三峡库区紫色土7Be剖面分布及季节变化

7Be是一种宇宙成因放射性核素。由于其来源明确、半衰期短、测试相对容易,可用于<1a时间尺度内的环境过程示踪和定量研究。7Be在土壤中的剖面分布特征及其本底值是建立定量模型、估算侵蚀沉积速率和调查表土迁移过程的基础。对三峡库区为期1a的无扰动紫色土7Be浓度的测定结果表明,7Be主要分布于质量深度0～20.0kg/m2(0～1.5cm)的表层土壤,其中0～3.0kg/m2(0～2mm)的最表层7Be比活度最高,向下随深度增加呈指数减少,20.0kg/m2以下土层基本不含7Be。采样期间土壤7Be总面积活度介于172.4～328.6Bq/m2,平均246.1Bq/m2,并呈现春季最高,秋季最低;春夏高,秋冬低的季节性变化特征。植被截留可能是减少土壤7Be浓度的重要因素。

紫色土坡地侵蚀产沙过程的~7Be法初探

利用环境放射性核素示踪技术研究土壤侵蚀是传统土壤侵蚀监测技术的重要补充手段。宇宙成因核素7Be具有半衰期短和在表土分布浅等特点,能够用于指示短时间尺度的坡面侵蚀堆积过程。采用7Be技术与泥沙颗粒分析相结合,定量判读了模拟降雨下紫色土坡面侵蚀过程演变。结果表明,对于20°坡面,7Be法指示的坡面侵蚀方式转折点与侵蚀泥沙颗粒变化得到的结果基本一致。7Be在表征侵蚀过程演变时具有独特的优势,可以将坡面片蚀发育过程随降雨时间的变化明显地识别出来。这对防治坡面侵蚀,特别是细沟侵蚀的发生具有重要意义。

基于磁化率和^(210)Pb_(ex)的金沙江下游小流域泥沙来源研究

金沙江下游地区侵蚀泥沙研究基础薄弱,实测资料较少,可靠的泥沙来源信息尤其是一系列国家重点水土保持工程如"长治"工程实施后流域泥沙的主要来源及贡献,对该区未来水土保持和生态环境建设以及不同治理措施效益评价具有重要意义。利用低频磁化率χlf和放射性核素^(210)Pb_(ex)双指纹因子,开展了金沙江下游一"长治"工程治理小流域(元谋县凉山乡小流域)泥沙来源研究。结果表明,坡耕地表土、林地表土和沟谷堆积物三种物源的χlf和^(210)Pb_(ex)平均含量分别为(21.81±9.43)×10^(-8)m^(3)/kg和40.53±9.49 Bq/kg、(24.06±9.61)×10^(-8)m^(3)/kg和119.35±22.81 Bq/kg、(16.60±5.27)×10^(-8)m^(3)/kg和30.62±12.69 Bq/kg。流域出口泥沙的χlf和^(210)Pb_(ex)平均含量分别为(17.69±2.87)×10^(-8)m^(3)/kg和33.63±6.17 Bq/kg。混合模型计算结果表明凉山乡小流域泥沙主要来源于沟谷堆积物,相对贡献率为79.6%;未经治理的陡坡耕地产沙贡献率为19.1%;林地面积占比最大但泥沙贡献极微,仅1.3%。基于χlf和^(210)Pb_(ex)的双指纹泥沙来源判别结果与利用地球化学元素复合指纹分析结果一致。受地质地貌等自然因素主控,沟谷侵蚀是金沙江下游河流泥沙的主要来源;以坡改梯和植被恢复为主的小流域治理工程对坡面侵蚀泥沙减控具有积极作用。该区未来水土保持工作应重点加强流域沟谷治理,降低泥石流等泥沙灾害风险。

^7Be示踪法在土壤侵蚀研究中的应用

结合国内外最新研究进展,介绍了7Be示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用背景、原理和现有的利用7Be示踪法定量估算土壤侵蚀速率的模型,提出了今后运用7Be示踪土壤侵蚀的研究方向。

