湯云濤，周忠發(fā)，朱粲粲，汪炎林，薛冰清，范寶祥

（1.貴州師范大學 喀斯特研究院／地理與環(huán)境科學學院，貴州 貴陽550001；2.國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽550001）

在利用洞穴次生化學沉積物進行古氣候重建過程中，由于洞穴次生化學沉積物中微量元素記錄了洞外氣候環(huán)境［1］、地表水文地質(zhì)環(huán)境［2］、土壤環(huán)境［3］、地表物質(zhì)來源［4］等信息，微量元素已成為當下研究氣候變化的重要替代指標，而微量元素所表達的氣候變化信息則以水作為載體進行傳遞。大氣降水通過對土壤滲透水進行補給，并攜帶土壤環(huán)境信息和氣候環(huán)境信息以滲流水的形式進入基巖節(jié)理或裂隙中，在運移過程中發(fā)生的水—土—巖—氣相互作用使巖溶水水化學元素濃度發(fā)生變化，但該過程中存在的不確定性使得在運用微量元素作為研究氣候變化主要替代指標存在很大爭議［5］。因此，對洞穴上覆土壤滲透水—洞穴水水文地球化學指標進行研究，分析各指標的時空變化特征及與洞外氣候的響應關(guān)系，對運用洞穴沉積物進行古氣候重建具有重要意義。為此，Baker等［6］在法國Crotte de Villars 洞穴中的研究發(fā)現(xiàn)滴水的滴率，p H 值，電導（EC），Ca2＋，HCO－3等監(jiān)測指標均對外界氣溫、降水的變化有顯著響應；李廷勇等［7］通過對重慶芙蓉洞洞穴次生化學沉積物中δ18O的研究，表明洞穴次生化學沉積物中的δ18O 能夠反映當?shù)卮髿饨涤曛笑?8O 的平均值；曾澤等［8］對重慶雪玉洞洞穴水水文地球化學的時空變化特征與環(huán)境關(guān)系的研究則表明，受控于先期方解石沉淀（PCP）過程、基巖溶蝕作用、稀釋作用等地球化學過程，洞穴水地球化學指標具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，能夠很好地響應洞外氣候環(huán)境的變化；李俊云等［9］則通過對重慶芙蓉洞土壤帶Mg，Sr元素特征及其比值變化的研究，表明芙蓉洞上覆土壤帶元素變化能夠快速反映地表降雨量的變化，土壤滲透水中微量元素比值變化對地表環(huán)境特別是極端氣候環(huán)境變化具有積極響應。由于不同地區(qū)氣候、地質(zhì)條件以及洞穴結(jié)構(gòu)的差異，使得不同區(qū)域土壤滲透水和洞穴水化學組分受不同主導因素的控制?？λ固囟囱ㄖ兴瘜W元素及其比值與當?shù)貧夂蜃兓年P(guān)系并不是簡單的對應，而是一個多因素相互耦合的過程［10］。但以上學者的研究僅從單一的洞穴次生沉積物，洞穴內(nèi)、外水文地球化學進行研究，而從更系統(tǒng)的角度對土壤滲透水—洞穴水元素變化的研究以及對氣候環(huán)境響應的研究，卻鮮有報道。因此需要進一步對洞上覆土壤滲透水—洞穴水時空變化及對外界氣候環(huán)境響應關(guān)系進行研究。

鑒于此，本文選取貴州省綏陽縣麻黃洞為研究點，于2016年11月至2017 年8 月對麻黃洞洞內(nèi)4個洞穴水和洞穴上覆3個土壤滲透水監(jiān)測點的各項水化學指標進行了為期10個月的觀測，并結(jié)合當?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，從更系統(tǒng)的角度探究麻黃洞上覆土壤滲透水—洞穴水地球化學時空變化特征及對洞外氣候環(huán)境的響應的指示意義，以期為表層巖溶帶水文地球化學過程和洞穴次生沉積物的古環(huán)境信息解譯提供科學參考。

