第40卷第1期
2021年2月
中国岩溶
Vol.40No.1
Feb.
2021
CARSOLOGICA
SINICA
赵晓夏1，李琼芳1，董发勤2，3，代威3，4
，宋娜1，董鹏举1，崔杰3，罗尧东3，
张强5，Xin Zhang 6，O ’Driscoll Mike 7
（1.西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010；2.西南科技大学固体废物处理与资
源化教育部重点实验室，四川绵阳621010；3.西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳621010；4.西南科技大学核废物与环境安全国防重点学科实验室，四川绵阳621010；5.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林541000；6.西北太平洋国家实验室物理与计算科学指挥部，美国华盛顿99354；7.工业矿物服务与研究有限公司，英国萨里埃普索姆KT174RH ）
摘
要：富含Ca 2+和HCO -
3的水体是黄龙钙华地貌得以持续沉积的首要条件。为明确2017年九寨沟 “8∙8”地震是否对黄龙脆弱钙华体产生影响并进而导致水环境的改变，于2017年10月和2018年8月对黄
龙3个主要监测点进行了水样采集和水质参数检测。通过主成分分析震前的多次水质检测结果，得到影响黄龙水化学的主要参数，并与震后的水化学参数进行对比分析，发现：2016年（震前）水质参数显示pH 、总磷、总氮对黄龙水质起主要贡献作用，地震后水体的pH 、Ca 2+和HCO - 3含量上升，而总磷含量则下降较多，表明地震对黄龙钙华体内部结构产生了影响，导致上升泉（转花泉）中的Ca 2+和HCO -3含量增加，并影响了pH ，而震后水体中的总磷含量减少，这可能与游客数量大幅度减少有关；“8∙8”地震对黄龙钙华沉积区水环境造成了影响，并有利于钙华沉积。关键词：钙华；地震；水化学；黄龙中图分类号:X143
文献标识码:A
文章编号:1001-4810（2021）01-0077-11
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
0引言
钙华又称石灰华，通常形成于地表，是由岩溶泉、河、地下水等沉积形成的大孔隙次生非海相碳酸盐沉积物［1-2］。钙华的形成通常被认为是化学、物理等非生物因素和植物、微生物等生物因素共同作用的结果［3］。由于钙华独特的纹层结构、内含古生物化石标本和地球化学特征能够为重建古生态环境、探索早期生命起源和古地球构造运动等研究提供高分辨率的信息而受到极大的关注［4-8］。
黄龙是以规模宏大、结构奇巧、彩艳丽的地表钙华景观闻名的世界自然遗产。水是地表钙华沉积条件中最不可或缺的一环，水充当着钙华沉积所需各种离子的载体，水也为参与钙华沉积的各种生物提供了适合的生境［9-10］。碳酸钙的沉积受到地球化学的严格控制，pH 、CO 2分压以及Ca 2+和HCO -
3的含量
在钙华沉积中起着决定性的作用。刘再华等［11］在对黄龙高寒钙华的研究中发现，在水流速度快的地方，CO 2溢出较快，碳酸钙的沉积也较快，尤其是在钙华的边石坝上。在碳酸钙沉淀过程中，如果存在比Ca 2+
赵晓夏，李琼芳，董发勤，等.雪宝顶流域黄龙“8∙8”地震后短期内主要水环境变化特征［J ］.中国岩溶，2021，40（1）：77-87.DOI ：10.11932/karst20210108
基金项目：国家自然科学基金(41472309，41572035，41877288)；四川省科技厅科技支撑项目(2016FZ0043)第一作者简介：赵晓夏(1995—)，男，硕士，主要从事环境微生物学研究。E -mail:****************。
通信作者：李琼芳(1973—)，女，博士，教授，博士生导师，主要研究领域为环境及地质微生物学。E -mail:***********************。收稿日期：
2020-09-20
中国岩溶2021年
重的离子和TOC ，则会影响碳酸钙晶体的形态［12］。因此，对钙华沉积水环境变化的研究，是保护钙华景观的前提。
近年来，黄龙旅游压力剧增，钙华黑化和砂化现象严重
［13-14］
。在2017年8月8日，九寨沟县发生了
7.0级地震，震中距黄龙自然风景区不足100km ，因
此极有可能对黄龙的疏松钙华体产生影响，从而影响水化学环境。本研究通过对比分析地震前后的主要水质参数，探讨地震对黄龙钙华体结构的影响，以期为提出应对和保育措施提供理论依据。
1研究区概况
黄龙自然风景保护区位于四川省阿坝州松潘县
