世界遺產
——四川黃龍鈣華景觀退化現象、原因及保護對策分析

張金流,王海靜,董 立,趙德猛

1)中國科學院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室,貴州貴陽 550002;2)黃龍國家級風景名勝區管理局,四川松潘 623300

黃龍風景區由于其獨特的鈣華景觀(鈣華池、瀑布、鈣華灘流以及無與倫比的原始大森林)于 1992年被聯合國教科文組織列為世界自然遺產名錄以來,每年吸引數以百萬計的國內外游客前來游覽,給國家和地方政府帶來數十億元人民幣的收入;然而,或許是自然原因亦或是過度的旅游活動的影響(比如,游客人數自20世紀90年代初的年均約10萬人增加到現在的 100萬人以上,高峰時達到 300萬),近年來黃龍鈣華景觀出現了明顯的退化現象,主要表現在以下3個方面(劉再華,2008):

(1)地表溪流水量減少,使得某些鈣華彩池干枯或季節性干枯(圖 1-A),不但本身失去觀賞價值,還影響到景觀的總體觀感;

(2)可能由于過度旅游活動造成對溪流水的污染(污染源主要是景區的飯店、快餐店、廁所、垃圾桶等),水生藻類加速繁殖,使得某些鈣華表面顏色由黃變黑(圖1-B),失去美感;

(3)鈣華沉積速率變慢,加上人為的踩踏(王海靜,2009),鈣華表面砂化現象嚴重,在水流沖刷作用下,使得某些鈣華彩池被逐漸填平(圖 1-C),失去觀賞價值。

上述鈣華景觀退化現象引起了科研人員的極大關注(楊俊義等,2004;郭建強,2005;單莉莉等,2006;郭建強等,2009;王華等,2010),黃龍國家級風景名勝區管理局和聯合國教科文組織世界遺產委員會對此也高度重視;為防止鈣華景觀繼續退化,并對退化景觀進行修復,以使黃龍世界自然遺產得以永續利用,我們做了如下研究,以期揭示黃龍鈣華景觀退化的真正原因,為黃龍鈣華景觀的保護以及退化景觀的修復提供科學依據。

黃龍風景區位于川西北高原,阿壩藏族羌族自治州松潘縣境內,位于成都市西北約350 km。黃龍風景區鈣華景觀全長約 3.5 km,南起望鄉臺(海拔:3658 m),北到涪江河谷(海拔:3080 m),平均寬度約250 m;鈣華主要沉積在志留系板巖、砂巖之上 (圖2);源泉(黃龍泉群,圖2中的S1)補給區巖層以泥盆-石碳系灰巖、白云巖為主,為黃龍鈣華景觀的形成提供了豐富的鈣源;溝內年均氣溫 1.1℃,降雨量達759 mm/a(Liu et al.,1995);區內最高峰為雪寶頂,海拔5588 m(盧國平等,1992),山頂終年積雪;采樣及監測點位置見圖2。

1 研究方法

1.1 磷酸鹽水樣的采集和室內分析

每隔 10 d左右,使用 60 mL的注射器加含有0.45 μm 玻璃纖維的過慮器采集監測點水樣,盛于60 mL聚乙烯瓶中并定期送回中科院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室用離子色譜儀(美國Dionex公司產的ICS-90型離子色譜儀)分析水中磷酸鹽含量,其檢測限是0.001×10-6;取樣時采樣瓶先用現場水潤洗 3次,之后將整個瓶子裝滿,使瓶中不留有氣泡;采樣瓶在采集樣品前在室內用 1:10的硝酸浸泡 24 h,隨后用超純水沖洗之后再用超純水浸泡 48 h,之后放入烘箱中于 50℃條件下烘干24 h。

1.2 鈣華沉積樣采集

為了獲取各監測點鈣華沉積速率的時間變化規律,按照Liu等(1995)的方法,于采樣點放置有機玻璃試片(規格是 5 cm×5 cm×0.5 cm,總表面積約60 cm2),每隔10 d左右更換一次,玻璃試片在放入水中之前及回收后,在 50℃條件下置于烘箱中烘干24 h,之后置于玻璃干燥器中冷卻至室溫,用分析天平稱重,其分辨率為 0.1 mg,然后按下式計算鈣華沉積速率(具體計算方法見文獻Liu et al.,1995)

式中,Wts和 Ws分別是沉積后和沉積前玻璃試片的重量;A是玻璃試片的總表面積(60 cm2);T是玻璃試片在溪流水中停留時間(即兩次采樣的時間間隔,大約10 d左右,精確到分鐘)。

