以碳、水、钙循环为纽带的岩溶动力系统理论将整个喀斯特地区各种运动变化过程联系在一起,该理论的提出对系统研究喀斯特作用及其过程具有积极重要意义。本研究为探索喀斯特地区洞穴环境系统内的CO₂迁移变化机制,以及基于该迁移机制的各影响因素定量分析,在前人工作的基础上采用更为精确的数学模型方法。并着重围绕洞穴CO₂的物质来源、洞穴CO₂的时间空间变化规律、洞穴CO₂的时空迁移变化机制及其影响因素、将洞穴CO₂时空迁移变化机制应用于实际洞穴旅游管理等问题展开。本研究在织金洞世界地质公园（ZJWGP）研究区开展,该研究区位于贵州省中西部,织金洞已有30余年的开发与研究,相比国外其他著名世界地质公园的研究,对本区内洞穴CO₂的定量分析还未达到应有的高度和深度。为通过数学建模的方法解释其他因子对CO₂迁移变化的贡献,如洞腔结构、气候参数、水化学数据、以及旅游活动数据等,本研究采用野外现场试验、实验室分析、文献查询分析等多种方法,对以洞穴CO₂为核心的微气候环境展开为期一个水文年（2015年1月²016年3月）的调查研究。野外试验建立在洞口海拔和洞内41个监测点高程的基础上,主要包括对洞穴空气中CO₂浓度、温度、相对湿度、气压、风速等微气候因子的定点、定期监测,时间尺度包括昼夜（5分钟、15分钟、4小时间隔等）、月、年等,同时对洞外大气降水、洞内滴水点以及洞外对应滴水点附近选择对应的土壤点,开展降水与洞穴水环境的水化学分析和土壤环境的理化性质与土壤空气相关分析,以对应“土壤-水-洞穴”系统,所有“气-水-土”数据均采用按月调查获取的方式,以探索降水与滴水的响应,进而洞穴内外CO₂的耦合过程;实验室分析包括对野外采样的洞穴水、土壤水的实验室精密分析,以及对多种、多期数据的统计学分析等;文献查询则主要结合前人研究的思路,对应于本研究区相关因子进行理论延伸。分析研究发现,CO₂在“土壤-水-洞穴”系统中表现出一致的时间变化规律,且相互之间均存在一定程度时空变化与耦合响应。具体表现为,季节上夏秋季比冬春季CO₂浓度高,最高值发生在8月,最低值在2月;昼夜尺度上则存在24小时或12小时的变化周期,通常以11时和5时为峰谷值。研究还发现,空间上CO₂从洞口往内逐渐升高,并在洞内达到一定的稳定值,同时高低海拔段之间的差异较大,并且与季节相关,呈现出“高低低高”和“高高低低”两种变化模式;同时,CO₂在土壤-水-洞穴系统中存在一定时间尺度上的滞后。以上结果表明,洞穴环境系统中的碳循环、水循环、钙循环等相互联系相互统一,在岩溶动力系统中占有重要的地位,有必要开展广泛而深刻的研究,并且研究是可行的。因此可得出以下结论:（1）织金洞CO₂主要来自上覆土壤碳库经滴水脱气释放过程和与洞外大气对流交换等自然因素,和游客活动等人为因素,自然因素和人为因素在不同季节和昼夜等时间和空间尺度上各自占主控地位;（2）织金洞CO₂的变化存在时间和空间上的规律性和差异性,有必要按照洞口带、过渡带、洞内带继续划分出六段空间分别进行研究,使整个研究达到整体与局部的统一,及时响应与滞后效应的耦合,进而有效地指导相关的科学实践与管理活动;（3）织金洞洞内带是研究的核心,其中CO₂在高低海拔段之间存在一定的季节性变化,主要表现为“高低低高”（即夏秋季为高海拔段CO₂浓度比低海拔段低）和“高高低低”（冬春季高海拔段CO₂浓度比低海拔段高）两种模式;（4）通过织金洞洞穴环境因子的不同时空尺度的变化分析而建立或改进相关数学模型,可应用于更广泛的喀斯特地区地貌与洞穴研究分析,这对进一步扩展地表地下二元结构的统一具有重要的理论意义和参考价值,还可为织金洞世界地质公园的可持续保护与管理开发提供科学依据。