内，是以岩溶地貌为主的钙华景区，主景区黄龙沟全长约3.6km ，海拔为3100~3569m ［15］。形成黄龙钙华补给区的岩系以泥盆系至二叠系碳酸盐岩为主（图1），其为黄龙钙华景观的形成提供了物质基础［16］。景区属于高原温带—亚寒带季风气候，年均气温为3~7°C ，每年5月至10月为丰水季，同时每年的大气降水丰水期与泉水丰水期流量基本吻合，11月至次年4月为枯水季，年均降水量约为720mm ［17］。
2研究方法
本研究于震前（2016年）分别对黄龙沟景区的13
个主要景点（图2，7#地表水为雪山融水）水化学参数进行了测定，地震后（2017年和2018年）对转花泉、争
艳彩池和迎宾池进行了主要水化学参数的测定。
图1
黄龙景区地质构造及水循环系统略图[18]
Fig.1
Sketch of geological structure and water circulation system at the Huanglong scenic
spot
图2黄龙景区采样位点示意图
Fig.2
Sampling sites at Huanglong scenic spot
78
第40卷第1期赵晓夏等：雪宝顶流域黄龙“8∙8”地震后短期内主要水环境变化特征
现场对每个采样点采用三点采样法，即采集同一个位点3个不同方位的水样进行混合，然后使用
DDB-303A电导率仪、GTPH30pH计现场测定水体的电导率和pH，同时测定水体温度。用相同的方法采集两瓶水样（各500mL），用孔径为0.45μm的纤维滤膜过滤除杂，其中一瓶滴加1~2滴0.1moL H2SO4（不含钙、镁离子）用于防止Ca2+沉淀；冷藏，带至实验室后依据《水和废水监测分析方法》［19］对Ca2+、SO2-4、Mg2+、HCO-3含量，化学需氧量（COD），总有机碳（TOC），总碳（TC），总无机碳（TIC），总氮（TN），总磷（TP）进行分析。数据分析和计算采用Origin2019b，R 语言（R-3.6.3）和SPSS25.0等软件。主要分析仪器及设备详见表1。
3结果与分析
3.1震前不同月份黄龙水化学特征
在地震前，多次对黄龙景区的水化学进行测定，以2016年为例，5月、8月和11月的水化学参数见表2。黄龙所有监测点除转花泉外，水质皆呈弱碱性，pH由pH≈6.8（转花泉）上升到pH≈8.3。从转花泉到盆景池，同一监测点的水体5月pH低于8月和11月；在映月彩池，5月和11月的pH都出现了降低的现象，这可能是水体中生物种类及生物量增加，分泌的酸性物质增加导致水体pH降低。金沙铺地在3个时间段的pH均低于上游的盆景池，尤以11月为甚，这是由于在金沙铺地有下降泉（含羞泉）汇入，经过8月地表水的补给后，泉流量大于5月，造成了此监测点11月pH的下降。各监测点8月水体电导率都基本高于5月和11月，可能是8月正处于雨季中，雨水冲刷上游山体岩石，导致水体中离子溶解物增加，导致了E c值上升。转花泉的Ca2+和HCO-3浓度在3个月份中都比其他采样点高，Ca2+浓度为200~340mg·L-1，HCO-3浓度为542.5~727.2mg·L-1，在8月份HCO-3浓度达到了最高（图3a，图3b）。8月和11月同一采样点水体Mg2+含量变化趋势基本一致，各采样点11月Mg2+浓度含量要高于5月和8月（图3d）。SO2-4含量大致在25mg·L-1上下波动，且8月的SO2-4含量普遍要高于5月和11月。
水体中的总碳是有机碳和无机碳的总和。其中五彩池的TOC在3个月份中都为最高，11月的含量略高于其余两个月份，约为30mg·L-1，推测是由于11月的五彩池中黄藻大量生长，产生的有机代谢产物导致TOC升高。水体中TIC主要为CO2、CO2-3和HCO-3，从表2中可看出不同采样点TIC含量在3个月份
呈现一致的变化规律，均随着采样地点海拔的下降而降低，这与HCO-3的变化规律一致。8月TP的含量最高，5月最低，几乎为0mg·L-1（图3c），8月是黄龙风景区的旅游旺季，TP的急剧上升有可能是旅游等人类活动所产生的结果。TN则是11月最高，5月最低，11月TN高可能是由于藻类开始死亡、落叶腐败等原因，生物细胞中的有机氮大量释放出来，造成了11月TN含量增加。
3.2水质参数主成分分析
主成分分析2016年5月、8月和11月水化学参数，结果见图4。5月pH对Dim1和Dim2的贡献量最大；TP、TC、TIC、TOC、COD、Mg2+、HCO-3等水质参数对Dim2起重要贡献，其中以TP、Mg2+、HCO-3为主。在pH附近集中了6号和7号采样点，表明这两个采样点水化学参数主要受pH的影响。
2，3，4，7号采样点主要受到TP、Mg2+、HCO-3的影响。从图4b中看出pH、TP对Dim1的贡献量最大，且这两个参数对6，7，8，9，10号采样点起主要的控制作用；Ca2+、TN、E c、TIC、TC对Dim2起主要的贡献，同时这些水质参数在1号、2号采样点水环境中起主要的调控作用。从图4c可知，TP、TN和pH同时在Dim1、Dim2中占主要的贡献量，TOC、COD、SO2-4、Mg2+、HCO-3在Dim2中占主要的贡献量，7号、8号、10号采样点主要受到TP、TN和pH的影响，3号、4号、5号采样点主要受TOC、COD、SO2-4、Mg2+、HCO-3的影响。从图4可知，3个月份中pH对于主成分Dim1和Dim2的贡献量都要大于其余的水质参数。分析发现影响黄龙水化学的主要水质参数是pH、TP和TN。
