渝東南近100年石筍灰度變化及氣候環(huán)境意義

張 瑞,楊勛林,*,劉秀明,殷建軍,劉睿愷,王寶艷

1 西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 西南大學(xué)巖溶環(huán)境開放實(shí)驗(yàn)室, 重慶 400715 2 自然資源部巖溶生態(tài)環(huán)境-重慶南川野外基地, 重慶 408435 3 中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所 環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴陽(yáng) 550081 4 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所, 自然資源部, 廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,桂林 541004

洞穴石筍因其具有精確定年、時(shí)間跨度大和分辨高等優(yōu)點(diǎn),已成為重建古環(huán)境研究中的重要工具。過(guò)去人們的焦點(diǎn)主要聚集在石筍氧同位素上,基于石筍能夠反映亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)弱變化這一基本假設(shè),前人利用亞洲石筍記錄重建了不同時(shí)間尺度亞洲季風(fēng)演化歷史并探討其驅(qū)動(dòng)機(jī)制[1- 6]。同時(shí),一些科學(xué)家對(duì)東亞季風(fēng)區(qū)石筍δ18O能否作為夏季風(fēng)代用指標(biāo)也提出許多質(zhì)疑,認(rèn)為中國(guó)石筍記錄可能僅指示水汽來(lái)源而非季風(fēng)強(qiáng)度[7- 10]。鑒于人們對(duì)石筍δ18O的質(zhì)疑,開發(fā)利用石筍其他氣候指標(biāo)綜合研究過(guò)去環(huán)境變遷已經(jīng)成為石筍古氣候研究的新趨勢(shì)。近日Z(yǔ)hang等[11]利用石筍微量元素記錄重建出長(zhǎng)江中游地區(qū)的降水變化,提出了在B?lling-Aller?d時(shí)期季風(fēng)減弱、降水增多的觀點(diǎn)。Wang等[12]利用石筍中3-羥基脂肪酸重建出長(zhǎng)江中游古溫度和古水文變化,實(shí)現(xiàn)了石筍中溫度和水文信號(hào)的剝離。因此,進(jìn)一步開發(fā)和探索石筍新的氣候環(huán)境指標(biāo),是石筍古氣候研究的新趨勢(shì)。相較于石筍δ18O和其他指標(biāo),灰度數(shù)據(jù)具有獲取方式簡(jiǎn)易,對(duì)石筍破壞程度低和實(shí)驗(yàn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。Baker等[13]利用在同一地區(qū)的泥炭沉積物和石筍中熒光強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)石筍中發(fā)光物質(zhì)波長(zhǎng)的增加反映了地表濕度的升高；秦小光和劉東生等[14-15]提出石筍中發(fā)光物質(zhì)主要反映洞穴滴水中有機(jī)質(zhì)的含量和原地生長(zhǎng)的有機(jī)物數(shù)量；楊勛林等[16]研究顯示降水量和季風(fēng)強(qiáng)度對(duì)灰度值的影響較大；崔古月等[17]指出太陽(yáng)活動(dòng)和季風(fēng)降水是影響灰度值變化的主要因素；Tan等[18]利用紋層灰度和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,顯示了石筍灰度值與溫度之間顯著的相關(guān)性。目前,針對(duì)石筍灰度值所代表的氣候環(huán)境意義和驅(qū)動(dòng)機(jī)理還存在著很大的爭(zhēng)議,缺乏具有精確年代的石筍記錄與現(xiàn)代器測(cè)資料的精細(xì)對(duì)比。因此,本文以采自重慶市酉陽(yáng)自治縣的一根石筍為研究對(duì)象,利用數(shù)字圖像技術(shù),獲取近100年高分辨率的石筍灰度序列,并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?00年器測(cè)氣象資料和渝東南地區(qū)歷史文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比,利用石筍灰度序列和微量元素?cái)?shù)據(jù),深入探討石筍灰度值與干旱指數(shù)、器測(cè)氣象資料之間的關(guān)系,進(jìn)一步明確石筍灰度值所指代的氣候環(huán)境意義以及驅(qū)動(dòng)機(jī)理。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