1 研究區(qū)概況

麻黃洞屬于貴州省綏陽縣雙河溶洞群的一個支洞［11］，雙河溶洞群位于遵義市綏陽縣溫泉鎮(zhèn)西北部境內(nèi)（107°02′30″—107°25′00″E，28°08′00″—28°20′00″N之間），屬芙蓉江西支池武溪地下河系，海拔高度在600～1 700 m 之間，是目前世界上最長的白云巖洞穴和最大的天青石沉積洞穴，目前已探明長度為248 km，為亞洲第一，世界第六長洞。研究區(qū)屬亞熱帶季風氣候區(qū)，雨熱同期，水熱條件充足，旱季雨季分明，年均氣溫15.5 ℃，年均降雨量1 210 mm，約80%主要集中在4～10月份。研究區(qū)地表植被覆蓋良好，洞穴上覆植被以亞熱帶常綠闊葉林和闊葉落葉混交林為主，土壤垂直分帶明顯，低海拔地區(qū)主要以黃壤、石灰土為主，高海拔地區(qū)主要以黃棕壤為主。地質(zhì)構(gòu)造上，研究區(qū)位于上揚子陸地黔北隆起區(qū)鳳崗南北向構(gòu)造變形區(qū)內(nèi)，地處3個褶皺帶所圍成的1個略成三角形的“構(gòu)造空白”區(qū)內(nèi)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造線和地層總體上走向以NE，NW 及SN 向為主，巖層發(fā)生構(gòu)造變形主要時期為燕山期，新構(gòu)造運動的總體表現(xiàn)為間歇性抬升，洞區(qū)巖性主要為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)組（ε2－3ls）和奧陶系下統(tǒng)桐子組（O1t）地層出露的臺地蒸發(fā)相白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、夾燧石和泥質(zhì)的白云巖為主［12］。麻黃洞洞道走向為南北走向，是雙河洞洞穴系統(tǒng)中重要的支洞，為非旅游洞穴，洞內(nèi)發(fā)育眾多碳酸鈣沉積物，如形態(tài)各異的石鐘乳、石簾、卷曲石、石筍等。洞口海拔720 m，整個洞系海拔在678～720 m 之間，洞口高約32 m，寬約15 m，總洞道長約1 103 m，沿著主洞道發(fā)育較多支洞，洞內(nèi)發(fā)育地下河，主要為巖溶管道水，流量受大氣降雨影響較大。

2 樣品采集與研究方法

為全面了解麻黃洞上覆土壤滲透水和洞穴水的水化學特征及其在運移過程中出現(xiàn)的變化。結(jié)合麻黃洞洞道結(jié)構(gòu)、洞穴水點分布情況，洞穴上覆環(huán)境，沿麻黃洞洞口至洞內(nèi)深處依次設(shè)置4個監(jiān)測點，分別為DW＃1，DW＃2，DW＃3和DW＃4。并沿洞道走向，根據(jù)地表水匯流情況，在洞穴上覆依次設(shè)置SW＃1，SW＃2和SW＃33個土壤點，在各土壤點土壤剖面約－40 cm 處埋入土壤滲透水采集裝置，收集土壤水的裝置為一個圓柱體陶土頭，直徑約25 cm，表面有細小的孔隙，土壤水通過孔隙進入陶土頭中間的空心部分，其頂部有一PE管與外界相連，直徑約0.3 cm，用于抽取土壤滲透水。在陶土頭表面覆上紗網(wǎng)，以防止泥沙堵篩陶土頭表面孔隙，并將其放置于裝有石英棉的PE 盆中。集水裝置埋設(shè)完畢后，按原始土層將土回填，盡量恢復到土壤剖面的原始狀態(tài)。于2016年11月至2017年8 月，每月定期采集土壤滲透水、洞穴水1次。監(jiān)測點具體分布及參數(shù)見表1。

現(xiàn)場水樣測定主要包括：水溫、電導（EC），p H 值，Ca2＋，HCO－3。使用德國WTW Multi—3430便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀測定水樣溫度、EC及p H 值，監(jiān)測前用標準液對p H 值和電導進行校正，測量精度分別為0.001和0.01 ℃，利用酸堿測試盒現(xiàn)場測定水中的Ca2＋和HCO－3濃度，分辨率為1 mg／L。同時，在現(xiàn)場用50 mL高密度聚乙烯瓶采集洞穴滴水水樣兩瓶，其中一瓶用0.22μm 的濾膜過濾后再滴入2滴HNO3以保持離子活性，密封保存，用于室內(nèi)陽離子測定，另一瓶不做任何處理用于室內(nèi)陰離子樣測定。室內(nèi)試驗分析在中科院地球化學研究所環(huán)境實驗室測定完成。其中 陰 離 子（Cl－，HCO－3，SO2－4，NO－3）采 用 美 國Dionex公司生產(chǎn)的ICS90 型離子色譜儀測定，陽離子（K＋，Na＋，Ca2＋，Mg2＋，Sr＋）采用美國Varian 公司生產(chǎn)的VISTA MPX 型電感耦合等離子體—發(fā)射光譜儀測定，檢測限至＜1%，絕對誤差＜1%。降雨和洞外空氣溫度數(shù)據(jù)來源于中國氣象網(wǎng)（http：∥www.data.cma.cn／），在研究時段內(nèi)每周定期下載。