基于Crystal Ball的泥沙来源指纹判别及不确定性评价

土壤固有的空间变异性及对侵蚀强度响应程度的不同,造成利用采集的少量样品中指纹因子的平均值或中位数来表征物源或泥沙时存在较大的不确定性,进而影响物源贡献判别结果的可靠性。已有的蒙特卡洛模拟算法通常基于较为复杂的计算机语言,对一般研究者来说具有一定的挑战性。介绍一种简便快捷的分析软件Crystal Ball,并结合实例分析了其在流域泥沙来源判别中的应用。

复合指纹识别技术定量示踪流域泥沙来源

土壤侵蚀导致水土资源及土地生产力的破坏和损失,泥沙淤积危害及其引发的一系列水环境效应已成为当前及以后一段时期内研究的热点和重点。开展流域(河流)泥沙来源研究,查明入塘、河、库泥沙通量,定量识别泥沙来源具有重要现实指导意义。选取了一个由山坪塘控制出口的封闭式农业单元小流域(10.7 hm2),开展复合指纹识别技术定量辨析塘库沉积泥沙来源新尝试。据流域现状,定性划分了3种泥沙来源,即旱地、水田、林草地,并分别于塘库中部采取A、B、C三柱表层沉积泥沙;结合复合指纹识别技术定量解析了塘库表层沉积泥沙来源。研究表明,塘库沉积泥沙各来源相对输沙贡献分别为旱地84%、水田14%、林草地2%,复合指纹识别技术能较好地辨析小流域泥沙来源。

三峡库区不同土地利用土壤重金属分布特征与污染评价

为揭示不同土地利用方式土壤重金属的含量、分布及污染特征,选取三峡库区典型小流域不同土地利用方式:柑橘果园(CO)、林地(FL)、旱坡麦地(WD)、旱坡菜地(VD)、温室大棚蔬菜地(VG)、水稻田(PL)作为研究对象,研究了不同土地利用方式土壤重金属的含量变化、分布规律,并进行污染评价。研究结果表明,6种土地利用类型土壤重金属元素Pb含量由大到小表现为:VG、CO、PL、VD、FL、WD,土壤重金属元素Cr含量由大到小表现为:CO、VG、PL、VD、FL、WD,土壤重金属元素Cu含量由大到小表现为:VG、VD、CO、PL、FL、WD,土壤重金属元素Zn含量由大到小表现为:CO、VG、PL、WD、VD、FL,土壤重金属元素Cd含量由大到小表现为:VG、CO、WD、PL、VD、FL。土壤重金属Pb含量与Cr、Cu、Zn、Cd含量均存在极显著正相关关系(p<0.01),Cr含量与Cu和Cd含量呈极显著正相关(p<0.01),与Zn含量呈显著正相关(p<0.05)。6种土地利用类型土壤重金属Pb、Cr、Cu、Zn、Cd的单项污染指数变化分别为0.06、0.14、0.15、0.14和1.70,综合污染指数为0.91,污染等级为警戒线,污染水平属于Ⅱ级,尚清洁,6种土地利用类型土壤重金属的综合污染指数由大到小表现为:VG、CO、VD、PL、WD、FL。潜在生态风险评价表明,6种土地利用类型土壤的重金属Pb、Cr、Cu和Zn均属于轻度生态危害。土壤重金属元素Cd在林地、旱坡麦地和水稻田土壤中属于中度生态危害,而在柑橘果园、旱坡菜地和温室大棚蔬菜地土壤中属于较强生态危害。5种土壤重金属潜在生态危害系数从大到小分别为:Cd、Pb、Cu、Cr、Zn。

三峡库区紫色土坡地土壤颗粒流失特征

选取20°长期耕作紫色土坡面径流小区进行模拟降雨试验,分析坡面土壤的颗粒组成及其变异,比较侵蚀泥沙颗粒组成的过程变化及其与坡面土壤颗粒组成的差异。结果表明,紫色土具有较宽变幅的颗粒组成,0.002～0.25mm的颗粒含量最高,坡面土壤存在较大的异质性;降雨初期侵蚀泥沙中<0.05mm的单粒和微团聚体含量都在65%以上,富集率分别为1.30,1.44,整个泥沙中的富集率分别为1.12,1.10,是侵蚀泥沙的主体,这其中又主要是0.002～0.05mm的粉粒和微团聚体;泥沙中<0.01mm的物理性粘粒及>0.25mm的水稳性团聚体富集率分别为1.10,1.16;随着降雨时间延长,单个泥沙样的颗粒组成逐渐接近雨前表土。

