貴州織金洞20年CO2濃度變化規律及影響因素研究

王紅等

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

關鍵詞：織金洞；CO2；變化規律；影響因素

中圖分類號：X26 文獻標識碼：A 文章編號：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含量是衡量洞穴環境的一個重要指標[2]，過高濃度的CO2不僅會引起游客的不適，破壞碳酸鈣景觀和其它洞穴景觀，而且對巖溶發育有很大的影響[3-4]。一些洞穴在開放幾年后，洞內碳酸鈣景觀遭到了強烈風化和破壞，洞穴的科學和美學價值喪失殆盡[5]?？椊鸲幢蝗藗冏u為“溶洞之王”，隨著游客數量逐年增加，洞內CO2濃度由1989年的687 mg/L[6]增加到了2003年的1 037 mg/L，2012年國慶后各洞廳內CO2濃度基本達到3 000 mg/L以上。洞內高濃度的CO2很可能會破壞洞內景觀，降低其觀賞價值，因此，有必要對其中大氣環境質量進行研究，找出其變化規律與影響因素，為相關部門采取預見性保護措施提供依據，確?！疤煜碌谝欢础钡某掷m發展。

1 織金洞概況

織金洞全長6.6 km，展布范圍約110 km2，開放段洞廳最高處為150 m，最寬跨度為175 m，空間寬闊，有上、中、下三層，47個廳堂、150多個景點[7]，洞內有40多種巖溶堆積物，形成了千姿百態、雄偉壯麗的奇異景觀，其中有不少世界罕見珍品，是中國目前發現的一座規模宏偉、造型奇特的洞穴資源寶庫，被人們譽為“溶洞之王”[8]。

2 材料與方法

2.1 測量時間與儀器

為體現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年監測數據，選用上海雙旭電子有限公司生產的C1100型二氧化碳便攜式檢測儀對洞內CO2進行直接測量。

2.2 監測點布設

由于近兩年測量數據較多，為方便比較，篩選數據齊全的9個監測點進行對比研究，詳情見圖1。

2.3 結果計算換算

CO2監測儀C1100記錄數據為體積百分比，前期有部分監測結果以mg/L為單位，為方便比較，故統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 結果與分析

3.1 CO2濃度變化規律

3.1.1 淡季CO2濃度時空變化規律 CO2濃度空間變化主要包括洞內五個廳，9個點，各點監測結果如圖2。由圖2可以看出，自1989年以來，洞內CO2濃度總體呈上升趨勢；另一方面，隨著入洞深度的增加，洞內CO2濃度基本表現為逐漸增加的趨勢，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CO2濃度表現為先增加后減少的趨勢。

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），洞內溫度15～20 ℃， CO2濃度監測結果基本一致，先增加后減少，最小值出現在雙獅迎賓廳，分別為0.080%和0.105%，這是由于靠近洞口的區域與外界空氣交流相對較大，因此CO2濃度相對較低。最大值出現在靈霄殿，分別為0.190%和0.210%，平均差值為0.030%，最大差值出現在銀雨樹為0.050%，最小差值出現在南天門和靈霄殿，為0.020%。

3.1.3 不同旺季洞內CO2濃度變化規律 圖4中，監測時間為五一長假第二天和十一長假結束后第一天，結果顯示，兩個監測時段洞內CO2濃度同樣表現為先增加后降低的趨勢，但五一期間起伏較大，十一期間較小，而絕對大小則表現為十一明顯高于五一，這是由于十一時間較長，游客數量大，游客呼出的CO2積累量大，而洞內自凈作用有限，所以總體上比較大，但入口和出口處兩時段基本保持一樣，受游客數量影響相對較小。

3.1.4 洞內環境對CO2濃度自凈效果 圖5中，監測時間為五一長假第二天下午和第三天上午，經過一晚上的自凈作用，CO2濃度發生了較大變化，洞口濃度減少最大，隨著入洞深度的增加，減少量越來越小，甚至有部分區域比前一天大，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，因此兩次測量結果差異越來越小，而洞內后半段出現了增大的情況，這可能是由于第二天測量時已有近百人入洞的原因，另一方面也說明環境夜間自凈能力有限。

圖6中，為十一長假結束后的第一天和第三天CO2濃度自凈前后對比結果，從圖6中可以看出，大部分區域CO2濃度在長假后第一天比第三天高，這是由于十一長假游客數量較大，洞內CO2濃度積累到一個較高的水平，當游客數量減少時，在洞內環境的自凈作用下，CO2濃度逐漸下降，兩天共降低0.007%，平均每天自凈約3.5‰。

4 小結與討論

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

需要說明的是，文中引用1989年至2013年數據，中間監測資料間隔一般是5年左右，不能體現變化的詳細過程，導致結論可能存在偏差，后期可通過詳細監測進行修正。

參考文獻：

[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. 巖溶環境學[M]. 重慶：重慶出版社，1988.

[4] 楊漢奎.旅游洞穴的開展與保護[A]. 宋林華，丁懷元. 喀斯特景觀與洞穴旅游[C]. 北京：中國環境科學出版社，1993.