本文研究的石筍樣品(TK22-1)采自重慶市酉陽(yáng)土家族苗族自治縣,酉陽(yáng)自治縣地處108°18′25″—109°19′02″E,28°19′28″—29°24′18″N之間,重慶市東南部。酉陽(yáng)自治縣地質(zhì)構(gòu)造單元位置屬新華夏構(gòu)造體系第三隆起帶的川、黔、湘、鄂褶皺帶,縣內(nèi)山體以八面山、武陵山系為主,海拔263—1895 m,屬于典型巖溶槽谷地區(qū)。當(dāng)?shù)貧夂蝾愋蜑閬啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候,氣候較濕潤(rùn),年均降水量1300 mm,年均氣溫15℃左右。天坑洞位于酉陽(yáng)自治縣板溪鎮(zhèn),地處于108°46′32″E、28°44′5″N。此洞穴發(fā)育于下奧陶統(tǒng)石灰?guī)r地層,海拔560 m,洞口較大,洞穴頂板厚度約30 m,洞穴正上方為小塊農(nóng)田,農(nóng)田上方為山體,山體最高處海拔約950 m(圖1)。

圖1 天坑洞地理位置及其洞口情況Fig.1 The geographical location and cave condition of Tiankeng Cave

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及實(shí)驗(yàn)方法

石筍TK22-1,總長(zhǎng)180.0 mm,直徑130.0 mm,呈錐柱狀。沿中軸線切開后,如圖2所示,拋光面上的生長(zhǎng)紋層清晰可見,生長(zhǎng)核心穩(wěn)定,說(shuō)明了石筍所處的水文環(huán)境并沒(méi)有發(fā)生太過(guò)劇烈的變化。石筍大體呈灰白色,中間含有數(shù)條淡黃色條帶。本石筍測(cè)年工作在西安交通大學(xué)同位素實(shí)驗(yàn)室完成,儀器采用MC-ICP-MS(多接收等離子電感耦合質(zhì)譜儀),年齡樣品采自石筍生長(zhǎng)軸方向?；瘜W(xué)前處理過(guò)程以及儀器測(cè)試過(guò)程與方法參照Shen等[19],獲得三個(gè)230Th年齡數(shù)據(jù),均符合沉積序列,表1為石筍TK22-1的230Th測(cè)年結(jié)果。石筍210Pb的測(cè)試儀器為ORTEC ALPHA-ENSEMBLE- 8型α能譜儀,儀器分辨率為：17.0 kev,儀器效率：～27%,測(cè)試誤差：<5%,實(shí)驗(yàn)方法參照文獻(xiàn)[20],測(cè)試工作在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所完成。本文中顯微礦物結(jié)構(gòu)是利用COXEM EM- 30 PLUS臺(tái)式掃描電鏡在北京歐波同有限公司完成的。

圖2 石筍TK22-1的剖光縱切面及其灰度值Fig.2 Polished longitudinal section and grayscale sequence of stalagmite TK22-1圖中雙虛線所夾的區(qū)域?yàn)楸粶y(cè)區(qū)域

