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本文作者：徐尚全楊平恒殷建軍毛海紅王鵬周小萍作者單位：西南大學地理科學學院

水化學特征

研究區地表和地下河水中陽離子以Ca2+、Mg2+為主，陰離子以HCO－3和SO2－4為主，其水化學特征主要受水所流經地層巖性的控制．各監測點［Mg2+］/［Ca2+］(摩爾比)為0.018～0.064，表現出低Mg2+高Ca2+的特點．石灰巖和白云巖中不同造巖礦物的風化溶解或水巖相互作用控制著水中的［Mg2+］/［Ca2+］［33］，水巖作用過程可表示為。式中，n和(1－n)表示灰巖或白云巖中鈣鎂比例，當0＜n≤1/2時，礦物的溶解或水巖相互作用以白云巖中白云石(CaMgCO3)為主;當1/2＜n＜1時，礦物的溶解表現出以石灰巖和白云巖中的方解石和白云石共同作用特征;當n=1時，礦物的溶解或水巖相互作用以石灰巖中的方解石(CaCO3)為主［28］．通過計算得出，本研究區［Mg2+］/［Ca2+］的比值為0.018～0.064，表現為高Ca2+低Mg2+的特征．因此，可以認為，雪玉洞地區的水巖作用過程更接近于n=1時的情況，表明區內造巖層巖礦物以方解石為主，這與野外實際調查結果相吻合．此外，雨季各監測點［Mg2+］/［Ca2+］為0.018～0.051，旱季［Mg2+］/［Ca2+］為0.038～0.064，雨季要小于旱季［圖3(a)］．這是由于巖溶區大氣降水和地表水轉化為地下水迅速，在降水量較大的雨季，一方面地表化學溶蝕作用強度會發生變化，導致地表水中Ca2+、Mg2+含量發生變化;另一方面，大氣降水和地表水入滲混合作用的影響，會導致洞內地下河水中的［Mg2+］/［Ca2+］比值減小［31，34～36］，Ca2+、Mg2+含量較旱季發生明顯的變化．與Ca2+、Mg2+一樣，各監測點水中的主要陰離子HCO－3和SO2－4在雨季同樣會發生變化［圖3(b)］．通常情況下，地下水中的SO2－4可能來源于黃鐵礦風化和石膏礦物溶解［33］．由于研究區內并未見含煤系地層出露，因此研究區各監測點水中的SO2－4可能來源于碳酸鹽巖地層中的石膏礦物溶解，同時，這一反應還可生成硫酸加速碳酸鹽礦物的溶蝕，其水巖作用過程可表示為。研究區各監測點水中［HCO－3］/［SO2－4］為4.86～42.67，雨季［HCO－3］/［SO2－4］為4.86～36.62，旱季［HCO－3］/［SO2－4］為6.23～46.67，表現出高HCO－3低SO2－4的特點，HCO－3在水中濃度占有絕對優勢．

農業活動對地下河敏感性分析

研究區的上覆植被以松柏等次生林為主，其次分布有農業用地，種植作物以紅薯、蔬菜為主，以玉米、水稻、果樹為輔．由于交通不便，種植作物以自給為主，很少用于買賣，因此，其耕作方式比較松散．每年的4～6月為耕作期(有施肥、噴農藥等)，12月～次年2月為休耕期，較少有農業活動．為此，本研究取用2011年4～6月(耕作期間)和2010年12月～2011年2月(休耕期間)的地下河水化學數據，對農業活動對雪玉洞地下河水地球化學敏感性進行探討．運用公式(1)對研究區地下河河水的地球化學敏感性進行計算(表2)．選取的兩個時間段12月～次年2月與4～6月和研究區旱雨季基本吻合，由于降雨量、溫度的變化致使巖溶作用存在明顯的季節性差異［37，38］．因此，雨水的稀釋效應、CO2效應和農業活動對地下河水中的離子都有影響:在基巖一定的前提下，Ca2+、HCO－3主要受稀釋效應和CO2效應的影響;其它陰陽離子主要受稀釋效應和農業活動的共同影響．稀釋效應使離子含量降低，CO2效應、農業活動則使相應離子含量增高［37，39］．表2中地下河最敏感的陰陽離子分別為HCO－3和Ca2+，敏感指數為0.825和0.571，這與巖溶作用的季節性變化密不可分．研究區的水文地質條件、植被狀況使得雨季CO2效應的影響強于稀釋效應，致使HCO－3和Ca2+含量雨季大于旱季(表1)．Cl－與NO－3也表現出較大的地球化學敏感性，敏感指數分別為0.268、0.022(表2)．Cl－與NO－3的濃度值農耕期(雨季)＞休耕期(旱季)，說明農業活動對地下河水的影響強于雨水的稀釋效應．耕作期間對化肥和農藥的使用會因巖溶區巖溶含水系統的持水性較差、入滲系數大而隨降雨入滲到巖溶含水層［40～42］，雖有雨水的稀釋效應但其濃度仍呈增高趨勢;而休耕期沒有農業活動的影響，Cl－與NO－3濃度較低，使得Cl－與NO－3的地球化學敏感性較高．SO2－4也表現出較高的地球化學敏感性，敏感指數為0.046.也有研究曾指出人類在施加農藥中含硫化物會使地下水SO2－4含量增加［18］．但是通過表1可知，SO2－4含量農耕期(雨季)較休耕期(旱季)更小，這可能與農業活動中使用的農藥種類不含SO2－4有關［經調查該區使用農藥主要為敵敵畏(C4H7O4Cl2P)、敵殺死(C22H19Br2NO3)不含SO2－4］．也可能是由于雨季雨水的稀釋效應所致。