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

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

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

[8] 劉長運. 織金洞的成因及開發利用初探[J]. 南都學壇（自然科學版），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），洞內溫度15～20 ℃， CO2濃度監測結果基本一致，先增加后減少，最小值出現在雙獅迎賓廳，分別為0.080%和0.105%，這是由于靠近洞口的區域與外界空氣交流相對較大，因此CO2濃度相對較低。最大值出現在靈霄殿，分別為0.190%和0.210%，平均差值為0.030%，最大差值出現在銀雨樹為0.050%，最小差值出現在南天門和靈霄殿，為0.020%。

3.1.3 不同旺季洞內CO2濃度變化規律 圖4中，監測時間為五一長假第二天和十一長假結束后第一天，結果顯示，兩個監測時段洞內CO2濃度同樣表現為先增加后降低的趨勢，但五一期間起伏較大，十一期間較小，而絕對大小則表現為十一明顯高于五一，這是由于十一時間較長，游客數量大，游客呼出的CO2積累量大，而洞內自凈作用有限，所以總體上比較大，但入口和出口處兩時段基本保持一樣，受游客數量影響相對較小。

3.1.4 洞內環境對CO2濃度自凈效果 圖5中，監測時間為五一長假第二天下午和第三天上午，經過一晚上的自凈作用，CO2濃度發生了較大變化，洞口濃度減少最大，隨著入洞深度的增加，減少量越來越小，甚至有部分區域比前一天大，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，因此兩次測量結果差異越來越小，而洞內后半段出現了增大的情況，這可能是由于第二天測量時已有近百人入洞的原因，另一方面也說明環境夜間自凈能力有限。

圖6中，為十一長假結束后的第一天和第三天CO2濃度自凈前后對比結果，從圖6中可以看出，大部分區域CO2濃度在長假后第一天比第三天高，這是由于十一長假游客數量較大，洞內CO2濃度積累到一個較高的水平，當游客數量減少時，在洞內環境的自凈作用下，CO2濃度逐漸下降，兩天共降低0.007%，平均每天自凈約3.5‰。

4 小結與討論

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

需要說明的是，文中引用1989年至2013年數據，中間監測資料間隔一般是5年左右，不能體現變化的詳細過程，導致結論可能存在偏差，后期可通過詳細監測進行修正。

參考文獻：

[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]. 中國巖溶，2009，28（4）：348-354.

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[8] 劉長運. 織金洞的成因及開發利用初探[J]. 南都學壇（自然科學版），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），洞內溫度15～20 ℃， CO2濃度監測結果基本一致，先增加后減少，最小值出現在雙獅迎賓廳，分別為0.080%和0.105%，這是由于靠近洞口的區域與外界空氣交流相對較大，因此CO2濃度相對較低。最大值出現在靈霄殿，分別為0.190%和0.210%，平均差值為0.030%，最大差值出現在銀雨樹為0.050%，最小差值出現在南天門和靈霄殿，為0.020%。

3.1.3 不同旺季洞內CO2濃度變化規律 圖4中，監測時間為五一長假第二天和十一長假結束后第一天，結果顯示，兩個監測時段洞內CO2濃度同樣表現為先增加后降低的趨勢，但五一期間起伏較大，十一期間較小，而絕對大小則表現為十一明顯高于五一，這是由于十一時間較長，游客數量大，游客呼出的CO2積累量大，而洞內自凈作用有限，所以總體上比較大，但入口和出口處兩時段基本保持一樣，受游客數量影響相對較小。

3.1.4 洞內環境對CO2濃度自凈效果 圖5中，監測時間為五一長假第二天下午和第三天上午，經過一晚上的自凈作用，CO2濃度發生了較大變化，洞口濃度減少最大，隨著入洞深度的增加，減少量越來越小，甚至有部分區域比前一天大，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，因此兩次測量結果差異越來越小，而洞內后半段出現了增大的情況，這可能是由于第二天測量時已有近百人入洞的原因，另一方面也說明環境夜間自凈能力有限。

圖6中，為十一長假結束后的第一天和第三天CO2濃度自凈前后對比結果，從圖6中可以看出，大部分區域CO2濃度在長假后第一天比第三天高，這是由于十一長假游客數量較大，洞內CO2濃度積累到一個較高的水平，當游客數量減少時，在洞內環境的自凈作用下，CO2濃度逐漸下降，兩天共降低0.007%，平均每天自凈約3.5‰。

4 小結與討論

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

需要說明的是，文中引用1989年至2013年數據，中間監測資料間隔一般是5年左右，不能體現變化的詳細過程，導致結論可能存在偏差，后期可通過詳細監測進行修正。

參考文獻：

[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. 巖溶環境學[M]. 重慶：重慶出版社，1988.

[4] 楊漢奎.旅游洞穴的開展與保護[A]. 宋林華，丁懷元. 喀斯特景觀與洞穴旅游[C]. 北京：中國環境科學出版社，1993.

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

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

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

[8] 劉長運. 織金洞的成因及開發利用初探[J]. 南都學壇（自然科學版），1993，13（1）：46-48.