表1 麻黃洞各監(jiān)測點基本參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

本文數(shù)據(jù)處理主要運用Origin 2016，SPSS 19.0等軟件，運用CorelDRAW X8，Arcgis 10.1，Adobe Photoshop CS6等軟件對圖件進行處理。水化學數(shù)據(jù)集包括：水溫，p H 值，Na＋，Ca2＋，Mg2＋，Sr＋，Cl－，HCO－3，SO2－4和NO－3。并運用PHREEQC程序計算SIc［13］。

式中：SIc——方解石飽和指數(shù)，IAP 是方解石溶液中各離子的活度積，K 是方解石溶于水的平衡常數(shù)。如果SIc＝0，表明水溶液處于熱力學平衡狀態(tài)；SIc＜0，表明水溶液處于不飽和狀態(tài)；SIc＞0，表明水溶液處于過飽和狀態(tài)［14］。

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨與氣溫的特征

如圖1所示，洞外氣候季節(jié)性變化明顯。其中，雨季（4—8月）降雨量變化較大，降雨量變化范圍在0～314 mm 之間，最大降雨量出現(xiàn)在5月份，4—6 月份降雨量較大，這3 個月月均總降雨量約為1 037 mm，7月份降雨量較小，月總降雨量僅為122.3 mm，8月份降雨量與5 月份相當，旱季（2016 年11 月至2017年3月）降雨量均較小。溫度變化同樣表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化特征，雨季溫度變化范圍為9～33.7℃，最大值出現(xiàn)在7月份，最小值出現(xiàn)在4月初，旱季溫度變化范圍在0～17 ℃之間，最大值出現(xiàn)在11月份，最小值出現(xiàn)在1—2月份之間。土壤滲透水溫度變化在10.3～29.3 ℃之間，與大氣溫度和降雨季節(jié)性變化趨勢一致，表現(xiàn)出明顯的旱季雨季變化特征。可以看出，研究時段內(nèi)空氣溫度和降雨量變化均表現(xiàn)出雨熱同期的特征，土壤滲透水溫度表現(xiàn)出與大氣降雨和溫度變化較好的相關(guān)性，表明氣候環(huán)境變化對土壤環(huán)境具有重要影響。

3.2 土壤滲透水水化學特征

土壤滲透水水量、水中元素含量受土壤本身理化性質(zhì)及環(huán)境溫度和降雨量的影響［15］。由表2 及圖2可以看出，土壤滲透水EC 變化范圍在140.9～379 μS／cm 之間，SW＃1月均EC 較小，主要受該點所處地形引起的坡面徑流影響［16］，2017 年7 月份SW＃2和SW＃3的EC出現(xiàn)了一個明顯的峰值，是由于7月份降雨量較小，地表溫度較高，使土壤中CO2濃度的升高，同時降雨對土壤滲透水的稀釋作用減弱，使土壤滲透水EC增強，且土壤滲透水EC 變化與降雨量和溫度變化具有較好的相關(guān)性，表明土壤滲透水水化學變化能夠快速響應地表環(huán)境的變化。

