鈣沉積應(yīng)該發(fā)生在其生

5、長(zhǎng)尖部，從野外判斷，管壁為白色很純的碳酸鈣，薄而透明：無(wú)論多長(zhǎng)的鵝管，都應(yīng)類(lèi)似于吸管，空心，從頂部到底部管壁內(nèi)外直徑基本一致：取樣時(shí)仍然處于生長(zhǎng)狀態(tài)，管內(nèi)充滿水。符合以上要求的鵝管，對(duì)研究近代氣候、環(huán)境記錄有非常重要的意義。若不符合上述要求，鵝管測(cè)試出的穩(wěn)定同位素值的運(yùn)用需謹(jǐn)慎。 (3)無(wú)論是鵝管還是石筍中的18O與器測(cè)記錄的溫度都沒(méi)有相關(guān)性，而與降雨記錄和歷史干濕記錄基本一致。降雨量減小或干旱的時(shí)期，所對(duì)應(yīng)的鵝管或石筍中δ18

6、O曲線會(huì)相對(duì)偏重。因此可以推斷，在貴州地區(qū)降雨量是影響洞穴沉積物中的δ18O的主要因素。 (4)石將軍洞發(fā)育于三疊系中上統(tǒng)(T2-3)，為石灰?guī)r、白云巖互層層組(基巖δ13C=1.21‰)；猴子洞發(fā)育于中石炭統(tǒng)和二疊系(C2+P)以灰?guī)r為主，質(zhì)地較純的地層(基巖δ13C=3.81‰)。兩地都有較嚴(yán)重的石漠化現(xiàn)象。兩地的降雨量差不多，前者1375mm/yr，后者1190mm/yr；由于猴子洞的海拔較高(～2100米)，氣候較冷；而

7、石將軍洞海拔較低 (～1200米)，氣候較熱。所以，在猴子洞地表C3/C4植物比例高于石將軍洞地表C3/C4植物的比例。猴子洞無(wú)論是新生碳酸鈣還是老的碳酸鈣沉積物的δ13C都比石將軍洞的要輕的多。由此可見(jiàn)，洞穴沉積物的δ13C值通常受地表植被影響為主，基巖影響較小。 (5)根據(jù)洞穴所處地區(qū)的石漠化等級(jí)的劃分，來(lái)比對(duì)不同洞穴的新生碳酸鈣的13C平均值。發(fā)現(xiàn)石漠化強(qiáng)的地區(qū),植被覆蓋率少，所在渝穴中的新生碳酸鈣的δ13C平均值偏重：洞

8、穴沉積物的δ13C值基本能反映地表石漠化程度。 (6)織金洞的石筍δ13C記錄，在1460年左右出現(xiàn)過(guò)δ13C的大幅度偏重，歷史資料記載這時(shí)段明朝軍隊(duì)進(jìn)入貴州中西部，屯兵導(dǎo)致大量人口增加，砍伐植被修建房屋、開(kāi)辟耕地等活動(dòng)，可能因此導(dǎo)致了這一地區(qū)在過(guò)去一千年來(lái)的第一次嚴(yán)重的植被退化現(xiàn)象。大約從1900年開(kāi)始δ13C記錄有大幅度的偏重，約偏重了2.5‰，這在石筍和鵝管記錄中都有顯示。從貴州省織金縣縣志中可知，從1900-1910年之

9、間開(kāi)始，織金地區(qū)人口迅速增加，人類(lèi)活動(dòng)一直持續(xù)增加到現(xiàn)今。上述兩次明顯的人口增加導(dǎo)致植被的減少，都明顯地在洞穴沉積物的δ13C曲線中表現(xiàn)出來(lái)，由此可見(jiàn)洞穴沉積物δ13C記錄可以用來(lái)反映石漠化的演變。 (7)從鵝管、石筍中的δ18O和δ13C明顯看出，δ18O和δ13C的曲線都呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，反映地表植被與氣候條件的相應(yīng)變化，夏季風(fēng)較強(qiáng)，濕潤(rùn)的氣候條件(δ18O偏輕)，植被發(fā)育較好(δ13C偏輕)；反之亦反。在沒(méi)有強(qiáng)烈人類(lèi)活動(dòng)的情

10、況下，植被的主要控制因素是降雨量。因此，即使在受到人類(lèi)活動(dòng)影響下石漠化的進(jìn)程仍然要考慮氣候因素的影響。不過(guò)，從織金洞石筍和鵝管的δ18O和δ13C來(lái)看，在過(guò)去800年的記錄中，自然條件雖然造成某些時(shí)期植被的退化，但尚未達(dá)到石漠化程度。而明朝時(shí)的屯兵和1900年之后的人口大量增加所造成的植被破壞，遠(yuǎn)大于自然因素引起的植被退化。由此可見(jiàn)，人類(lèi)活動(dòng)是導(dǎo)致石漠化的主要因素。 (8)以織金洞石筍ZJD-21和鵝管ZAD-9C的δ18OO和