貴州織金洞20年CO2濃度變化規(guī)律及影響因素研究

王紅等

摘要：洞穴空氣中CO2的濃度對(duì)洞穴環(huán)境、洞穴景觀以及游客舒適度有較大的影響。本文對(duì)比研究了織金洞20年前后CO2濃度的變化規(guī)律，分析其變化原因。結(jié)果表明，①自1989年以來(lái)，洞內(nèi)CO2濃度總體呈上升趨勢(shì)；②節(jié)假日洞內(nèi)CO2濃度比非節(jié)假日平均高出0.030%；③無(wú)論是淡季還是旺季，洞穴中部CO2濃度比進(jìn)口和出口高0.100%左右；④游客數(shù)量對(duì)洞內(nèi)CO2濃度影響較大；⑤洞穴自凈能力有限，每天自凈約3.5‰。

關(guān)鍵詞：織金洞；CO2；變化規(guī)律；影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：X26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）06-1268-03

The Changing Rules and Factors of CO2 Concentration in Zhijin Cave of Guizhou

Province in Past 20 Years

WANG Hong1，LUO Shi-qin2，YANG Qing-dong3，PENG Xi2

（1.Department of Resource and Environment of Anshun College， Anshun 561000， Guizhou， China； 2.Research Institute of Guizhou Mountain Resources， Guiyang 550001， China； 3.Management Office of Zhijin Cave Scenic Area， Bijie 552100，Guizhou， China）

Abstract： The effects of CO2 concentration on the cave air environment， cave landscape and tourist comfortable degree are great. The changing rules of CO2 concentration in Zhijin cave in the past 20 years were studied. The reasons of the change were analyzed. The results showed that the CO2 concentration in the cave had overall upward trend since 1989. The CO2 concentration in the cave on holidays was up by an average of 0.030%. Whether it is peak season or low season， the cave CO2 concentration of middle was higher than that of import and export by about 0.100%. The number of tourists had great influence on the CO2 concentration. The cave self-purification ability was limited with about 3.5‰ a day.

Key words： Zhijin cave； CO2； change rules； influence factors

洞穴空氣中CO2是影響洞穴次生化學(xué)沉積物沉積和溶蝕的重要因素之一[1]，旅游洞穴空氣中CO2含量是衡量洞穴環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)[2]，過(guò)高濃度的CO2不僅會(huì)引起游客的不適，破壞碳酸鈣景觀和其它洞穴景觀，而且對(duì)巖溶發(fā)育有很大的影響[3-4]。一些洞穴在開(kāi)放幾年后，洞內(nèi)碳酸鈣景觀遭到了強(qiáng)烈風(fēng)化和破壞，洞穴的科學(xué)和美學(xué)價(jià)值喪失殆盡[5]?？椊鸲幢蝗藗冏u(yù)為“溶洞之王”，隨著游客數(shù)量逐年增加，洞內(nèi)CO2濃度由1989年的687 mg/L[6]增加到了2003年的1 037 mg/L，2012年國(guó)慶后各洞廳內(nèi)CO2濃度基本達(dá)到3 000 mg/L以上。洞內(nèi)高濃度的CO2很可能會(huì)破壞洞內(nèi)景觀，降低其觀賞價(jià)值，因此，有必要對(duì)其中大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行研究，找出其變化規(guī)律與影響因素，為相關(guān)部門(mén)采取預(yù)見(jiàn)性保護(hù)措施提供依據(jù)，確保“天下第一洞”的持續(xù)發(fā)展。

1 織金洞概況

織金洞全長(zhǎng)6.6 km，展布范圍約110 km2，開(kāi)放段洞廳最高處為150 m，最寬跨度為175 m，空間寬闊，有上、中、下三層，47個(gè)廳堂、150多個(gè)景點(diǎn)[7]，洞內(nèi)有40多種巖溶堆積物，形成了千姿百態(tài)、雄偉壯麗的奇異景觀，其中有不少世界罕見(jiàn)珍品，是中國(guó)目前發(fā)現(xiàn)的一座規(guī)模宏偉、造型奇特的洞穴資源寶庫(kù)，被人們譽(yù)為“溶洞之王”[8]。