1.3 葉綠素和降雨量的自動監測

葉綠素濃度使用安裝于瀲滟湖邊上的德國產SEBA MP3 572型多參數水質自動記錄儀自動測定(圖 1-D),該儀器葉綠素濃度的測試范圍為 0.03～500 μg/L,分辨率為 0.01 μg/L;降雨量使用同樣安裝于瀲滟湖邊上的美國產HOBO便攜式小型氣象站自動記錄(圖 1-D),該儀器降雨量的測試范圍為 0～12.7 cm/hr,分辨率為0.2 mm;兩臺儀器數據采集器的掃描時間間隔皆設定為15 min。

1.4 水化學監測

圖1 A-干枯變黑的鈣華池;B-黑化的鈣華彩池邊石壩;C-被沙化鈣華填滿一半的彩池;D-HOBO小氣象儀及SEBA多參數水質記錄儀Fig.1 A-dry and darkened colorful pond;B-darkened colorful pond dam;C-half of colorful pond filled up with travertine sand;D-HOBO meteorological apparatus and SEBA multi-parameter water quality instrument

圖2 黃龍風景區地質平面及剖面圖以及泉、采樣點Fig.2 Plan and geological section of Huanglong Ravine with springs and sampling sites

用德國產WTW 350i型便攜式多參數水質監測儀每日監測各監測點水溫、pH值以及電導率,精度分別是0.1 ℃ ,0.01 pH 和 1 μs/cm;同時,在現場用德國Merck公司產堿度計和硬度計滴定盒滴定水中的HCO3-和 Ca2+濃度,兩者的精度分別是 6 mg/L和2 mg/L,并據上述數據使用 WATSPEC軟件計算方解石飽和指數SIc(Wigley,1977)。

1.5 泉水流量監測

使用水利部重慶水文儀器廠生產的LJD打印式流速流量儀定期監測三個大泉(地表水、黃龍泉及龍泉眼)的泉水流量,用以分析各泉流量的時間變化規律,該儀器的測量范圍是0.1～4 m/s,測量誤差≤2%,并根據下式計算各泉的流量Q/(L/s):

式中:B 為矩形堰口寬度/cm;H 為平均水頭高度/cm;V為泉水平均流速/(m/s)。

2 實驗結果和討論

2.1 上游地表水總流量與下游龍泉眼流量關系

由前文可知,黃龍景區部分地段由于地表水流量的減少使得鈣華彩池干枯,失去了觀賞價值;為了尋找地表水流量減少的真正原因,我們對近年來上游地表水總流量(后溝地表水及源泉流量之和)(李前銀等,2009;王海靜等,2011)、源泉(黃龍泉群,圖2中的S1)流量及下游龍眼泉(圖2中的S4)流量間的關系進行了分析,結果如圖3:

圖3 黃龍泉總流量、上游地表水總流量和下流龍眼泉流量多年變化趨勢(據劉再華等,2009)Fig.3 Multi-trend for the flow rates of source springs,upstream surface river and downstream Longyan spring in the Huanglong Ravine (after LIU Zai-hua et al.,2009)

由圖 3可知,源泉(黃龍泉群)總流量基本不變,反映了近年來大氣降水補給基本穩定,上游地表水總流量和下游龍眼泉流量有逐年增加的趨勢,可能是氣溫逐年升高導致雪寶頂融雪水補給增加所致,這一推測我們從圖 4也得到了證實;但下游龍眼泉流量增加較上游地表水總流量增加趨勢更加明顯,說明中、下游地表水向地下漏失后對龍眼泉的補給比以前有所增加。由此我們推測,黃龍景區部分地段由于地表流量的減少而出現的彩池干枯現象并不是近年來大氣降雨減少所致,而是起因于景區地表徑流下滲量的增加,這與相關的研究結果也是一致的(楊俊義等,2004;楊俊義,2004;石巖,2005)。

2.2 旅游等人為活動對黃龍景區水質的影響

近年來前往黃龍景區的游客人數逐年增加,從20世紀90年代初的年均約10萬人增加到近年來的100多萬(如 2010年游客人數超過 110萬,2008年5.12汶川地震前年游客人數高峰達到近300萬);為探討如此快速增長的旅游強度是否會對黃龍水體造成影響(如快速增長的旅游活動所帶來的生活污染),我們從2010年4月下旬到11月中旬(即旅游旺季)對黃龍風景區上游五彩池和下游迎賓池兩處景點溪流水中溶解磷酸鹽做了一個旅游周期的監測,以分析其與人類活動的關系,結果如圖 5所示;需要說明的是,在本研究中,我們選用磷酸鹽作為研究指標,是因為:一方面,作為營養鹽,它能夠促進水藻的生長(Prairie et al.,1989;Mccauley et al.,1989;Seip et al.,1994;Klausmeier et al.,2004;劉春光等,2006;孫凌等,2006;羅固源等,2007;李建平等,2007;Kim et al.,2009;張金流等,2011);另一方面,作為碳酸鹽沉積的阻滯劑,它能有效地減緩鈣華的沉積(Simkiss,1964;Reddy et al.,1973;Wilken,1980;Ishikawa et al.,1981;House et al.,1986;House,1987;Giannimaras et al.,1987;Kleiner,1988;Burton et al.,1990;Dove et al.,1993;Goudie et al.,1993;Gratz et al.,1993;Heath et al.,1995;Heleen et al.,1995;Jonasson et al.,1996;Millero et al.,2001;Plant et al.,2002;Abdel-Aal et al.,2003;Lin et al.,2006;Rodriguez et al.,2008),從而降低退化鈣華景觀自我修復能力。

