织金洞洞穴环境变化及成因分析
殷超;周忠发;潘艳喜;张结;曹明达;张绍云
【摘 要】对比和拟合分析1989年、2011-2013年和2015-2016年织金洞内气候环境因子监测数据以及游客量数据发现:织金洞自开发初期至今,洞内CO2浓度和温度水平增高明显,增加幅度分别可达1 000 ppm和2～3℃,而2011-2013年与2015-2016年间CO2差值最大达465 ppm.洞内环境变化的最主要因素是旅游活动和人工光源;游客量从1985年的不足5万人增至2015年的59.457 1万人,洞内CO2浓度总体上呈现出随着时间增加而不断增高的趋势;各年份气温差距不大,但总体上仍展现出逐年降低的趋势,湿度除2011年外,差距并不明显;人工光源产生的温度与环境温度最大温差可达33℃,湿度和周边环境的湿度最大差值可达66.7％.%The Zhijin cave is located in the northeast of Zhijin county in western Guizhou Province.The area of Zhijin cave world geological park is 307 km2,and its central scenic spot lies at the interction of the Liuchong river and Sancha river,where developed the Huangchun dam (T1y2) Formation of Lower Triassic Yelang Group (T1y).Becau of the magnificent and unique landscape,the Zhijin cave has been honored with national geological park in 2004 and the
world geological park in 2015.From January 2015 to May 2016,monthly monitoring has been conducted to the temperature,air CO2concentration,air pressure,air humidity and wind speed in this cave.The cave air CO2 concentration was measured by Telaire-7001 portable infrared CO2 instrument,of which the resolution and the range are 1 ppm and t 0-10,000 ppm,respectively.The humidity,temperature,air pressure of cave air and wind speed in the tunnel were obrved by the Kestrel4500 anemometer.The data on visitor amount are provided by the Zhijin Cave Management Bureau.The previous rearch data are collected from the literature and compared with the new monitoring data point by point.Then this work analyzes the change of the environment and the number of tourists from the initial stage of opening of the Zhijin cave to the prent and the relationship between the environment and the visitor amount and the influence of artificial light sources on the environment inside the cave.Thus the impact of human activities on environmental factors in the cave are quantified,and the main factors affecting the environment inside the cave are identified,which could provide a scientific basis for protection of the cave environment and landscape.The results show that the CO2 concen
tration and temperature level have been incread significantly since the initial stage of opening of the Zhijin cave,with am plitudes reaching 1,000 ppm and 2-3 ℃,respectively.The maximum CO2 difference was up to 465 ppm between 2011-2013 and 2015-2016.The main factors of the environmental change are tourism activities and artificial light.The amount of tourists has incread from less than 50 thousand in 1985 to 594.571 thousand in 2015,leading to increa of the CO2 concentration with time.The annual temperature difference was not large,but the overall trend was still decreasing year by year and the gap of humidity was not obviously except 2011.The maximum temperature difference between surrounding environment and artificial lights can reach 33 ℃,and the maximum humidity difference between the cave interior and surrounding environment is up to 66.7 ％.
【期刊名称】《中国岩溶》
【年(卷),期】2017(036)004
【总页数】7页(P591-597)
【关键词】CO2浓度;游客量;年际变化;相关性分析;织金洞
【作 者】殷超;周忠发;潘艳喜;张结;曹明达;张绍云