表1主要分析仪器Table1Main analytic instruments
名称
电导率仪
pH计COD分析仪总氮总磷快速测
定仪
离子谱仪总有机氮分析仪
型号
DDB-303A
GTPH30
HH-3
LH-3BN
ICS-900
LiquiTOCⅡ
生产厂商
上海仪电科学仪器股份
名古屋大学研究生申请条件有限公司
德国GeneTest公司
美国HACH公司
美国HACH公司
江苏汉邦科技有限公司
德国Elementar公司
79
中国岩溶2021年表22016年水质参数变化
Table2Changes of water quality parameters in2016
项目pH E c/ mS∙cm-1
Ca2+/ mg∙L-1
SO2-4/ mg∙L-1
HCO-3/ mg∙L-1
Mg2+/ mg∙L-1
TN/ mg∙L-1
TP/ mg∙L-1
TOC/ mg∙L-1
COD/ mg∙L-1
TIC/ mg∙L-1
TC/ mg∙L-1
日期
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
2016/5
2016/8
2016/11
采样地
转花泉
6.85
6.83
7.05
8.69
8.95
6.50
248.50
312.35
210.14
37.59
38.95
23.07
上海旅游节门票半价542.50
780.80
627.20
22.95
23.52
24.65
2.41
2.38
1.98
0.01
0.09
0.02
12.41
15.73
11.35
3.21
3.82
3.43
141.98
161.54
220.83
154.39
177.27
232.18
五彩池
8.10
7.33
8.28
6.63
6.11
6.10
134.22
245.35
193.21
35.82
35.37
26.31
498.20
622.20
594.50
21.48
24.76
23.51
1.50
2.76
2.94
0.02
4.09
0.75
23.98
26.16
31.36
4.26
5.25
4.52
106.58
109.84
122.05
龙川天气
130.56
136.00
153.41
黄龙
古寺
8.12
7.30
8.54
7.54
6.56
4.61
145.71
210.81
135.03
41.02
36.43
27.49
435.10
432.10
514.20
27.42
25.55
29.45
0.03
0.24
1.31
0.03
4.24
1.25
10.30
15.81
13.80芜湖方特订票
3.96
4.36
4.42
92.63
64.26
81.23
102.93
80.07
95.03
映月
彩池
7.74
7.52
7.78
4.26
4.95
4.39
101.45
166.44
124.67
27.05
31.25
26.07
426.20
402.60
440.50
25.16
18.17
24.26
2.41
2.74
2.91
0.02
4.09
2.06
15.10
23.08
33.87
5.49
6.52
6.02
58.31
68.43
83.87
73.41
91.51
117.74
马蹄海
8.45
7.66
8.61
5.15
4.36
4.67
69.43
49.78
55.19
30.49
32.1
27.24
401.80
390.40
371.20
14.41
17.41长寿湖旅游景点
18.54
0.75
0.72
1.11
0.04
3.14
0.95
10.75
14.84
23.19
1.25
1.86
1.52
56.90
46.28
67.89
67.65
61.12
91.08
争艳
彩池
8.33
7.74
8.48
6.12
5.50
4.39
115.23
112.55
100.25
30.86
29.33
23.11
380.40
427.00
440.80
25.03
18.49
28.91
0.69
1.72
2.91
0.04
3.22
1.81
6.69
12.65
15.58
3.96
5.85
6.02
58.76
49.98
61.67
65.45
62.63
77.25
明镜
倒映
8.35
7.76
8.51
6.81
5.10
3.70
103.77
115.21
115.90
39.46
33.21
24.73
317.50
353.80
396.20
12.77
15.40
19.52