圖4 松潘縣歷年月平均降雨量及年平均氣溫(1951.1—2010.1)(數據來自中國氣象科學數據共享服務網,http://cdc.cma.gov.cn/index.jsp)Fig.4 Average monthly rainfall and annual air temperature in Songpan from 1951.1 to 2010.1 (data from China Meteorological Data Sharing Service System http://cdc.cma.gov.cn/index.jsp)

圖5 五彩池和迎賓池水中磷酸鹽濃度季節變化與同期游客人數及降雨量的關系(張金流等,2011)Fig.5 Seasonal variation of phosphate concentrations at Wucaichi sampling site and Yingbinchi sampling site and its relation with rainfall and number of tourists(after ZHANG Jin-liu et al.,2011)

從圖 5可知,五彩池和迎賓池兩處水中磷酸鹽濃度變化與游客人數變化呈現明顯的一致性,特別是在幾個游客高峰期,如 7月底到 8月底以及國慶節期間,隨著游客人數的增加,水中磷酸鹽濃度也明顯增加(見圖中單箭頭所示),說明旅游活動對黃龍水體已產生了明顯影響;同時,我們從圖中也可看出,水中磷酸鹽濃度的變化與游客人數的變化在時間上有時呈現出一定的滯后現象(見圖中斜向實線箭頭所示),如從7月底到8月底這段時間;這可能是因為這期間降雨量偏少,旅游活動帶入景區的生活垃圾以及景區內其它污染源產生的垃圾中所含可溶性磷酸鹽不能及時溶于水中,使得同期水中磷酸鹽濃度的升降不能與游客人數的變化保持很好的一致性,但隨著稍后降雨量的增加,在雨水沖刷作用下,前期垃圾中滯留的磷酸鹽又開始逐漸溶解,使得水中磷酸鹽濃度快速上升(即雨水對滯留垃圾中所含磷酸鹽的沖刷效應);另外,我們也注意到,五彩池和迎賓池水中磷酸鹽濃度變化也有不一致的地方,如7月28日,五彩池和迎賓池水中磷酸鹽濃度正好相反,這可能是因為游客在景區內分布不均勻,從而導致對各景點水質影響程度也不盡相同。據此,我們推測,旅游活動等人為因素可能已成為黃龍水體磷酸鹽污染的重要來源。

2.3 水中磷酸鹽濃度與水生藻類生物量的關系

由2.2節分析可知,黃龍景區溪流水中磷酸鹽含量已明顯受到旅游等人類活動的影響,為了研究這種影響是否會對景區內水生藻類生長產生變化,我們在瀲滟湖邊安裝了德國產SEBA MP3 572型多參數水質自動記錄儀,用以監測湖中水藻葉綠素濃度(作為水生藻類生物量指標)的時間動態變化,并把這種變化與同期水中磷酸鹽濃度變化做一對比分析,結果如圖6所示。

圖6 瀲滟湖水中葉綠素濃度季節性變化及其與同期磷酸鹽濃度間的關系(據張金流等,2011)Fig.6 Seasonal variation of chlorophyll concentrations at Lianyan pool sampling site and its relation with phosphate concentrations in water(after ZHANG Jin-liu et al.,2011)

由圖 6可知,隨著水中磷酸鹽濃度周期性波動(見圖中四條粗虛線隔開的部分),水中葉綠素濃度也呈現出與之一致的變動趨勢,比如從 9.8到 10.7,水中磷酸鹽濃度一直呈上升趨勢,與之對應的葉綠素濃度也呈現出上升趨勢,之后,隨著磷酸鹽濃度的下降,葉綠素濃度也開始下降,說明磷酸鹽作為限制性營養鹽,在一定程度上可能促進了水生藻類的生長;當然,正如2.2節中出現的水中磷酸鹽濃度有時滯后于游客人數一樣,此處水中磷酸鹽也出現了同樣的現象,其原因與2.2節分析的一樣,在此不在贅述;同時,葉綠素濃度變化也有滯后于磷酸鹽濃度變化的現象,這是因為:一方面,磷酸鹽濃度采樣方法是瞬時取樣法,不能像 SEBA儀器那樣自動記錄相關參數連續變化趨勢;其二,葉綠素反映的是水生藻類的生物量,其濃度變化是一個生物過程,因此,也不可能像化學反應那樣迅速地對相關影響因子做出反應,而是需要一定時間的響應過程;因此,不能由于水藻葉綠素濃度變化與磷酸鹽濃度變化間呈現一定的滯后現象而否定磷酸鹽對其生長的促進作用,恰恰相反,這種滯后現象正是磷酸鹽作為營養鹽限制水生藻類生長的表現。