本文所用到的石筍灰度序列是光面測(cè)量方法得到的灰度值,將拋光后的石筍用酒精反復(fù)擦拭至表面潔凈,放置到掃描儀上并保持水平,并在黑暗的條件下使用掃描儀對(duì)拋光剖面進(jìn)行掃描；最后選取靠近且平行于生長(zhǎng)軸處的圖像,使用古環(huán)境記錄圖像分析軟件進(jìn)行數(shù)字化處理提取其灰度值。石筍TK22-1灰度值在130—187之間變化,由于本文石筍是通過(guò)測(cè)量反射光強(qiáng)度來(lái)獲取的石筍灰度值,本文中灰度值越大表明石筍表面反光度越強(qiáng),反之越弱。在圖2中展示了該石筍的生長(zhǎng)韻律,很明顯地看到石筍具有平直而分明的生長(zhǎng)層,同時(shí)在生長(zhǎng)軸方向也基本不發(fā)生變化。石筍微量元素指標(biāo)的獲取是采用XRF巖芯掃描儀,直接對(duì)石筍樣品的拋光面進(jìn)行掃描。XRF掃描儀可以獲取石筍剖面元素的連續(xù)變化特征,并且XRF巖芯掃描記錄也可反映沉積物各元素組成的相對(duì)變化關(guān)系。本次測(cè)試在云南師范大學(xué)地理實(shí)驗(yàn)室完成,采用了0.2 mm的分辨率,沿TK22-1的生長(zhǎng)軸從頂部到尾部進(jìn)行掃描,且避開了測(cè)年采樣留下的凹槽。

文中用到的重慶市1891—2015年降水量資料和酉陽(yáng)自治縣1951—2015年器測(cè)氣象資料下載于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn),主要用到年平均溫度、年平均濕度和年降水量等器測(cè)氣象資料,除年降水量和年平均溫度外,其他數(shù)據(jù)存在部分年份資料缺失。CRUTEM4柵格式溫度距平數(shù)據(jù)下載于(https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/crutem/ge/),引用區(qū)域?yàn)橛遒F地區(qū)(27.5°N,107.5°E)和鄂豫地區(qū)(32.5°N,112.5°E)[21]。重慶市旱澇指數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)近五百年旱澇分布圖集》[22-24],渝東南地區(qū)旱澇指數(shù)原始資料來(lái)源于多本前人匯總的旱澇史料匯編[25-27],旱澇指數(shù)的建立方法詳見張德二等[23]。

2 結(jié)果與討論

2.1 石筍年代模型

酉陽(yáng)天坑洞石筍TK22-1在采集時(shí)正在滴水,石筍頂部有一層現(xiàn)代沉積物,初步判斷是正在生長(zhǎng)的年輕石筍。而且鈾含量較高,質(zhì)地致密,無(wú)重結(jié)晶、溶蝕等現(xiàn)象,無(wú)明顯的沉積間斷,適合210Pb 和230Th法測(cè)年。石筍210Pb的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示過(guò)剩210Pb呈指數(shù)衰減,表明該石筍為年輕石筍；根據(jù)210Pb測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算出石筍平均沉積速率為0.084 mm/a,與石筍230Th測(cè)年數(shù)據(jù)計(jì)算的近100年平均沉積速率0.099 mm/a在誤差范圍內(nèi)基本一致。石筍上部有清晰紋層,因此石筍近52年的年代是通過(guò)紋層建立的,后面63年是通過(guò)230Th測(cè)年數(shù)據(jù)內(nèi)插獲得的。最近65年的灰度值與當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)具有較高的相關(guān)性,也表明年代模型是可靠的。

表1 石筍TK22-1230Th測(cè)年結(jié)果

Th衰變常數(shù)λ230=9.1705×10-6,U衰變常數(shù)λ234=2.82206×10-6,λ238=1.55125×10-10,δ234U=([234U/238U]activity-1)×1000,根據(jù)230Th年齡獲得δ234U初始值=δ234U測(cè)試值×eλ234×T,230Th初始年齡校正采用230Th/232Th平均比值：4.42.2×10-6

