贵州织金洞20年CO2浓度变化规律及影响因素研究

王红等

摘要：洞穴空气中CO2的浓度对洞穴环境、洞穴景观以及游客舒适度有较大的影响。本文对比研究了织金洞20年前后CO2浓度的变化规律，分析其变化原因。结果表明，①自1989年以来，洞内CO2浓度总体呈上升趋势；②节假日洞内CO2浓度比非节假日平均高出0.030%；③无论是淡季还是旺季，洞穴中部CO2浓度比进口和出口高0.100%左右；④游客数量对洞内CO2浓度影响较大；⑤洞穴自净能力有限，每天自净约3.5‰。

关键词：织金洞；CO2；变化规律；影响因素

中图分类号：X26 文献标识码：A 文章编号：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

洞穴空气中CO2是影响洞穴次生化学沉积物沉积和溶蚀的重要因素之一[1]，旅游洞穴空气中CO2含量是衡量洞穴环境的一个重要指标[2]，过高浓度的CO2不仅会引起游客的不适，破坏碳酸钙景观和其它洞穴景观，而且对岩溶发育有很大的影响[3-4]。一些洞穴在开放几年后，洞内碳酸钙景观遭到了强烈风化和破坏，洞穴的科学和美学价值丧失殆尽[5]。织金洞被人们誉为“溶洞之王”，随着游客数量逐年增加，洞内CO2浓度由1989年的687 mg/L[6]增加到了2003年的1 037 mg/L，2012年国庆后各洞厅内CO2浓度基本达到3 000 mg/L以上。洞内高浓度的CO2很可能会破坏洞内景观，降低其观赏价值，因此，有必要对其中大气环境质量进行研究，找出其变化规律与影响因素，为相关部门采取预见性保护措施提供依据，确保“天下第一洞”的持续发展。

1 织金洞概况

织金洞全长6.6 km，展布范围约110 km2，开放段洞厅最高处为150 m，最宽跨度为175 m，空间宽阔，有上、中、下三层，47个厅堂、150多个景点[7]，洞内有40多种岩溶堆积物，形成了千姿百态、雄伟壮丽的奇异景观，其中有不少世界罕见珍品，是中国目前发现的一座规模宏伟、造型奇特的洞穴资源宝库，被人们誉为“溶洞之王”[8]。

2 材料与方法

2.1 测量时间与仪器

为体现年际变化和日际变化，选择1989年6月和12月，1995年8月，2003年、2006年、2012年和2013年监测数据，选用上海双旭电子有限公司生产的C1100型二氧化碳便携式检测仪对洞内CO2进行直接测量。

2.2 监测点布设

由于近两年测量数据较多，为方便比较，筛选数据齐全的9个监测点进行对比研究，详情见图1。

2.3 结果计算换算

CO2监测仪C1100记录数据为体积百分比，前期有部分监测结果以mg/L为单位，为方便比较，故统一换算为体积百分比浓度，CO2分子量取44，空气平均分子量取29。

3 结果与分析

3.1 CO2浓度变化规律

3.1.1 淡季CO2浓度时空变化规律 CO2浓度空间变化主要包括洞内五个厅，9个点，各点监测结果如图2。由图2可以看出，自1989年以来，洞内CO2浓度总体呈上升趋势；另一方面，随着入洞深度的增加，洞内CO2浓度基本表现为逐渐增加的趋势，且前半段增加快，后半段增加慢，其中以1989年、1995年和2006年最明显，但也存在特殊年份，在2012年，随着入洞深度的增加，洞内CO2浓度表现为先增加后减少的趋势。

3.1.2 淡季与旺季CO2浓度差异 图3中，2012年4月26日为淡季，2013年4月29日为旺季（五一假期），洞内温度15～20 ℃， CO2浓度监测结果基本一致，先增加后减少，最小值出现在双狮迎宾厅，分别为0.080%和0.105%，这是由于靠近洞口的区域与外界空气交流相对较大，因此CO2浓度相对较低。最大值出现在灵霄殿，分别为0.190%和0.210%，平均差值为0.030%，最大差值出现在银雨树为0.050%，最小差值出现在南天门和灵霄殿，为0.020%。

3.1.3 不同旺季洞内CO2浓度变化规律 图4中，监测时间为五一长假第二天和十一长假结束后第一天，结果显示，两个监测时段洞内CO2浓度同样表现为先增加后降低的趋势，但五一期间起伏较大，十一期间较小，而绝对大小则表现为十一明显高于五一，这是由于十一时间较长，游客数量大，游客呼出的CO2积累量大，而洞内自净作用有限，所以总体上比较大，但入口和出口处两时段基本保持一样，受游客数量影响相对较小。