圖1 雙河洞研究區(qū)氣候特征與監(jiān)測點土壤滲透水溫度

監(jiān)測點土壤滲透水p H 值變化范圍在5.95～7.65之間，呈弱酸性—中性，雨季＜旱季。Ca2＋，Mg2＋，HCO－3和SO2－4離子濃度范圍分別為16.94～48，2.43～6.22，18.3～158.6，7.9～39.59 mg／L，除SW＃3的SO2－4，NO－3較高，使Ca2＋，HCO－3僅占土壤滲透水總離子濃度的50%外，其余3點Ca2＋，HCO－3約占土壤滲透水總離子濃度的80%，可知Ca2＋，HCO－3中為土壤滲透水中的優(yōu)勢離子。由圖3可以看出，3個點土壤滲透水主要化學類型旱季與雨季均為HCO－3－Ca2＋型。土壤滲透水中Sr2＋離子濃度變化范圍為0.04～0.2 mg／L，為土壤滲透水中的微量元素，與織金洞［17］上覆土壤滲透水相差較大，主要表現(xiàn)為4月出現(xiàn)一個上升期后趨于平緩，可能是因為Sr元素相對穩(wěn)定，旱季Sr在土壤中富集，當雨季降雨量增大后，引起土壤滲透水在土壤表層上下擾動，使其在此期間大量下滲進入下部土壤。監(jiān)測期間，土壤滲透水方解石飽和指數(shù)（SIc）變化范圍為－3.08～－0.44之間，均為負值，表明土壤滲透水相對于方解石礦物處于不飽和狀態(tài)，具有發(fā)生方解石礦物沉積的趨勢。

表2 麻黃洞土壤滲透水、洞穴水水化學指標統(tǒng)計

圖2 麻黃洞土壤滲透水、洞穴水元素濃度時空變化

圖3 麻黃洞土壤滲透水－洞穴水Piper圖

3.3 洞穴水水化學特征

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示（表2，圖2），洞穴水EC 變化范圍為289～418μs／cm，月變化較小，但監(jiān)測點間月均EC差異大，分別為DW＃1347.7，DW＃2354.7，DW＃3321.3，DW＃4412.8μs／cm。p H 值變化在8.48～8.86之間，呈堿性，旱季略高于雨季。洞穴水中Ca2＋，Mg2＋，HCO－3和SO2－4濃度范圍分別為48～78，8.63～25.04，134.6～231.8，8.42～48 mg／L。Sr2＋濃度變化范圍為0.22～1.5 mg／L，月變化較為平穩(wěn)，但監(jiān)測點間差異大，DW＃1，DW＃2，DW＃3和DW＃4月均Sr2＋濃度大小分別為0.4，0.64，0.24，1.44 mg／L，DW＃4月均Sr2＋濃度異常高，說明該點上覆可能有天青石存在以及與該點洞穴滴水滴率、滴距和洞穴上覆植被狀況以及基巖結(jié)構(gòu)有關(guān)［18］。由圖3可以看出，旱季雨季DW＃1，DW＃2和DW＃3洞穴水主要化學類型均為HCO－3－Ca2＋—Mg2＋型，DW＃4主要化學類型為HCO－3—Ca2＋—SO2－4—Mg2＋型，可能由于DW＃4上覆存在石膏層，但由于石膏層較薄，SO2－4無法襲奪水中的優(yōu)勢離子［19］，表明白云巖地區(qū)洞穴水水化學的特殊性。此外，洞穴水SIc變化與上覆土壤滲透水SIc值相反，主要受控于洞穴水p H 值變化，3個滴水點SIc均為正值，均處于方解石過飽和狀態(tài)，表明表層巖溶帶對洞穴水水化學具有重要影響。

3.4 Mg／Ca和Sr／Ca變化特征

由表2和圖4可知，土壤滲透水月間Mg／Ca和1 000×Sr／Ca平均值分別為0.12±0.02 和3.69±1.48，且具有較明顯的月變化。3個土壤滲透水監(jiān)測點Mg／Ca最大值出現(xiàn)在12 月、6 月及7 月份左右。需要說明的是，在4月份土壤滲透水Mg／Ca出現(xiàn)了一個明顯的上升，是由于該月份的土壤滲透水中混合了旱季滯留于土壤層中的大量礦質(zhì)元素，6月份左右出現(xiàn)最大值，可能與該月份氣溫和降雨有較大關(guān)系，在開放系統(tǒng)中，隨著溫度的升高，CaCO3的溶解度逐步降低，MgCO3的溶解度會逐步提高［20］，使得土壤滲透水中Mg／Ca比值升高。1000*Sr／Ca比值的最大值主要出現(xiàn)在6月份和12月份，且除8月份外，雨季均呈現(xiàn)增長趨勢，主要原因是研究區(qū)屬亞熱帶季風氣候區(qū)，在雨熱同期的雨季，地表植被生長旺盛，Mg和Ca作為植物生長的重要營養(yǎng)元素被強烈吸收積累，而Sr由于化學性質(zhì)不活潑且不是植被生長所需的主量元素，不易被植被吸收［21］，使得土壤滲透水中Mg和Ca濃度減少，而8月份出現(xiàn)下降的原因主要是監(jiān)測期間的降雨量較小引起。12月份出現(xiàn)最大值可能是土壤滲透水在土壤中發(fā)生了PCP 過程，使得土壤滲透水中Ca濃度降低，Mg和Sr濃度升高引起（圖2）。