2.2 石筍灰度氣候環(huán)境意義

石筍TK22-1的灰度值在1950—2006年期間呈現(xiàn)出整體上升的趨勢(shì),在1950—1970年間,灰度值發(fā)生多次的波動(dòng),其中1957—1968年間,灰度值波動(dòng)幅度較大,最大振幅可達(dá)18,此期間出現(xiàn)兩個(gè)較高峰值和一個(gè)低谷值,隨后灰度值快速上升；2006年上升至180,在1990—2006年期間出現(xiàn)多次明顯波動(dòng),波動(dòng)幅度在14左右；2006—2015年灰度值呈下降趨勢(shì)。圖3中黃色矩形區(qū)域是該地區(qū)干旱事件發(fā)生的年代[28],分別為1960年、1966年、1981年、1987年、1994年、2006年和2011年,這些年代同時(shí)較好地對(duì)應(yīng)著灰度值的峰值,也顯示著干旱事件發(fā)生時(shí),石筍灰度值升高。石筍TK22-1的灰度值與其他器測(cè)氣象資料有著明顯的相關(guān)性,用SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理軟件將其進(jìn)行相關(guān)性分析得到表2,分析結(jié)果顯示：石筍TK22-1灰度值與當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟瘸曙@著的正相關(guān)關(guān)系,和濕度、年降水天數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；與年降水量和蒸發(fā)量也具有一定的相關(guān)關(guān)系,但均未達(dá)到顯著相關(guān)性檢驗(yàn)。盡管石筍灰度值與降水量沒(méi)有達(dá)到顯著的相關(guān)關(guān)系,但是由圖3可以發(fā)現(xiàn),石筍灰度升高的時(shí)段絕大部分對(duì)應(yīng)著降水量減少的年份,特別是在一些干旱年份,比如2006年川渝地區(qū)百年不遇的高溫干旱,受災(zāi)面積132.7萬(wàn)hm2,高溫少雨致使伏旱加重,持續(xù)時(shí)間超過(guò)3個(gè)月,對(duì)應(yīng)的石筍灰度值達(dá)到峰值,同樣的情況包括1960年、1965年和2011年等。

圖3 石筍TK22-1灰度序列與酉陽(yáng)地區(qū)1951—2015年器測(cè)氣象資料對(duì)比Fig.3 Comparison of the stalagmite TK22-1 grayscale sequence with the observed data in Youyang during 1951—2015(a) 酉陽(yáng)自治縣年降水量曲線；(b) 酉陽(yáng)自治縣年平均溫度曲線；(c) 石筍TK22-1灰度序列；圖中黃色矩形代表該地區(qū)干旱發(fā)生時(shí)期[26]

數(shù)據(jù)名稱Data name相關(guān)系數(shù) RCorrelation coefficient相關(guān)系數(shù)顯著性 PCorrelation coefficient significance變量數(shù) NNumber of variables年降水量Annual precipitation-0.1670.18465年平均溫度Mean annual temperature0.318*0.01065降雨天數(shù)Raining days-0.2300.07959年平均濕度Mean annual humidity-0.311*0.01759蒸發(fā)量Evaporation0.2030.24135

*表示相關(guān)性檢驗(yàn)P<0.05

無(wú)論是年降水量、年平均溫度,還是降雨天數(shù)、年平均濕度、蒸發(fā)量都是影響土壤濕度(含水量)的重要因素,且土壤濕度直接影響洞穴滴水在土壤-圍巖中的滯留時(shí)間、水量的大小以及洞穴滴水快慢等因素,因此,我們認(rèn)為在巖溶槽谷區(qū)溫度和土壤濕度是影響石筍灰度的重要因素。