3.1.4 洞内环境对CO2浓度自净效果 图5中，监测时间为五一长假第二天下午和第三天上午，经过一晚上的自净作用，CO2浓度发生了较大变化，洞口浓度减少最大，随着入洞深度的增加，减少量越来越小，甚至有部分区域比前一天大，这主要是由于洞口附近与外界大气交流较大，入洞越深交流越少，因此两次测量结果差异越来越小，而洞内后半段出现了增大的情况，这可能是由于第二天测量时已有近百人入洞的原因，另一方面也说明环境夜间自净能力有限。

图6中，为十一长假结束后的第一天和第三天CO2浓度自净前后对比结果，从图6中可以看出，大部分区域CO2浓度在长假后第一天比第三天高，这是由于十一长假游客数量较大，洞内CO2浓度积累到一个较高的水平，当游客数量减少时，在洞内环境的自净作用下，CO2浓度逐渐下降，两天共降低0.007%，平均每天自净约3.5‰。

4 小结与讨论

通过以上分析，可以得出以下主要结论：（1）自1989年来，洞内CO2浓度总体呈上升趋势；（2） 节假日洞内CO2浓度比非节假日平均高出0.030%；（3）无论是淡季还是旺季，洞穴中部CO2浓度比进口和出口高出0.100%左右；（4）游客数量对洞内CO2浓度影响较大；（5）洞穴自净能力有限，每天自净约3.5‰。

需要说明的是，文中引用1989年至2013年数据，中间监测资料间隔一般是5年左右，不能体现变化的详细过程，导致结论可能存在偏差，后期可通过详细监测进行修正。

参考文献：

[1] 蔡炳贵，沈凛梅，郑 伟，等. 本溪水洞洞穴空气CO2浓度与温、湿度的空间分布和昼夜变化特征[J]. 中国岩溶，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，蔡桂鸿. 岩溶环境学[M]. 重庆：重庆出版社，1988.

[4] 杨汉奎.旅游洞穴的开展与保护[A]. 宋林华，丁怀元. 喀斯特景观与洞穴旅游[C]. 北京：中国环境科学出版社，1993.

[5] 林 华，韦小宁，梁福源. 河北临城白云洞洞穴旅游对洞穴CO2浓度及温度的影响[J]. 中国岩溶，2003，22（3）：230-235.

[6] 朱文孝，李 坡，潘高潮. 织金洞的气候环境及空气中二氧化碳[J].中国岩溶，1993，12（4）：409-417.

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

[8] 刘长运. 织金洞的成因及开发利用初探[J]. 南都学坛（自然科学版），1993，13（1）：46-48.

3.1.2 淡季与旺季CO2浓度差异 图3中，2012年4月26日为淡季，2013年4月29日为旺季（五一假期），洞内温度15～20 ℃， CO2浓度监测结果基本一致，先增加后减少，最小值出现在双狮迎宾厅，分别为0.080%和0.105%，这是由于靠近洞口的区域与外界空气交流相对较大，因此CO2浓度相对较低。最大值出现在灵霄殿，分别为0.190%和0.210%，平均差值为0.030%，最大差值出现在银雨树为0.050%，最小差值出现在南天门和灵霄殿，为0.020%。

3.1.3 不同旺季洞内CO2浓度变化规律 图4中，监测时间为五一长假第二天和十一长假结束后第一天，结果显示，两个监测时段洞内CO2浓度同样表现为先增加后降低的趋势，但五一期间起伏较大，十一期间较小，而绝对大小则表现为十一明显高于五一，这是由于十一时间较长，游客数量大，游客呼出的CO2积累量大，而洞内自净作用有限，所以总体上比较大，但入口和出口处两时段基本保持一样，受游客数量影响相对较小。

3.1.4 洞内环境对CO2浓度自净效果 图5中，监测时间为五一长假第二天下午和第三天上午，经过一晚上的自净作用，CO2浓度发生了较大变化，洞口浓度减少最大，随着入洞深度的增加，减少量越来越小，甚至有部分区域比前一天大，这主要是由于洞口附近与外界大气交流较大，入洞越深交流越少，因此两次测量结果差异越来越小，而洞内后半段出现了增大的情况，这可能是由于第二天测量时已有近百人入洞的原因，另一方面也说明环境夜间自净能力有限。

图6中，为十一长假结束后的第一天和第三天CO2浓度自净前后对比结果，从图6中可以看出，大部分区域CO2浓度在长假后第一天比第三天高，这是由于十一长假游客数量较大，洞内CO2浓度积累到一个较高的水平，当游客数量减少时，在洞内环境的自净作用下，CO2浓度逐渐下降，两天共降低0.007%，平均每天自净约3.5‰。

4 小结与讨论

通过以上分析，可以得出以下主要结论：（1）自1989年来，洞内CO2浓度总体呈上升趋势；（2） 节假日洞内CO2浓度比非节假日平均高出0.030%；（3）无论是淡季还是旺季，洞穴中部CO2浓度比进口和出口高出0.100%左右；（4）游客数量对洞内CO2浓度影响较大；（5）洞穴自净能力有限，每天自净约3.5‰。

需要说明的是，文中引用1989年至2013年数据，中间监测资料间隔一般是5年左右，不能体现变化的详细过程，导致结论可能存在偏差，后期可通过详细监测进行修正。

参考文献：

[1] 蔡炳贵，沈凛梅，郑 伟，等. 本溪水洞洞穴空气CO2浓度与温、湿度的空间分布和昼夜变化特征[J]. 中国岩溶，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，蔡桂鸿. 岩溶环境学[M]. 重庆：重庆出版社，1988.