2 材料與方法

2.1 測(cè)量時(shí)間與儀器

為體現(xiàn)年際變化和日際變化，選擇1989年6月和12月，1995年8月，2003年、2006年、2012年和2013年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選用上海雙旭電子有限公司生產(chǎn)的C1100型二氧化碳便攜式檢測(cè)儀對(duì)洞內(nèi)CO2進(jìn)行直接測(cè)量。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

由于近兩年測(cè)量數(shù)據(jù)較多，為方便比較，篩選數(shù)據(jù)齊全的9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比研究，詳情見(jiàn)圖1。

2.3 結(jié)果計(jì)算換算

CO2監(jiān)測(cè)儀C1100記錄數(shù)據(jù)為體積百分比，前期有部分監(jiān)測(cè)結(jié)果以mg/L為單位，為方便比較，故統(tǒng)一換算為體積百分比濃度，CO2分子量取44，空氣平均分子量取29。

3 結(jié)果與分析

3.1 CO2濃度變化規(guī)律

3.1.1 淡季CO2濃度時(shí)空變化規(guī)律 CO2濃度空間變化主要包括洞內(nèi)五個(gè)廳，9個(gè)點(diǎn)，各點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2。由圖2可以看出，自1989年以來(lái)，洞內(nèi)CO2濃度總體呈上升趨勢(shì)；另一方面，隨著入洞深度的增加，洞內(nèi)CO2濃度基本表現(xiàn)為逐漸增加的趨勢(shì)，且前半段增加快，后半段增加慢，其中以1989年、1995年和2006年最明顯，但也存在特殊年份，在2012年，隨著入洞深度的增加，洞內(nèi)CO2濃度表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)。

3.1.2 淡季與旺季CO2濃度差異 圖3中，2012年4月26日為淡季，2013年4月29日為旺季（五一假期），洞內(nèi)溫度15～20 ℃， CO2濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致，先增加后減少，最小值出現(xiàn)在雙獅迎賓廳，分別為0.080%和0.105%，這是由于靠近洞口的區(qū)域與外界空氣交流相對(duì)較大，因此CO2濃度相對(duì)較低。最大值出現(xiàn)在靈霄殿，分別為0.190%和0.210%，平均差值為0.030%，最大差值出現(xiàn)在銀雨樹(shù)為0.050%，最小差值出現(xiàn)在南天門(mén)和靈霄殿，為0.020%。

3.1.3 不同旺季洞內(nèi)CO2濃度變化規(guī)律 圖4中，監(jiān)測(cè)時(shí)間為五一長(zhǎng)假第二天和十一長(zhǎng)假結(jié)束后第一天，結(jié)果顯示，兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段洞內(nèi)CO2濃度同樣表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，但五一期間起伏較大，十一期間較小，而絕對(duì)大小則表現(xiàn)為十一明顯高于五一，這是由于十一時(shí)間較長(zhǎng)，游客數(shù)量大，游客呼出的CO2積累量大，而洞內(nèi)自凈作用有限，所以總體上比較大，但入口和出口處兩時(shí)段基本保持一樣，受游客數(shù)量影響相對(duì)較小。

3.1.4 洞內(nèi)環(huán)境對(duì)CO2濃度自凈效果 圖5中，監(jiān)測(cè)時(shí)間為五一長(zhǎng)假第二天下午和第三天上午，經(jīng)過(guò)一晚上的自凈作用，CO2濃度發(fā)生了較大變化，洞口濃度減少最大，隨著入洞深度的增加，減少量越來(lái)越小，甚至有部分區(qū)域比前一天大，這主要是由于洞口附近與外界大氣交流較大，入洞越深交流越少，因此兩次測(cè)量結(jié)果差異越來(lái)越小，而洞內(nèi)后半段出現(xiàn)了增大的情況，這可能是由于第二天測(cè)量時(shí)已有近百人入洞的原因，另一方面也說(shuō)明環(huán)境夜間自凈能力有限。

圖6中，為十一長(zhǎng)假結(jié)束后的第一天和第三天CO2濃度自凈前后對(duì)比結(jié)果，從圖6中可以看出，大部分區(qū)域CO2濃度在長(zhǎng)假后第一天比第三天高，這是由于十一長(zhǎng)假游客數(shù)量較大，洞內(nèi)CO2濃度積累到一個(gè)較高的水平，當(dāng)游客數(shù)量減少時(shí)，在洞內(nèi)環(huán)境的自凈作用下，CO2濃度逐漸下降，兩天共降低0.007%，平均每天自凈約3.5‰。