旅游活動對地下河敏感性分析

雪玉洞因其洞內沉積物潔白如玉而著稱，2004年被評為國家4A級旅游景區．每年都會有大批國內外游客前來旅游，據2011年雪玉洞游客數據顯示:全年共接待游客146463人，但每月之間有較大差距:由于“十一”黃金周的原因，10月游客最多達18178人，而1月人最少，僅有3925人．為討論旅游活動對地下河水地球化學敏感性的影響，選取2011年1月和10月的地下河水化學數據進行分析．為使分析客觀、準確，每種元素都用NO1的值分別與其他4個采樣點相減，即只考慮地下河在洞穴內水化學的敏感性，再運用公式(1)進行計算．表3為計算結果，可看出受巖溶作用控制的Ca2+、HCO－3仍是敏感度最高的陽離子、陰離子，敏感指數分別為0.294與0.09.Cl－與Na+是除此之外地球化學敏感性指數最高的陰陽離子，敏感性指數分別為0.021與0.04.筆者認為主要原因可能有兩方面:一是在修建旅游通道(地下河與旅游通道接觸)時所用的材料中含有黏土，而石鹽(NaCl)是黏土的主要成分之一［43］，可能會對地下河水中的Na+、Cl－離子含量有較大影響;二是可能與游客的影響有關，在景區無論散客或是旅游團，都會在一定人數時由導游引領進洞參觀，時間為1h左右，由于洞內高差較大(50m)，游客比較累會有較多汗液(主要成分即為Na+、Cl－等離子)，通過空氣的流通可能會影響到地下河水中的離子含量．除此之外，其他離子(SO2－4、NO－3等)表現出較低的地球化學敏感性，筆者認為這主要得益于景區的良好管理，沒有其它人為因素(如生活垃圾的排放)對地下河造成不利影響．巖溶作用對地下河敏感性的影響較農業活動與旅游活動更為明顯，這與基巖、氣候與土壤CO2含量有密切關系［44～46］．農業活動與旅游活動對地下河敏感性的影響有所不同．首先，農業活動較旅游活動對地下河的影響更大，其原因主要為農業活動對地下河的影響面積大、范圍廣，旅游活動僅對地下河洞穴可進入部分產生影響，且由于管理秩序較好影響很小;二是農業活動與旅游活動對地下河各離子的地球化學敏感性有所不同:農業活動對地下河Cl－、NO－3影響較大;旅游活動對Cl－、Na+影響較大．綜上所述，在保護旅游區巖溶水資源時，應根據不同的影響因素實施對應的保護方案．

經濟與環境效益

雪玉洞巖溶地下河不僅是景區重要的旅游資源，具有可觀的經濟效益;更對洞穴環境具有很大的調節作用，具體表現在對洞穴溫度、濕度的調控和對空氣中CO2濃度的調節，對洞穴景觀的保護具有重要作用．通過此次研究發現，景區內部對地下河的保護工作已做得比較到位;但補給區不僅對地下河的影響更大而且由于對土地利用比較松散的管理，很有可能會對地下河造成不可修復的“傷害”，是景區較大的潛在威脅．因而要從污染物質的源頭抓起，對補給區的土地利用方式進行合理規劃，對農業用地科學施肥，限制農業生態系統污染物質的輸出，做好巖溶生態系統的管理工作，讓巖溶地下河的經濟與環境效益發揮到最大．