1.39
1.95
3.00
0.01
3.82
2.05
5.39
15.88
16.95
3.56
4.68
4.52
42.45
31.61
52.99
47.84
47.49
69.94
盆景池
8.62
8.09
8.72
5.39
3.61
3.84
88.65
312.35
90.90
36.24
26.68
22.72
295.40
317.20
321.80
14.13
16.90
15.25
1.18
1.75
2.72
0.01
4.23
2.26
4.56
9.27
12.95
3.43
4.13
4.52
35.86
43.89
58.43
40.42
53.16
71.38
金沙
铺地
8.53
7.90
7.63
5.68
4.39
4.11
73.25
108.40
79.15
35.90
28.17
24.85
341.80
390.40
385.10
24.58
27.26
28.50
0.45
1.74
2.42
0.02
3.29
2.80
4.21
9.13
11.42
2.95
3.85
4.52
49.85
51.92
57.69
54.06
61.05
69.11
潋滟池
8.41
7.84
8.04
4.98
3.70
4.56
131.54
245.35
92.76
31.97
20.65
20.58
315.60
353.80
341.40
16.59
14.20
19.52
0.98
1.92
2.89
0.02
3.49
2.25
2.96
5.01
5.84
0.95
北京上品折扣店哪个好
1.24
1.51
43.58
48.31
55.24
46.54
53.32
61.08
飞瀑
流辉
8.82
8.17
8.39
5.03
3.84
4.95
114.66
210.81
122.29
27.36
26.84
24.64
290.10
341.60
331.20
14.16
16.45
15.36
1.60
1.73
2.65
0.01
3.22
2.45
2.35
8.58
9.49
0.94
1.06
1.51
39.35
47.89
56.34
41.70
56.47
65.83
迎宾池
8.37
8.14
8.69
5.70
4.18
3.89
107.79
166.44
103.71
28.83
26.39
25.36
285.10
317.20
284.60
13.90
16.56
19.25
0.77
1.73
2.36
0.01
4.41
3.05
0.77
5.25
6.63
0.21
0.01
0.03
43.44
40.21
53.94
44.21
45.46
60.57
80
第40卷第1期赵晓夏等：雪宝顶流域黄龙“8∙8”地震后短期内主要水环境变化特征
3.3“8∙8”地震前后主要采样点水质参数变化
地震后，课题组对黄龙主要水化学参数进行了监测，并在2018年（地震后一年）又进行了测定，其结果见表3。图5显示出，2017年10月黄龙主要水质参数pH 、TP 、Ca 2+、HCO -
3含量要略高于2018年8月。从
转花泉到迎宾池，TP 含量呈现上升趋势，迎宾池含量最高，为3.2mg·L -1；Ca 2+和HCO -3含量呈现下降趋势。在转花泉处，2017年10月Ca 2+和HCO -
3含量最高，分别为428.23mg·L -1和1030.12mg·L -1。
通过对比震前（2016年8月）、震后（2017年10月和2018年8月）主要水质参数的变化发现，地震前后随着采样点海拔高度的降低，水体pH 均表现为上升。转花泉、争艳彩池的pH 震后高于震前，但迎宾池震前震后的pH 变化不显著（图6a ）。
地震后，3个彩池中的TP 含量均显著降低，与震前相比，争艳彩池和迎宾池中TP 含量均下降了1.0mg·L -1左右，而转花泉因为一直杜绝游客进入，故前后基本没有变化（图6b ）。转花泉地震前后的TN 含量均高于争艳彩池和迎宾池，为2.25mg·L -1左右，
但是震后TN 含量出现了明显的下降。地震前后争艳彩池和迎宾池的TN 含量变化不明显（图6c ）。
Ca 2+和HCO -
3是钙华沉积中最重要的两种离子，
从图6d 和图6e 可看出，震后3个监测点的Ca 2+浓度都显著增加了，分别为400mg·L -1左右、150mg·L -1左
右、200mg·L -1左右；HCO -
3的浓度在震后也出现了显著提高，与震前相比，震后2017年转花泉和争艳彩池的HCO -
3浓度分别增加了322mg·L -1、302mg·L -1。
Ca 2+和HCO -3
增加的原因可能是地震导致裂缝增加，
图32016年Ca 2+、HCO -
3、TP 和Mg 2+含量的变化规律
Fig.3
Variation of Ca 2+，HCO -
3，TP and Mg 2+contentin in 2016
81