溫度對(duì)石筍灰度值的影響較為復(fù)雜。在相同的降水條件下,溫度升高、地表蒸發(fā)量上升、土壤含水量下降,水分在土壤和石灰?guī)r地層中滯留時(shí)間增長(zhǎng),溶解的土壤有機(jī)質(zhì)和雜質(zhì)濃度升高,造成洞穴滴水中的有機(jī)質(zhì)和雜質(zhì)濃度也升高,石筍中礦物的性質(zhì)因溶質(zhì)濃度的升高而發(fā)生改變,使組成石筍的方解石結(jié)構(gòu)疏松、顏色發(fā)白、灰度值較高；反之當(dāng)溫度降低時(shí),地表蒸發(fā)量減少,土壤中水分損失量減少。在相同的降水條件下,水分在土壤圍巖中流速較快,所含溶質(zhì)減少,沉積出的方解石結(jié)晶較純凈,結(jié)構(gòu)致密、反光性差、顏色較深、灰度值偏低。同時(shí),我們對(duì)石筍TK22-1進(jìn)行了微量元素的掃描,并將掃描結(jié)果與灰度值進(jìn)行對(duì)比和分析,得到石筍TK22-1灰度值與磷元素(P)含量呈顯著的相關(guān)性(R=0.445,N=39,P<0.01),與鈣元素(Ca)含量也具有顯著的相關(guān)性(R=0.327,N=39,P<0.05)(圖4)。其中石筍中的磷元素主要來(lái)源為土壤中無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷化合物,因洞穴滴水進(jìn)入石筍中以磷酸鹽的形式儲(chǔ)存起來(lái),因此石筍中磷元素含量可以較好地反映洞穴滴水中有機(jī)質(zhì)含量的變化[29]。另外,Christ等[30]觀測(cè)到在適宜的條件下土壤可溶性有機(jī)碳含量隨溫度升高而逐漸增加,這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)使微生物加快繁殖,促進(jìn)了微生物對(duì)植物和動(dòng)物遺體的分解,從而增加土壤水中無(wú)機(jī)質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量。這也表明當(dāng)溫度升高時(shí),土壤水和洞穴滴水中的雜質(zhì)濃度上升,導(dǎo)致溶液中晶核增多、結(jié)晶速率加快,析出小而白的方解石顆粒[31],最終使石筍表面反光性增強(qiáng)、灰度值升高。圖5的電鏡掃描結(jié)果顯示,灰度值高的區(qū)域,方解石結(jié)晶較小且含雜質(zhì)較多；灰度值低的區(qū)域,方解石結(jié)晶純凈,結(jié)構(gòu)致密。另外石筍中主要礦物為方解石(CaCO3),鈣元素是構(gòu)成方解石的主要元素之一,Ca含量的變化直接反映著石筍礦物中CaCO3含量的變化,Ca含量與灰度值的正相關(guān)關(guān)系表明灰度值高時(shí),石筍中碳酸鈣含量較高。

石筍中的碳酸鈣主要由飽含CO2的水溶液溶解圍巖所得到,而洞穴滴水中的CO2來(lái)自于土壤水溶解大氣和土層中的CO2,此過(guò)程受溫度影響較大。最近有學(xué)者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)[32]隨著全球變暖,土壤呼吸所產(chǎn)生的CO2總量也在增加,正是因?yàn)槿蜃兣訌?qiáng)了植物和微生物的異養(yǎng)呼吸,導(dǎo)致土壤碳流失的程度增加,此現(xiàn)象正發(fā)生在許多地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)中,這種趨勢(shì)還將持續(xù)。當(dāng)土壤中CO2含量隨溫度升高而上升時(shí),巖溶水中的CO2含量以及溶解的碳酸鈣的量增加,飽含CaCO3的水溶液在石筍表面發(fā)生沉積時(shí),因溶液中CO2分壓較高、逸出量增多,CaCO3沉積速率加快,最終導(dǎo)致方解石結(jié)晶不充分、結(jié)構(gòu)疏松、顏色發(fā)白,石筍灰度值上升。