洞穴水Mg／Ca比值表現(xiàn)出旱季高于雨季的特征，是由于旱季降雨量較小，巖溶水補給不充分，下滲水在巖層中滯留時間較長，下滲水在到達洞頂之前就發(fā)生了PCP過程。同時由于方解石和白云石溶解速率的差異，白云巖溶解會使得洞穴水中Mg2＋含量升高，雨季植物根系和土壤微生物活動增強，土壤CO2濃度升高，使土壤滲透水酸性增強，但與此同時降雨對土壤滲透水也有一定的稀釋作用，大氣降水的及時補給使得下滲水在到達洞頂之前水—巖作用不充分和較少的PCP 過程，從而使洞穴水中Mg2＋和Ca2＋濃度降低。

洞內(nèi)各監(jiān)測點Mg／Ca和Sr／Ca比值月變化較上覆土壤滲透水小（圖4b），但監(jiān)測點間相差較大，各監(jiān)測點間Mg／Ca和1 000×Sr／Ca比值大小均依次為：DW＃4＞DW＃2＞DW＃1＞DW＃3。洞穴水平均Mg／Ca和1 000×Sr／Ca比值分別為0.24±0.02和10.81±0.91，為土壤滲透水的2～3倍，說明表層巖溶帶巖溶作用對洞穴水Mg／Ca和1 000×Sr／Ca比值影響較大。DW＃4的Mg／Ca和1 000×Sr／Ca比值均較其他3點大，其比值月變化同樣較其他3點高，且該水點類型及滴率（表1）情況表明，該點上覆可能存在儲水介質(zhì)與天青石，在儲水介質(zhì)中水—巖作用充分，且由于滴距較大，該滴水在下降過程中有充分的時間“脫氣沉積”，使滴水中Ca2＋濃度降低較快，從而使得該滴水點Mg／Ca和1 000×Sr／Ca比值均較其他點高，其變化能夠傳遞洞外空氣和降雨的相關(guān)信息。DW＃3最低，可能由于受該水點類型影響。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

4.1.1 土壤滲透水—洞穴水元素變化與氣候因子的響應關(guān)系分析 土壤滲透水來源于大氣降水的補給，其水量及元素變化能夠快速響應大氣降雨量和溫度變化［11］。時間變化上，“雨熱同期”使雨季土壤層微生物活動產(chǎn)生大量有機酸的同時釋放CO2，以及農(nóng)業(yè)活動，使麻黃洞上覆土壤滲透水p H 值降低，同時土壤滲透水下滲速度快，將土壤層元素淋溶遷移至深層巖溶系統(tǒng)中，而旱季由于降雨量及溫度減小，水在土壤層滯留的時間變長，水—土相互作用增強，因此麻黃洞土壤滲透水化學元素表現(xiàn)出雨季低而旱季高的特征。6月份麻黃洞上覆土壤滲透水Ca2＋濃度出現(xiàn)迅速下降，是由于監(jiān)測期間降雨量較大引起，而12月份SW＃1，SW＃2土壤滲透水監(jiān)測點Ca2＋濃度出現(xiàn)了明顯上升，是由于環(huán)境溫度升高后（圖1），促進土壤滲透水對碳酸性巖鹽的溶解，使該月份Ca2＋濃度升高，且該月份HCO－3離子濃度變化與Ca2＋濃度變化表現(xiàn)出相似的走向，Mg2＋離子濃度變化較小，表明旱季土壤滲透水主要以溶蝕石灰?guī)r作用為主，說明監(jiān)測點地表土壤主要為石灰土，與李坡等［11］的研究結(jié)果一致。洞穴水來源于大氣降水、地表水與土壤滲透水的垂直下滲，土壤滲透水穿過基巖將氣候與地表環(huán)境信息帶入洞穴水中［22］。麻黃洞洞穴水水化學元素表現(xiàn)出旱季略低于雨季的特征，是由于旱季降雨量減少，水在巖土中滯留時間變長，表層巖溶帶中很多雨季被填充的孔隙被空氣充填，使下滲水中CO2脫氣作用增強，發(fā)生PCP 過程，使洞穴水化學元素濃度略降低。DW＃3則表現(xiàn)出與其他3個洞穴水點相反的季節(jié)變化特征，且在4月份出現(xiàn)了一個高值，這可能是受到“活塞效應”［23］的影響。