4 小結(jié)與討論

通過(guò)以上分析，可以得出以下主要結(jié)論：（1）自1989年來(lái)，洞內(nèi)CO2濃度總體呈上升趨勢(shì)；（2） 節(jié)假日洞內(nèi)CO2濃度比非節(jié)假日平均高出0.030%；（3）無(wú)論是淡季還是旺季，洞穴中部CO2濃度比進(jìn)口和出口高出0.100%左右；（4）游客數(shù)量對(duì)洞內(nèi)CO2濃度影響較大；（5）洞穴自凈能力有限，每天自凈約3.5‰。

需要說(shuō)明的是，文中引用1989年至2013年數(shù)據(jù)，中間監(jiān)測(cè)資料間隔一般是5年左右，不能體現(xiàn)變化的詳細(xì)過(guò)程，導(dǎo)致結(jié)論可能存在偏差，后期可通過(guò)詳細(xì)監(jiān)測(cè)進(jìn)行修正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡炳貴，沈凜梅，鄭 偉，等. 本溪水洞洞穴空氣CO2濃度與溫、濕度的空間分布和晝夜變化特征[J]. 中國(guó)巖溶，2009，28（4）：348-354.

[2] SONG L H， WANG J， LIANG F. Effector human and natural factors on the environment of show caves[J]. Carso logica Sinica，2004，23（2）：91-99.

[3] 袁道先，蔡桂鴻. 巖溶環(huán)境學(xué)[M]. 重慶：重慶出版社，1988.

[4] 楊漢奎.旅游洞穴的開(kāi)展與保護(hù)[A]. 宋林華，丁懷元. 喀斯特景觀與洞穴旅游[C]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1993.

[5] 林 華，韋小寧，梁福源. 河北臨城白云洞洞穴旅游對(duì)洞穴CO2濃度及溫度的影響[J]. 中國(guó)巖溶，2003，22（3）：230-235.

[6] 朱文孝，李 坡，潘高潮. 織金洞的氣候環(huán)境及空氣中二氧化碳[J].中國(guó)巖溶，1993，12（4）：409-417.

[7] http：//baike.baidu.com/view/6162.htm1.

[8] 劉長(zhǎng)運(yùn). 織金洞的成因及開(kāi)發(fā)利用初探[J]. 南都學(xué)壇（自然科學(xué)版），1993，13（1）：46-48.

3.1.2 淡季與旺季CO2濃度差異 圖3中，2012年4月26日為淡季，2013年4月29日為旺季（五一假期），洞內(nèi)溫度15～20 ℃， CO2濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致，先增加后減少，最小值出現(xiàn)在雙獅迎賓廳，分別為0.080%和0.105%，這是由于靠近洞口的區(qū)域與外界空氣交流相對(duì)較大，因此CO2濃度相對(duì)較低。最大值出現(xiàn)在靈霄殿，分別為0.190%和0.210%，平均差值為0.030%，最大差值出現(xiàn)在銀雨樹(shù)為0.050%，最小差值出現(xiàn)在南天門(mén)和靈霄殿，為0.020%。

3.1.3 不同旺季洞內(nèi)CO2濃度變化規(guī)律 圖4中，監(jiān)測(cè)時(shí)間為五一長(zhǎng)假第二天和十一長(zhǎng)假結(jié)束后第一天，結(jié)果顯示，兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段洞內(nèi)CO2濃度同樣表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，但五一期間起伏較大，十一期間較小，而絕對(duì)大小則表現(xiàn)為十一明顯高于五一，這是由于十一時(shí)間較長(zhǎng)，游客數(shù)量大，游客呼出的CO2積累量大，而洞內(nèi)自凈作用有限，所以總體上比較大，但入口和出口處兩時(shí)段基本保持一樣，受游客數(shù)量影響相對(duì)較小。