**表示相關(guān)性檢驗(yàn)P<0.01

降水量和降雨天數(shù)也是影響土壤濕度的重要因素。石筍灰度雖與降水相關(guān)性未達(dá)到顯著相關(guān)性,但與當(dāng)?shù)啬昶骄鶟穸群徒涤晏鞌?shù)呈顯著的相關(guān)性,這說(shuō)明石筍灰度受當(dāng)?shù)赝寥篮亢偷乇頋穸鹊挠绊?而這些因素與降水量息息相關(guān)。在巖溶槽谷區(qū)土層薄,蓄水能力差,雨水落至地表后快速下滲,導(dǎo)致巖溶區(qū)植被對(duì)水分的依賴性較強(qiáng)；并且當(dāng)?shù)卦谙募疽蚴芨睙釒Ц邏旱目刂?易發(fā)生伏旱等高溫災(zāi)害,經(jīng)過(guò)濕度與其他氣象數(shù)據(jù)的分析得到溫度和降水都是影響當(dāng)?shù)貪穸茸兓闹饕蛩?表3)。結(jié)合石筍灰度值和氣象數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系以及巖溶槽谷區(qū)地貌特征,當(dāng)降水量和地表濕度較高時(shí),雨水在土壤中下滲速度加快、滯留時(shí)間較短,在土壤-圍巖中水巖作用減弱,水中溶解的土壤有機(jī)質(zhì)和雜質(zhì)濃度下降,最終在石筍表面結(jié)晶出較為純凈的方解石礦物,進(jìn)而使石筍灰度值降低；反之,當(dāng)?shù)匕l(fā)生伏旱時(shí),持續(xù)的高溫少雨使地表濕度和土壤含水量下降,水分在土壤-圍巖中運(yùn)移速度減緩,溶解土壤有機(jī)質(zhì)和雜質(zhì)濃度升高,使得石筍表面方解石結(jié)晶疏松、顆粒較小、顏色發(fā)白,石筍灰度值升高。

2.3 近100年灰度值變化

石筍TK22-1灰度值在1900—2015年期間變化趨勢(shì)明顯：灰度值在1900—1960年持續(xù)下降,1960—2006年逐步上升,2007年之后降至最低；其中波動(dòng)幅度較大的時(shí)段有1900—1920年、1930—1950年、1960—1970年、1980—2010年；灰度序列與黃色矩形交叉的年份,為重慶東南部干旱災(zāi)害發(fā)生的時(shí)期,主要年份包括：1914、1942、1960、1966、1994、2006和2011年,這些年代均對(duì)應(yīng)著灰度值的峰值且與前后數(shù)值變化較大；重慶市1891—2015年年降水量曲線顯示,在干旱事件發(fā)生時(shí)重慶地區(qū)降水量明顯減少,且達(dá)到較低值,同時(shí)也是重慶以及附近地區(qū)溫度較高時(shí)期。在圖6中顯示灰度值與降水量、溫度和旱澇指數(shù)均有著很好的對(duì)應(yīng)性,且各曲線變化趨勢(shì)相似,這進(jìn)一步證明了灰度值所代表的氣候環(huán)境意義,即灰度值高時(shí)氣候干旱,土壤中水分含量較少,水巖作用強(qiáng)烈,溶解的有機(jī)質(zhì)和雜質(zhì)濃度較高,方解石結(jié)晶疏松、顏色發(fā)白,石筍灰度值較高；反之氣候較為濕潤(rùn),雨水在土壤中下滲速度較快,水分與土壤-圍巖接觸時(shí)間較短,溶解的有機(jī)質(zhì)和雜質(zhì)濃度較低,方解石結(jié)晶純凈,石筍灰度值較低。

圖6 石筍TK22-1灰度序列與其他記錄對(duì)比Fig.6 Comparison of the stalagmite TK22-1 grayscale sequence with other paleoclimatic records(a) 重慶1891—2015年年降水量曲線；(b) 渝貴地區(qū) (27.5°N,107.5°E) 1921—2015年溫度曲線,鄂豫地區(qū) (32.5°N,112.5°E) 1905—2015年溫度曲線[21]; (c) 石筍TK22-1灰度序列； (d) 重慶市近100年旱澇指數(shù) [22-24](曲線為原數(shù)據(jù)經(jīng)Origin 8.0利用2點(diǎn)平滑方法得到)；(e) 渝東南近100年旱澇指數(shù),旱澇指數(shù)越大代表干旱程度越強(qiáng)；圖中黃色矩形為當(dāng)?shù)馗珊禐?zāi)害發(fā)生時(shí)期