空間變化上，麻黃洞上覆土壤滲透水監(jiān)測點間差異明顯，且與洞外氣溫和降雨量變化相關(guān)性較大，表明土壤滲透水水化學元素變化可能受大氣溫度、降雨、地表植被覆蓋、地形等因素綜合影響。土壤滲透水屬于淺層水，對大氣降雨信息具有繼承性，地表氣候變化響應較快，但其所記錄的地表氣候環(huán)境信息，由于受多種因素綜合影響，很難進行識別。而洞穴水的某些水化學指標可以作為研究洞外氣候變化的介質(zhì)，是因為這些元素差異能夠反應上覆巖溶過程的差異，進而反映洞外氣候環(huán)境的變化［24］。各洞穴水監(jiān)測點間主要水化學元素差異較大，依次為DW＃4＞DW＃2＞DW＃1＞DW＃3，DW＃4主要水化學指標均較其他點高，且較其他水點穩(wěn)定，表明該水點有穩(wěn)定的來源，可能是由于該水點上覆存在對該水點穩(wěn)定補給的儲水結(jié)構(gòu)。DW＃3水點水化學元素均較其他點低，且受洞外降雨和溫度變化較為敏感，可能是該點上覆存在與地表較為接近的巖溶管道，在水沿著巖溶管道下滲過程中，水流較快，來不及與周圍圍巖充分反應，僅攜帶了較少的物質(zhì)進入洞穴，而更多來源于土壤層中。根據(jù)相關(guān)學者的研究［25］，可以推斷該DW＃3為氣象敏感型滴水，DW＃1，DW＃2，DW＃4水化學特征變化相對穩(wěn)定，為氣象不敏感型滴水。洞穴水Ca2＋，Mg2＋，HCO－3，Sr2＋，EC 約為土壤滲透水的2～6倍，且月變化較土壤水小，是由于大氣降水—土壤滲透水—巖溶裂隙／管道水—洞穴水是一個緩慢的過程，這一過程發(fā)生復雜的巖溶作用對巖溶水水化學產(chǎn)生重要影響，同時也表明洞穴水元素不僅僅來源于上覆表層土壤中，還有很大一部分來源于下滲的巖溶水對洞穴上覆基巖的溶解和淋濾作用，其作用大小與巖溶水的運移路徑、水化學性質(zhì)和深層水—土—巖—氣作用時間等因素密切相關(guān)［26］。

4.1.2 洞穴水元素比值變化與氣候因子的關(guān)系 在石筍用于古氣候重建的研究中，石筍中Mg／Ca，Sr／Ca比值常作為洞穴的“溫度計”［27］，而石筍Mg／Ca，Sr／Ca比值同樣能夠直接反應洞穴水中Mg／Ca，Sr／Ca比值的變化。Mc Donald J等［28］對Wombeyan洞的研究表明，洞穴水Mg／Ca，Sr／Ca 比值變化與2002—2003年的厄爾尼諾現(xiàn)象帶來的干旱使洞穴上覆PCP過程增強有關(guān)，能夠反應洞外環(huán)境的干濕變化。