2.4 水中磷酸鹽與鈣華沉積速率間的關系

由上述兩節分析可知,旅游等人類活動可能是黃龍水體磷酸鹽的重要來源,那么這種來源的磷酸鹽對鈣華沉積速率有何影響,是否與黃龍景觀鈣華沉積速率變緩這一退化現象有關？為此,我們以黃龍風景區上游五彩池和下游迎賓池兩處景點為例,來分析旅游活動對黃龍鈣華沉積速率的影響。

從圖 7可以清楚地看出,在五彩池和迎賓池兩處景點,鈣華沉積速率和水中磷酸鹽濃度變化間呈現明顯的負向變化趨勢,而與水溫、降雨量變化間的關系不甚明顯,說明水中溶解磷酸鹽可能已對黃龍鈣華沉積產生一定的負面影響。

為了定量分析水中磷酸鹽對鈣華沉積速率的阻滯影響,我們利用數據統計分析軟件 SPSS,對五彩池和迎賓池兩處鈣華沉積速率與相關影響因素間的關系進行了回歸分析,逐步回歸方程見表1:

結合圖7及表1中兩采樣點鈣華沉積速率與相關影響因素間的回歸方程可以更清楚地看出,黃龍風景區五彩池和迎賓池兩處景點鈣華沉積速率明顯受到水中磷酸鹽的阻滯作用(從兩處回歸方程中磷酸鹽濃度前的系數為負且與其它兩系數相比絕對值最大即可看出);同時我們也注意到,雖然迎賓池處回歸方程綜合F值僅為0.605,可信度不是太高,但從已有的理論即磷酸鹽是鈣華沉積的有效阻滯劑來看,我們認為此回歸方程仍有一定的意義(即在一定程度上仍可以定量反映磷酸鹽對鈣華沉積的阻滯作用)。因此,我們可以推測,旅游等人類活動對黃龍水體的污染可能已對黃龍鈣華沉積速率產生一定的影響,這很可能就是近年來黃龍鈣華沉積速率變慢這一退化現象的重要原因。

3 結論及保護對策

近年來黃龍鈣華景觀出現了明顯的退化現象,表現為:(1)地表水量減少,部分鈣華彩池干枯;(2)水生藻類加速生長,鈣華表面顏色由黃變黑;(3)鈣華沉積速率變慢,加上人為的踩踏,鈣華表面砂化現象嚴重;為了找出上述退化現象的科學機理,我們分析了近年來上游地表水、源泉和下流龍眼泉流量的變化趨勢,結果發現,黃龍風景區地表水流量的減少不是起因于人們推測的近年來降雨量的減少,而是地表水滲漏量增加所致;同時,分析景區水質在一個旅游季節期間的變化后,我們發現,隨著旅游強度的增加,景區水質已明顯受到人類活動的影響,而水質的變化又促進了水藻的生長并減緩了鈣華的沉積;因此我們推測,旅游等人為活動很可能在一定程度上加速了黃龍鈣華景觀的退化,是近年來黃龍鈣華景觀加速退化的真正原因。

根據上述景觀退化的起因,我們提出如下保護建議,以減緩景觀的退化速度:

1)嚴格控制景區及周邊不必要的工程活動。我們知道,鈣華是疏松的碳酸鹽沉積物,對水的滲透性很強,景區及周邊工程建設(如景區相關工程建設、景區周邊開礦爆破等)的影響,很可能導致原有鈣華的滲透性增強,從而增加地表水的下滲量,減少地表徑流量。

表1 五彩池、迎賓池兩處鈣華沉積速率回歸方程Table 1 Regression equation of travertine deposition rates at Wucaichi and Yingbinchi sampling sites

圖7 五彩池(左)、迎賓池(右)鈣華沉積速率與磷酸鹽、降雨量以及水溫間的關系(2010)Fig.7 Relationship between travertine deposition rate and phosphate concentration,rainfall and water temperature at Wucaichi (left)and Yingbingchi (right)

2)科學規劃景區旅游路線,盡量使其遠離鈣華彩池,同時應加強景區生活設施和生活垃圾的管理,降低因旅游等人類活動對黃龍水體造成的污染。