3.1.4 洞內(nèi)環(huán)境對(duì)CO2濃度自凈效果 圖5中，監(jiān)測(cè)時(shí)間為五一長(zhǎng)假第二天下午和第三天上午，經(jīng)過(guò)一晚上的自凈作用，CO2濃度發(fā)生了較大變化，洞口濃度減少最大，隨著入洞深度的增加，減少量越來(lái)越小，甚至有部分區(qū)域比前一天大，這主要是由于洞口附近與外界大氣交流較大，入洞越深交流越少，因此兩次測(cè)量結(jié)果差異越來(lái)越小，而洞內(nèi)后半段出現(xiàn)了增大的情況，這可能是由于第二天測(cè)量時(shí)已有近百人入洞的原因，另一方面也說(shuō)明環(huán)境夜間自凈能力有限。

圖6中，為十一長(zhǎng)假結(jié)束后的第一天和第三天CO2濃度自凈前后對(duì)比結(jié)果，從圖6中可以看出，大部分區(qū)域CO2濃度在長(zhǎng)假后第一天比第三天高，這是由于十一長(zhǎng)假游客數(shù)量較大，洞內(nèi)CO2濃度積累到一個(gè)較高的水平，當(dāng)游客數(shù)量減少時(shí)，在洞內(nèi)環(huán)境的自凈作用下，CO2濃度逐漸下降，兩天共降低0.007%，平均每天自凈約3.5‰。

4 小結(jié)與討論

通過(guò)以上分析，可以得出以下主要結(jié)論：（1）自1989年來(lái)，洞內(nèi)CO2濃度總體呈上升趨勢(shì)；（2） 節(jié)假日洞內(nèi)CO2濃度比非節(jié)假日平均高出0.030%；（3）無(wú)論是淡季還是旺季，洞穴中部CO2濃度比進(jìn)口和出口高出0.100%左右；（4）游客數(shù)量對(duì)洞內(nèi)CO2濃度影響較大；（5）洞穴自凈能力有限，每天自凈約3.5‰。

需要說(shuō)明的是，文中引用1989年至2013年數(shù)據(jù)，中間監(jiān)測(cè)資料間隔一般是5年左右，不能體現(xiàn)變化的詳細(xì)過(guò)程，導(dǎo)致結(jié)論可能存在偏差，后期可通過(guò)詳細(xì)監(jiān)測(cè)進(jìn)行修正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡炳貴，沈凜梅，鄭 偉，等. 本溪水洞洞穴空氣CO2濃度與溫、濕度的空間分布和晝夜變化特征[J]. 中國(guó)巖溶，2009，28（4）：348-354.

[2] SONG L H， WANG J， LIANG F. Effector human and natural factors on the environment of show caves[J]. Carso logica Sinica，2004，23（2）：91-99.

[3] 袁道先，蔡桂鴻. 巖溶環(huán)境學(xué)[M]. 重慶：重慶出版社，1988.

[4] 楊漢奎.旅游洞穴的開(kāi)展與保護(hù)[A]. 宋林華，丁懷元. 喀斯特景觀與洞穴旅游[C]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1993.

[5] 林 華，韋小寧，梁福源. 河北臨城白云洞洞穴旅游對(duì)洞穴CO2濃度及溫度的影響[J]. 中國(guó)巖溶，2003，22（3）：230-235.

[6] 朱文孝，李 坡，潘高潮. 織金洞的氣候環(huán)境及空氣中二氧化碳[J].中國(guó)巖溶，1993，12（4）：409-417.

[7] http：//baike.baidu.com/view/6162.htm1.

[8] 劉長(zhǎng)運(yùn). 織金洞的成因及開(kāi)發(fā)利用初探[J]. 南都學(xué)壇（自然科學(xué)版），1993，13（1）：46-48.

3.1.2 淡季與旺季CO2濃度差異 圖3中，2012年4月26日為淡季，2013年4月29日為旺季（五一假期），洞內(nèi)溫度15～20 ℃， CO2濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致，先增加后減少，最小值出現(xiàn)在雙獅迎賓廳，分別為0.080%和0.105%，這是由于靠近洞口的區(qū)域與外界空氣交流相對(duì)較大，因此CO2濃度相對(duì)較低。最大值出現(xiàn)在靈霄殿，分別為0.190%和0.210%，平均差值為0.030%，最大差值出現(xiàn)在銀雨樹(shù)為0.050%，最小差值出現(xiàn)在南天門(mén)和靈霄殿，為0.020%。