麻黃洞內(nèi)4個洞穴水點Mg／Ca、Sr／Ca比值表現(xiàn)出 不 一 樣 的 變 化 特 征（圖4a，4c）。其 中，DW＃2，DW＃3，DW＃4的Mg／Ca月變化較明顯，對洞外溫度和降雨變化具有積極響應，DW＃1旱季雨季變化不明顯，DW＃2，DW＃4表現(xiàn)出旱季大于雨季的變化特征，而DW＃3則相反，且在旱季同樣表現(xiàn)出明顯的月間變化，可能是由于該點屬于“氣象敏感性滴水”，使巖溶水在巖層中滯留時間及PCP過程較弱有關(guān)。對Sr／Ca比值變化表現(xiàn)較為積極的為DW＃1，DW＃4兩點，表現(xiàn)出微弱的雨季大于旱季的變化特征，DW＃2，DW＃3兩點旱季雨季變化不明顯。以上說明麻黃洞不同洞穴水類型及不同滴水點Mg／Ca，Sr／Ca比值變化對外界降雨和氣溫的響應并不一致，洞穴水Mg／Ca比值變化對洞外氣候環(huán)境的響應更敏感。

洞穴水Mg／Ca，1 000×Sr／Ca比值的相關(guān)性分析顯示二者均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（見圖5），相關(guān)性系數(shù)R＝0.927（n＝40，通過0.01顯著性檢驗），且各監(jiān)測點間值所在范圍存在明顯差異，表明不同監(jiān)測點上覆巖溶結(jié)構(gòu)、洞穴水類型、水－巖相互作用時間、PCP過程、洞穴水來源對洞穴水水化學的影響具有一致性，不同洞穴水監(jiān)測點上覆巖溶結(jié)構(gòu)差異、水－巖相互作用和PCP過程可能對洞穴水水化學元素產(chǎn)生重要影響［18］。土壤滲透水與洞穴水Mg／Ca比值范圍分別為0.08～0.16，0.14～0.36，范圍相差較大，1 000×Sr／Ca比值分別為1.49～6.77，3.91～20.09，同樣相差較大，表明洞穴水中Sr主要來源于下滲水對基巖的溶蝕，深層巖溶作用對洞穴水Sr含量具有重要影響，使得不同洞穴水監(jiān)測點間Sr含量相差較大。同樣，下滲水對基巖的溶蝕作用對洞穴水中Mg和Ca具有重要貢獻，洞穴水Mg／Ca，Sr／Ca比值能夠間接反應洞外氣候的干濕變化。

綜上所述，洞穴水水化學指標中Ca2＋，Mg2＋，Sr2＋等地球化學指標的變化受控于水—土—巖—氣相互作用、PCP過程、活塞效應等地球化學進程的影響。而這些地球進程的發(fā)生、變化、強度直接取決于洞外大氣溫度和降雨量的變化［8］。因此，麻黃洞洞穴水水化學指標可以響應洞外氣候環(huán)境的變化，這種短時間尺度的變化可能隨洞穴水的脫氣沉積作用被保存到洞穴次生沉積物中，為更高分辨率的古氣候重建研究提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.2 結(jié)論

（1）土壤滲透水主要水化學指標對地表環(huán)境變化較敏感，月變化較大，但旱季雨季變化明顯，表現(xiàn)為旱季＞雨季的變化特征。洞穴水主要水化學指標與洞穴上覆環(huán)境差異、主要巖溶過程密切相關(guān)，因此監(jiān)測點間洞穴水主要水化學指標差異明顯，表現(xiàn)為雨季＞旱季的變化特征。

（2）洞穴水各主要化學指標均較土壤滲透水高，EC，Ca2＋，Mg2＋，HCO－3，Sr2＋濃度約為土壤滲透水的2～6倍，表明深部巖溶作用對洞穴水水化學離子濃度具有重要影響，洞穴水微量元素（Sr）除地表來源外，深層巖溶作用對洞穴水Sr元素濃度具有重要貢獻，與洞穴上覆環(huán)境密切相關(guān)。

（3）土壤滲透水、洞穴水元素對洞外氣候環(huán)境變化具有積極響應。洞穴水水化學指標及Mg／Ca和Sr／Ca比值變化能夠反映洞穴上覆主要的巖溶過程，對洞外氣候環(huán)境具有積極響應，不同監(jiān)測點由于洞穴水類型、滴率、滴距、洞穴水補給來源等因素差異，其比值變化及相關(guān)性存在明顯差異，對洞外氣候環(huán)境的響應表現(xiàn)不一致。由于表層巖溶帶的特殊性，常規(guī)手段難以獲得該層所發(fā)生的巖溶過程。因此，在利用元素地球化學特征來反映氣候環(huán)境的變化時，必須綜合考慮區(qū)域元素在水—土—巖—氣中遷移變化特征及其與環(huán)境因素的相互關(guān)系。