【作者单位】贵州师范大学喀斯特研究院/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心,贵阳550001;贵州师范大学喀斯特研究院/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心,贵阳550001;贵州师范大学喀斯特研究院/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心,贵阳550001;贵州师范大学喀斯特研究院/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心,贵阳550001;贵州师范大学喀斯特研究院/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心,贵阳550001;贵州师范大学喀斯特研究院/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心,贵阳550001 【正文语种】中 文
【中图分类】P642.25;P463.2
随着选择喀斯特洞穴旅游的人数增高，旅游活动对洞内气候环境的影响越来越明显。游客呼出的CO2气体、人工灯光照明、洞内工程施工均会对洞内气候环境产生巨大影响。在前期研究中，游客产生的CO2对洞内环境影响的研究十分丰富，如Simone[1]对旅游洞穴Sre
dnja Bijambarska洞内气温的对比，洞内CO2浓度的插值分析和扩散率的研究。Cigna[2]对意大利旅游洞穴Drande delvento 洞中环境因子的评估分析。Baldini等[3]对爱尔兰Ballynamintra洞的CO2来源、沉积和分布变化的研究中，也分析了人类呼吸产生的CO2对洞内环境的影响。国内对于人类活动与洞穴环境响应的研究有：袁道先等[4]对洞穴空气质量、景物的保护等存在的一些问题提出了一系列解决方法。张英俊[5]提到人为活动对洞穴景观的破坏和洞内照明对洞内环境的影响以及洞穴导游和安全等问题，并在这些问题的基础上提出了解决方法。杨晓霞等[6]探讨了洞内灯光对灯光植物生长的影响，并在此基础上对比分析了不同治理办法的优劣。此外宋林华[7]、车家骧[8]和张萍[9]等对河北白云洞、贵州龙宫和河南鸡冠洞的监测研究发现洞内的CO2浓度与入洞距离的增加和游客人数具有十分密切的联系。洞内人工光源对洞内环境和景观的影响在北京石花洞、桂林芦笛岩、重庆雪玉洞以及浙江瑶琳洞等[10-12]喀斯特旅游洞穴得到了许多专家学者的关注和研究。人工光源极易引发洞内灯光植物的滋生和石笋、石钟乳等景物的脱水干裂等，从而影响景观的观赏价值[13]，严重情况下甚至会危及游客生命安全。尽管旅游活动和洞内灯光对洞内环境影响的研究资料或成果已较为丰富，但是对于喀斯特洞穴多年间气候环境状况的对比和人类活动对洞穴环境影响的量化研究并不多。因此，本文就人类活动对洞内环境影响的因
素进行探讨并进行量化研究，分析影响洞内环境的主要因素，以期为洞穴环境和景观保护提供科学依据。
织金洞位于贵州省西部毕节地区织金县城东北21 km处，处于倚结河下段[14]，地理坐标为26°38′31″～26°52′35″N，105°44′42″～106°11′38″E，海拔为900～1 670 m[15]。织金洞世界地质公园总面积为307 km2[16]，中心景区地处乌江上游支流六冲河与三岔河交汇处，发育于三叠纪下统夜郎组(T1y)黄椿坝段(T1y2)地层中[17]。由于瑰丽而独特的地貌景观，2004年该公园获得国家地质公园资格，2015年被评为世界地质公园，是贵州省首家世界地质公园。
文中观测数据采集于织金洞内的41个观测点(图1，其中含洞外和织金洞出入口) 。
从2015年1月到2016年5月, 每月对洞穴温度、CO2 浓度、气压、湿度及风速进行观测。洞穴空气中CO2浓度使用Telaire-7001 型便携式红外CO2仪测定, 仪器分辨率为1 ppm , 量程为0～10 000 ppm 。洞内湿度、温度、气压和风速使用Kestrel4500型风速仪进行观测。游客量数据由织金洞管理局提供。
利用文献法搜集朱文孝等[18]和罗时琴等[19]发表的数据。将前人研究数据与监测数据进行点对点的比对。选取洞中的日月潭(现讲经堂附近)、摩天岭(九龙撑天附近)、万寿宫、南天门、霸王盔、银雨树、十万大山、卷曲石厅等监测点数据与前期研究数据进行对比分析。从而分析自织金洞开放初期至现今的洞内环境和旅游人数的变化状况及两者间的关系，同时分析人工光源对洞内环境的影响状况。
3.1 80年代以来洞内环境变化
3.1.1 洞内 CO2变化
朱文孝等[18]1989年5月在银雨树、十万大山、霸王盔、神女宫、卷曲石洞等位置对CO2和气温等指标进行了监测。如图2a，银雨树CO2浓度达1 460 ppm，在5个监测点中处于最高水平，十万大山CO2浓度也相对较高，仅次于银雨树。霸王盔、神女宫和卷曲石洞的CO2浓度较为接近，且与前两个监测点相比差异显著。2015年和2016年5个监测点CO2浓度均高于1989年，1989年银雨树CO2浓度与近年来的监测值差距并不十分悬殊，差值较2016年为259 ppm。但其他4个监测点CO2浓度较2015年和2016年差异较为悬殊，特别是在未开放的封闭洞段卷曲石洞，差值超过1 000 ppm。同时，在图2a中也能看出2016年监测点
的CO2浓度均高于2015年。特别是在2015年5月和2016年5月监测数据均显示出卷曲石洞这一封闭洞段具有较高的CO2浓度水平。
3.1.2 洞内温度变化
温度数据分析根据朱文孝等[18]在织金洞的研究成果，分别对1989年5月、2015年5月、2016年5月的银雨树、十万大山、霸王盔、神女宫、卷曲石洞的温度变化进行分析。如图2b，2015年各监测点的温度均高于1989年和2016年。银雨树、霸王盔、十万大山和卷曲石洞的温度值在1989-2015年间分别上升了1.4 ℃、1.7 ℃、1.9 ℃和0.4 ℃，而神女宫这一增值则高达2.4 ℃。神女宫温度有高增长值的原因可能在于其所在洞段比较封闭，空气与外界对流作用较弱。2016年与1989年的温差虽较2015年低，但两个年份间的最大温差接近2 ℃的水平。这3个年份的数据均显示出在卷曲石洞这一封闭洞段的温度在各监测点中处于最低水平。
如图2c，对日月潭(讲经堂附近)、摩天岭(九龙撑天附近)、万寿宫、南天门、霸王盔、银雨树、十万大山、卷曲石厅，在1986年、1989年、2015年、2016年的温度对比可知，2015年总体上温度高于其他年份，而2016年的温度数据仅在霸王盔、银雨树、十万大山处高于
1986年和1989年，其他监测点较20世纪80年代总体上偏低。总体上看，2015年各监测点的温度总体上较20世纪80年代高出2～3 ℃。这一差距在洞穴这一相对较为稳定的环境中是十分需要重视的问题。
3.2 近年来洞穴环境变化
洞内10月份CO2浓度在2015年均高于其他年份(图3a)，2012年CO2浓度较2013年略低，而2011年CO2浓度处于最低水平。双狮迎宾、塔林宫、万寿宫、南天门、灵霄殿、广寒宫、银雨树和十万大山的温度(图3b)，在2015年总体上较2011-2013年低。这一现象与游客人数增长的事实相悖，其原因在于2015年期间织金洞的塔林宫、万寿宫、雪压青松等景点受洞内工程和修复工作的需要，进行了一段时间的封闭，期间禁止游客进入，因此其环境受游客活动的影响大大减弱，且广寒宫在2015年之前已经封闭，故广寒宫的气温也较其他年份低。2011年洞内温度总体处于4个年份最高水平。气温的变化状况与CO2浓度变化状况差异明显。在温度上4个年份洞内温度的变化趋势较为一致。
