第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
雪宝顶流域位于四川盆地西北部，青藏高原向四川盆地的过渡带。本课题组[1]运用ArcGIS 软件提取小流域单元叠加分析确定雪宝顶流域边界，本课题基于该区域内钙华特性进行扩展研究（见图 1-1）。流域内最高海拔位于雪宝顶峰 5400 m，最低海拔处为1600 m，流域内地貌主要以高山和峡谷断裂带为主。流域内部地质构造复杂，水系遍布，河流侵蚀作用明显，大部分地区形成深切割高山峡谷地貌。雪宝顶流域海拔跨度较大，最高海拔差可达 3000 m 以上，形成亚热带、温带和寒带逐级过渡的立体型气候，流域内部有高含钙离子、碳酸氢根离子泉水出露地表，形成了许多形态各异的钙华堆积体，流域富 Ca2+、HCO3-水体环境等独特沉积条件，赋予其极高的科研意义和价值，值得深入研究[2-3]。雪宝顶流域处于喀斯特堆积地貌背景下，由高含钙泉水出露而形成的钙华和峡谷湖泊及河滩湿地-森林构成丰富的旅游景观资源，促使了四川省旅游产业的蓬勃发展。
由于近年旅游人数呈指数级增长，钙华景观段出现水量减少、富营养化等现象，出现明显的景观消退趋势（见图 1-2），主要表现为：1）钙华沉积体由白转黄，最终表面变黑；2）钙华沉积体失水涵养，钙华表面出现干化、沙化现象；3）钙华自身结构构造改变，引起钙华体垮塌；4）因长期水流侵蚀或长期干涸，钙华沉积体遭受片状或层状剥蚀；5）地质运动或地下水侵蚀作用下，钙华发生塌陷或形成地下洞穴，对地层稳定性造成影响等等。九-黄景区钙华景观退化现象日益严重，已经影响钙华景观观赏价值以及人文经济价值的发展，若不对其进行及时保育工作，可能丧失景观能力。
图 1-2 钙华退化现象
1.2 国内外研究现状
钙华，一种多孔性碳酸盐岩，主要矿物组分为方解石，少部分含有文石[4]3。钙华的形成与地形、气候、生物等因素相关，形成钙华的泉水出露地表后，携带的 HCO3-通过脱气、蒸发或光合作用快速形成 CaCO3沉淀。九-黄地区景观都是在格挡式地形雏形基础上，Ca/MgCO3沉淀形成钙华堆积体，并逐层累积，随时间推移积水成池、蓄水成湖、叠水成瀑，从而形成了九-黄地区极具代表性的“层湖叠瀑”景观组合。目前，对流域内钙华沉积体的主要研究方向主要集中为现代钙华成因、水文地球化学、钙华景观演变趋势、景观保护和旅游开发问题等。 1.2.1 钙华沉积学研究现状
雪宝顶流域以独特的喀斯特地貌组成了特有的钙华景观，关于钙华景观的形成过程研究，国内外已经有大量学者进行研究[5-9]。多数学者早期认为关于钙华景观的形成主要由具有水流的地形雏形上形成，即钙华沉积的主要控制因素为流水，而其他生物调控只是起到参与作用或只起到调节钙华景观的形态形成作用[10]。张英骏等[11]提出沉积“气泡效应”观点，认为水流掺气导致气泡效应，水沫飞溅产生的射流效应和薄水效应直接促进钙华沉积，高速水流中低压气泡的产生是导致钙华沉积的主要因素。刘颖等[12]通过对九寨沟地区实地考察确定，九寨沟地区在地质作用下地层因断裂/构造作用形成高差，继而发育成叠瀑或瀑布。在冰川退缩或重力作用形成了原始堤坝，由碳酸钙过饱和度的地表水滋养下加厚加高，继而发育成叠瀑和堤坝形成独特的钙华景观。晏浩等[13]对九寨沟景区钙华起源进行研究，结合地质背景与水文数据进行分析，认为该类钙华是大气成因类钙华或表生钙华，但因水体中碳酸根离子含量较低，沉积速率较慢，当钙华景观受到地质或其他因素受损后，自修复速率较慢。万新南等[14-19,122]通过多年对黄龙地区水文环境、景观演变情况的研究，明确“水”是影响钙华沉积和景观形成的重要影响因素。刘再华等[20-23]通过实地考察、实例研究、实验模拟等对黄龙地区水化学动态变化规律的主要控制因素进行探讨，明确钙华沉积主导因素由温度、动力学、CO2压强等复合控制，同时探讨人类活动对钙华景观影响，指出藻类作用对钙华景观退化有直接影响。董发勤等[24-26]主要从黄龙钙华的沉积特征、水文特征与生物作用等方面进行研究，在古代钙华和现代钙华体中发现微生物参与沉积的重要证据，进一步证明微生物在钙华景观形成与退化中的重要意义。