三峡库区紫色土坡耕地细沟发生的临界坡长

采用人工暴雨试验发现:相同土壤含水量条件下,10,°15,°20,°25°紫色土小区在130 mm/h雨强降雨下细沟发生的临界坡长平均值分别为6.13,4.12,2.72,1.55 m,细沟发生的临界坡长与坡度呈二次抛物线关系;土壤含水量变幅为16%～26%条件下细沟发生临界坡长先增长后变短。据此总结了采用地埂防治坡耕地细沟侵蚀的治理模式,针对不同坡度地块细沟发生的临界坡长,采用地埂或者分割地块,并在地埂上种植经济效益高的植物篱,既控制了细沟的发生,又弥补了地埂占地导致的农业减产;同时在旱季和雨季分别调整边沟的尺寸,调整地块土壤含水量从而控制细沟因含水量变化导致的细沟发生临界坡长缩短。

三峡库区紫色土坡耕地草本植物根系固结地埂的土力学机制

为揭示三峡库区紫色土坡耕地草本植物根系对地埂土壤固结作用的土力学机制,选取库区3种草本地埂植物为研究对象,对3种地埂植物根系的分布特征及抗拉性能进行研究,并分析3种地埂土壤的抗冲性和抗剪强度。研究结果表明,紫花苜蓿、蓑草、桂牧一号的根系总生物量分别为(79.37±1.26),(97.99±1.66),(71.76±1.96)g/m^2,紫花苜蓿根系在0—10cm土层分布最多,蓑草主要根系分布深度集中在10—20cm,桂牧一号根系分布在0—30cm土层深度范围内呈现出递增的趋势,在30—40cm土层深度根系含量不到10%。3种草本地埂植物根系的平均抗拉力为桂牧一号(7.93N)>蓑草(6.03N)>紫花苜蓿(5.40N),3种地埂植物根系单根抗拉力与根径呈幂函数关系,蓑草地埂植物根系的单根抗拉力与根径的相关性最高。3种地埂植物根系的抗拉强度表现为蓑草根系(45.91MPa)>紫花苜蓿根系(19.68 MPa)>桂牧一号根系(15.28 MPa)。3种不同草本地埂植物根系间的抗拉力和抗拉强度差异达到显著水平(P<0.05)。3种植物地埂土壤的抗冲性变化为蓑草地埂(85.28L/(min·g))>紫花苜蓿(69.47L/(min·g))>桂牧一号(60.86L/(min·g)),蓑草地埂土壤的抗冲性与紫花苜蓿和桂牧一号间存在显著差异(P<0.05)。3种草本植物地埂土壤的抗剪强度顺序为蓑草地埂(115.49kPa)>紫花苜蓿(91.73kPa)>桂牧一号(75.14kPa)。结果表明,蓑草地埂在三峡库区具有较好的固埂防蚀效果,在三峡库区坡耕地固结地埂土壤中发挥重要作用。三峡库区草本植物固结地埂可为三峡库区坡耕地整治提供新思路。

川中紫色丘陵坡耕地细沟发生临界坡长及其控制探讨

细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的主要形式之一,是介于片状侵蚀与沟道侵蚀之间的一种侵蚀类型,细沟一旦发生,坡面侵蚀量将成倍增加。由于细沟侵蚀的发生需要一定的坡长来汇集径流,对于某一坡度的地块,一次暴雨中细沟总是表现在一定的坡长处发生,这一坡长称为细沟发生的临界坡长。在细沟发生的临界坡长处采取措施控制细沟的发生将大大降低坡耕地水土流失量。通过人工降雨试验发现:细沟发生过程分为片蚀为主阶段、跌坎发育阶段、细沟侵蚀为主阶段和雨后径流侵蚀阶段,紫色土坡耕地细沟的发生以坡面跌坎的贯穿为标志;10°、15°、20°、25°坡耕地细沟发生的平均临界坡长分别为6.25,4.19,2.77,1.60 m;细沟发生临界坡长与坡度呈二次抛物线关系。在人工降雨试验基础上,总结了以控制细沟发生为核心的"大横坡+小顺坡"耕作模式,通过构建横坡截流沟分割地块,实施有效的拦截径流,减少坡面侵蚀泥沙。