[4] 杨汉奎.旅游洞穴的开展与保护[A]. 宋林华，丁怀元. 喀斯特景观与洞穴旅游[C]. 北京：中国环境科学出版社，1993.

[5] 林 华，韦小宁，梁福源. 河北临城白云洞洞穴旅游对洞穴CO2浓度及温度的影响[J]. 中国岩溶，2003，22（3）：230-235.

[6] 朱文孝，李 坡，潘高潮. 织金洞的气候环境及空气中二氧化碳[J].中国岩溶，1993，12（4）：409-417.

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

[8] 刘长运. 织金洞的成因及开发利用初探[J]. 南都学坛（自然科学版），1993，13（1）：46-48.

3.1.2 淡季与旺季CO2浓度差异 图3中，2012年4月26日为淡季，2013年4月29日为旺季（五一假期），洞内温度15～20 ℃， CO2浓度监测结果基本一致，先增加后减少，最小值出现在双狮迎宾厅，分别为0.080%和0.105%，这是由于靠近洞口的区域与外界空气交流相对较大，因此CO2浓度相对较低。最大值出现在灵霄殿，分别为0.190%和0.210%，平均差值为0.030%，最大差值出现在银雨树为0.050%，最小差值出现在南天门和灵霄殿，为0.020%。

3.1.3 不同旺季洞内CO2浓度变化规律 图4中，监测时间为五一长假第二天和十一长假结束后第一天，结果显示，两个监测时段洞内CO2浓度同样表现为先增加后降低的趋势，但五一期间起伏较大，十一期间较小，而绝对大小则表现为十一明显高于五一，这是由于十一时间较长，游客数量大，游客呼出的CO2积累量大，而洞内自净作用有限，所以总体上比较大，但入口和出口处两时段基本保持一样，受游客数量影响相对较小。

3.1.4 洞内环境对CO2浓度自净效果 图5中，监测时间为五一长假第二天下午和第三天上午，经过一晚上的自净作用，CO2浓度发生了较大变化，洞口浓度减少最大，随着入洞深度的增加，减少量越来越小，甚至有部分区域比前一天大，这主要是由于洞口附近与外界大气交流较大，入洞越深交流越少，因此两次测量结果差异越来越小，而洞内后半段出现了增大的情况，这可能是由于第二天测量时已有近百人入洞的原因，另一方面也说明环境夜间自净能力有限。

图6中，为十一长假结束后的第一天和第三天CO2浓度自净前后对比结果，从图6中可以看出，大部分区域CO2浓度在长假后第一天比第三天高，这是由于十一长假游客数量较大，洞内CO2浓度积累到一个较高的水平，当游客数量减少时，在洞内环境的自净作用下，CO2浓度逐渐下降，两天共降低0.007%，平均每天自净约3.5‰。

4 小结与讨论

通过以上分析，可以得出以下主要结论：（1）自1989年来，洞内CO2浓度总体呈上升趋势；（2） 节假日洞内CO2浓度比非节假日平均高出0.030%；（3）无论是淡季还是旺季，洞穴中部CO2浓度比进口和出口高出0.100%左右；（4）游客数量对洞内CO2浓度影响较大；（5）洞穴自净能力有限，每天自净约3.5‰。

需要说明的是，文中引用1989年至2013年数据，中间监测资料间隔一般是5年左右，不能体现变化的详细过程，导致结论可能存在偏差，后期可通过详细监测进行修正。

参考文献：

[1] 蔡炳贵，沈凛梅，郑 伟，等. 本溪水洞洞穴空气CO2浓度与温、湿度的空间分布和昼夜变化特征[J]. 中国岩溶，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，蔡桂鸿. 岩溶环境学[M]. 重庆：重庆出版社，1988.

[4] 杨汉奎.旅游洞穴的开展与保护[A]. 宋林华，丁怀元. 喀斯特景观与洞穴旅游[C]. 北京：中国环境科学出版社，1993.

[5] 林 华，韦小宁，梁福源. 河北临城白云洞洞穴旅游对洞穴CO2浓度及温度的影响[J]. 中国岩溶，2003，22（3）：230-235.

[6] 朱文孝，李 坡，潘高潮. 织金洞的气候环境及空气中二氧化碳[J].中国岩溶，1993，12（4）：409-417.

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

[8] 刘长运. 织金洞的成因及开发利用初探[J]. 南都学坛（自然科学版），1993，13（1）：46-48.