3 結(jié)論

本文利用來(lái)自重慶市酉陽(yáng)自治縣天坑洞高分辨率的石筍TK22-1灰度序列和精確的年代模式,并結(jié)合石筍微量元素、器測(cè)氣象資料和旱澇史料等數(shù)據(jù),分析石筍灰度值與器測(cè)氣象資料的關(guān)系,進(jìn)一步明確石筍灰度值的氣候環(huán)境意義：

(1)石筍TK22-1灰度值與當(dāng)?shù)販囟瘸收嚓P(guān)關(guān)系,與濕度和降雨天數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,這說(shuō)明石筍灰度值的變化主要受當(dāng)?shù)貧夂蛴绊憽r溶槽谷區(qū)具有土層薄、多伏旱等特點(diǎn),當(dāng)?shù)刂脖粚?duì)土壤濕度依賴性強(qiáng),溫度和降水對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響較大,且降水控制著土壤-圍巖中的水巖作用,水巖作用決定洞穴滴水中的溶質(zhì)變化,因此石筍的生長(zhǎng)狀態(tài)可以較好地響應(yīng)當(dāng)?shù)亟邓蜏囟鹊淖兓?也可以充分地反映當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境變化。

(2)溫度對(duì)石筍TK22-1灰度值的影響較為復(fù)雜,在相同的降水條件下,溫度升高、地表蒸發(fā)量上升、土壤含水量下降,水分在土壤-圍巖中滯留時(shí)間增長(zhǎng),溶解的土壤有機(jī)質(zhì)和碳酸鈣含量升高,同時(shí),溫度上升促進(jìn)了土壤微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的合成和CO2的釋放,造成洞穴滴水中的有機(jī)質(zhì)和碳酸鈣含量升高。石筍的礦物性質(zhì)因溶質(zhì)含量的升高而發(fā)生改變,使組成石筍的方解石結(jié)構(gòu)疏松、顏色發(fā)白、灰度值較高；反之當(dāng)溫度降低時(shí),土壤中有機(jī)質(zhì)的合成和CO2的釋放量減少,且水分在土壤-圍巖中滯留時(shí)間相對(duì)減少,洞穴滴水中的有機(jī)質(zhì)和碳酸鈣含量降低,沉積出的方解石結(jié)晶較純凈,結(jié)構(gòu)致密、反光性差、顏色較深、灰度值偏低。

(3)石筍灰度值與濕度、降雨天數(shù)呈現(xiàn)出的顯著相關(guān)性表明,當(dāng)降水量和地表濕度較高時(shí),雨水在土壤中滯留時(shí)間較少、下滲速度加快,水巖作用減弱,土壤水中溶解的有機(jī)質(zhì)和雜質(zhì)濃度降低,最終在石筍表面結(jié)晶出較為純凈的方解石礦物,進(jìn)而使石筍灰度值降低；反之,當(dāng)?shù)匕l(fā)生伏旱時(shí),持續(xù)的高溫少雨使土壤含水量下降,水分在土壤和圍巖中運(yùn)移速度減緩,溶解的土壤有機(jī)質(zhì)和雜質(zhì)含量增加,使得石筍表面方解石結(jié)晶疏松、顆粒較小、顏色發(fā)白,石筍灰度值升高。

(4)重慶東南巖溶槽谷區(qū)近100年期間發(fā)生了多起嚴(yán)重的干旱事件,主要發(fā)生在：1914、1942、1960、1966、1994、2006和2011年。石筍TK22-1灰度序列與干旱事件有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,干旱事件發(fā)生年代對(duì)應(yīng)著石筍灰度峰值,即當(dāng)?shù)亟邓疁p少,發(fā)生伏旱時(shí),石筍灰度值升高。