3.1.3 不同旺季洞內(nèi)CO2濃度變化規(guī)律 圖4中，監(jiān)測(cè)時(shí)間為五一長(zhǎng)假第二天和十一長(zhǎng)假結(jié)束后第一天，結(jié)果顯示，兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段洞內(nèi)CO2濃度同樣表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，但五一期間起伏較大，十一期間較小，而絕對(duì)大小則表現(xiàn)為十一明顯高于五一，這是由于十一時(shí)間較長(zhǎng)，游客數(shù)量大，游客呼出的CO2積累量大，而洞內(nèi)自凈作用有限，所以總體上比較大，但入口和出口處兩時(shí)段基本保持一樣，受游客數(shù)量影響相對(duì)較小。

3.1.4 洞內(nèi)環(huán)境對(duì)CO2濃度自凈效果 圖5中，監(jiān)測(cè)時(shí)間為五一長(zhǎng)假第二天下午和第三天上午，經(jīng)過(guò)一晚上的自凈作用，CO2濃度發(fā)生了較大變化，洞口濃度減少最大，隨著入洞深度的增加，減少量越來(lái)越小，甚至有部分區(qū)域比前一天大，這主要是由于洞口附近與外界大氣交流較大，入洞越深交流越少，因此兩次測(cè)量結(jié)果差異越來(lái)越小，而洞內(nèi)后半段出現(xiàn)了增大的情況，這可能是由于第二天測(cè)量時(shí)已有近百人入洞的原因，另一方面也說(shuō)明環(huán)境夜間自凈能力有限。

圖6中，為十一長(zhǎng)假結(jié)束后的第一天和第三天CO2濃度自凈前后對(duì)比結(jié)果，從圖6中可以看出，大部分區(qū)域CO2濃度在長(zhǎng)假后第一天比第三天高，這是由于十一長(zhǎng)假游客數(shù)量較大，洞內(nèi)CO2濃度積累到一個(gè)較高的水平，當(dāng)游客數(shù)量減少時(shí)，在洞內(nèi)環(huán)境的自凈作用下，CO2濃度逐漸下降，兩天共降低0.007%，平均每天自凈約3.5‰。

4 小結(jié)與討論

通過(guò)以上分析，可以得出以下主要結(jié)論：（1）自1989年來(lái)，洞內(nèi)CO2濃度總體呈上升趨勢(shì)；（2） 節(jié)假日洞內(nèi)CO2濃度比非節(jié)假日平均高出0.030%；（3）無(wú)論是淡季還是旺季，洞穴中部CO2濃度比進(jìn)口和出口高出0.100%左右；（4）游客數(shù)量對(duì)洞內(nèi)CO2濃度影響較大；（5）洞穴自凈能力有限，每天自凈約3.5‰。

需要說(shuō)明的是，文中引用1989年至2013年數(shù)據(jù)，中間監(jiān)測(cè)資料間隔一般是5年左右，不能體現(xiàn)變化的詳細(xì)過(guò)程，導(dǎo)致結(jié)論可能存在偏差，后期可通過(guò)詳細(xì)監(jiān)測(cè)進(jìn)行修正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡炳貴，沈凜梅，鄭 偉，等. 本溪水洞洞穴空氣CO2濃度與溫、濕度的空間分布和晝夜變化特征[J]. 中國(guó)巖溶，2009，28（4）：348-354.

[2] SONG L H， WANG J， LIANG F. Effector human and natural factors on the environment of show caves[J]. Carso logica Sinica，2004，23（2）：91-99.

[3] 袁道先，蔡桂鴻. 巖溶環(huán)境學(xué)[M]. 重慶：重慶出版社，1988.

[4] 楊漢奎.旅游洞穴的開(kāi)展與保護(hù)[A]. 宋林華，丁懷元. 喀斯特景觀與洞穴旅游[C]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1993.

[5] 林 華，韋小寧，梁福源. 河北臨城白云洞洞穴旅游對(duì)洞穴CO2濃度及溫度的影響[J]. 中國(guó)巖溶，2003，22（3）：230-235.

[6] 朱文孝，李 坡，潘高潮. 織金洞的氣候環(huán)境及空氣中二氧化碳[J].中國(guó)巖溶，1993，12（4）：409-417.

[7] http：//baike.baidu.com/view/6162.htm1.

[8] 劉長(zhǎng)運(yùn). 織金洞的成因及開(kāi)發(fā)利用初探[J]. 南都學(xué)壇（自然科學(xué)版），1993，13（1）：46-48.