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第二章 雪宝顶流域钙华景观及典型钙华分类研究
2.1 钙华景观分类与特征分析
2.1.1 钙华景观分级
雪宝顶流域位于青藏高原向四川盆地过渡带[1]，植被发育度高、物种多样性丰富，集中多条重要河流直流，拥有国家/省级风景区、森林公园、地质公园，为流域内生物提供极为良好生态环境。该区域以钙华堆积体结合自然水体、森林景观构成独特的钙华景观闻名于世。众多不同类型的钙华景观组合具有独特和典型特征，个体与组合分布特征明显。结合其特殊的地理位置，本研究区域成为探究中国西南地区钙华景观地貌形态、地形变化及气候特征的典型场所。
研究区域内差异明显的海拔高度、地貌、水文条件及动植物分布，造就了该区域丰富的钙华景观资源类型。雪宝顶流域钙华景观主要分布在九寨沟、黄龙、牟尼沟、漳腊、神仙池等地，主要密集分布于两大风景名胜区（下称九-黄景区）内。该区域是研究雪宝顶流域钙华景观演化、解释景观形成的重要场所。本研究参考景观生态学理论[95]、地质景观分级[96]、旅游地学景观[97]的观点，对研究区域典型钙华景观进行补充分类。钙华景观分级即由钙华与自然环境结合形成的景观构成的具有极强相互作用、交互影响的有机体系。基于“空间小尺度”分级方式将研究区钙华景观分为 3 个层别，即Ⅰ级钙华景观体、Ⅱ级钙华景观组、Ⅲ级钙华景观点（表 2-1）。
表 2-1 研究区钙华景观分级
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2.2景观钙华类型划分
对河流体系中钙华沉积机制和沉积模式的研究时间已久，国内外建立了不同类型较为完善的钙华沉积体系。国内外学者对九寨沟、黄龙沟钙华依据不同的分类体系进行了划分，主要从钙华景观特征、钙华沉积形态学或钙华成因等。钙华沉积过程由多种因素参与控制、影响，进而形成千变万化的钙华沉积体。雪宝顶流域中地理环境复杂、环境因素变动剧烈，因此提出一个科学合理的系统性分类具有挑战性。
现有的景观钙华分类并未提出一套最为完善的分类方法。根据 CO2来源成因分类，可将钙华划分至大类，但不能在更进一步对钙华进行亚类划分。根据结晶学分类，从矿物结晶的角度无法解决形态与成因方面的本质属性，矿物成分的单一以及色率与灰度的多半也为肉眼识别与规律性带来难度。在本分类方案中，以沉积环境作为划分主要因素，提出沉积环境的主要宏观大类，在根据钙华沉积环境为主要划分依据，结合钙华具体沉积地点，进一步划分亚相。同样在根据沉积主体环境和沉积地点，从形成形态划分钙华的具体类型。值得一提的是，本补充分类方案中，沉积环境与沉积相之间不存在单一的钙华类型对应，无论哪一种亚相包含两种以上的沉积地点变化和沉积形态。
因此，本章节提出的研究区景观钙华补充分类首先确定景观钙华本身是陆相碳酸岩沉积相，再根据不同沉积环境进一步划分出主类，在亚相下据沉积地点条件进一步分为若亚类，具体如下表：
表 2-3 雪宝顶流域钙华分类表
第三章 雪宝顶流域典型钙华特性研究 .................................... 21
3.1 样品采集 .............................................. 21
3.2 样品处理及数据分析 .................................... 21
3.3 结果分析 .............................................. 22
第四章 钙华退化机制的淋溶模拟实验及其修复可行性分析 .............................. 44
4.1 材料与方法 ........................................... 44
4.1.1 淋溶实验设计 ............................................ 44
4.1.2 样品处理及数据分析 ........................ 46
第五章 结论及展望 ...................................... 59
5.1 结论 ..................................... 59
5.2 研究展望 .................................... 60
第四章 钙华退化机制的淋溶模拟实验及其修复可行性分析
4.1 材料与方法
4.1.1 淋溶实验设计
（1）实验用钙华的制备
以雪宝顶流域内典型钙华-藻席钙华作为研究对象，这类钙华孔隙分布情况较为典型，且在流域沉积数量多、分布范围广。为精确模拟野外环境内退化钙华的破碎特点以及实验室装置设置合理性，将藻席钙华样品粉碎、缩分后进行分组组装，对钙华样品进行淋溶，具体分组情况见表 4-1。
表 4-1 淋溶柱信息
第五章 结论及展望
5.1 结论
本文以雪宝顶流域内丰富的钙华景观资源、典型钙华沉积特性及钙华退化现象为研究背景，对钙华景观构成、钙华自身特性、钙华退化情况进行研究。通过分类景观类型、分析钙华物理化学性质、矿物相特征、微观形貌变化，初步厘清钙华内部沉积特征。探究模拟钙华退化淋溶损失情况，从淋出液内元素变化、有机质溶出以及钙华微观形貌变化中讨论钙华退化机制，并以上述研究结果为基础，提出退化钙华修复方案。总结全文，得出以下具体结论：
1）雪宝顶流域占地 6988.97 km2，内部钙华景观资源丰富。本文针对高寒地区典型钙华景观和景观钙华进行分类。针对钙华景观提出“空间小尺度”分类方式，以景观体-景观组-景观点为分级标准，将流域内钙华景观划分为 2 个景观体、12 个景观组、7 个景观点；对构成钙华景观以确定其自身构成为陆相碳酸盐岩为基准，依据沉积环境-沉积地点-沉积形态为分级标准，将流域内景观钙华划分为 4 类、9 亚类、17 微类。针对流域内部特色钙华景观和钙华沉积体的分类研究，为钙华沉积构建景观的趋势进行推演，并针对不同种类钙华进行特性研究，为钙华景观后续修复保育提供支撑；
2）基于钙华分类的研究基础上，对构成景观的典型钙华从密度、含水率、吸水率、内部孔隙构造等物理学指标和矿物相特征进行分析。结果发现钙华是典型碳酸钙沉积、方解石类矿物，其密度、含水率和吸水率除会对钙华表观颜色造成影响外，分析认为透过改变钙华孔隙与裂缝间距大小影响岩体稳定性，出现钙华退化景观中边坝脱落、坍塌现象；
3）为确定钙华孔隙度变化是否可以影响岩体特性，使用压汞法、气测法、X-射线CT 扫描法对典型钙华孔隙度进行测试，从二维到三维表征不同类型钙华的孔隙特征。实验结果发现，钙华内部由不同尺度的单一或组合孔隙结构构成，这些孔隙结构的改变，会对颗粒物胶结方式发生改变，影响钙华弹性模量，产生钙华沙化等退化现象；
4）雪宝顶流域生物丰度极高，不同种类生物如植物、微生物等为钙华沉积做出较大贡献。钙华的元素分析结合生物群落结构分析表示，生物参与度越高，产生的次生物质越多，碳氮硫元素含量越高。钙华沉积过程的微观形貌表明，生物在沉积过程中提供模板和诱导作用，出现协同调控特性；
参考文献（略）