基于^(137)Cs、^(210)Pb和CSLE的三峡库区小流域土壤侵蚀评估

综合应用137Cs和210Pb技术和中国土壤流失方程CSLE(Chinese soil loss equation)进行三峡库区腹地工农沟小流域土壤侵蚀的定量评价研究,尝试基于核素示踪技术计算的土壤侵蚀模数评估CSLE在库区林地小流域的估算效果。结果表明:(1)借助210PbexCRS计年模式获得了工农沟塘库沉积柱芯不同质量深度的沉积年代,与137Cs 1963年断代结果相比基本一致,定年结果可靠;(2)基于核素示踪技术(137Cs和210Pb)计算的小流域2002—2014年土壤侵蚀模数为269.09t/(km2·a),侵蚀强度属于微度侵蚀,年土壤侵蚀量为22.87t/a;(3)依据CSLE和考虑沟蚀因子的CSLE估算的小流域2002—2014年土壤侵蚀模数分别为256.07t/(km2·a)和317.53t/(km2·a),年土壤侵蚀量分别为21.77t/a和26.99t/a;(4)与核素计算的结果相比,CSLE和考虑沟蚀因子的CSLE的估算精度均≥80%,说明采用CSLE估算库区林地小流域土壤侵蚀量结果合理。

三峡库区紫色土坡耕地土壤侵蚀的^(137)Cs示踪研究

坡耕地是三峡库区的重点水土流失区和河流泥沙的主要来源地。采用137Cs示踪技术对三峡库区紫色土坡耕地的土壤侵蚀速率进行了定量研究。结果表明,新政小流域的137Cs本底值为1420.9Bq/m2;平均坡度为11.4°的缓坡耕地的137Cs面积活度介于398.5～1649.6Bq/m2之间,坡长加权平均值为816.0Bq/m2;采用改进的简化质量平衡模型计算了坡耕地的土壤侵蚀速率,结果得出该坡地的土壤侵蚀模数介于-3358.8～4937.4t/(km2.a),其加权平均值为1294.6t/(km2.a)。受犁耕作用的影响,坡耕地两个坡段的土壤侵蚀速率随坡长增加大致都呈下降趋势,并在坡段下方出现了堆积。坡耕地土壤侵蚀速率不高的原因,一方面是由于所研究坡耕地属于缓坡,坡度较小,另一方面则是由于当地农民总结出了一套有效防止水土流失的耕作方式,使得土壤侵蚀强度大大降低。

紫色土坡耕地细沟发育的形态演变

研究细沟发育的形态演变规律是认识细沟发生机理的前提,本研究通过人工降雨与微地貌扫描相结合的方法,调查了紫色土坡耕地细沟发生过程的形态演变特征。采用三维激光扫描仪扫描不同降雨时段坡面,生成高精度坡面DEM图像,统计各时段不同坡段等高线偏离度,量算坡面凹陷区的表面积、周长、直径以及沟头下切深度;结果表明,等高线偏离度越大细沟发育越完全,有细沟发生坡面等高线偏离度是无细沟坡面的1倍以上;凹陷区的表面积、周长、直径相对于单位降雨量的扩展速率均在细沟贯穿时段出现最大值;跌坑位置与坡面水平起伏关系不明显,统计的3条沟头分别发育于水平方向起伏的最高点、中间点和低点;跌坑下切深度及其单位降雨量的扩展速率在跌坑贯穿形成细沟时段出现最大值,之后逐渐降低,说明跌坑的形成是细沟造床的关键。

三峡库区不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

采集三峡库区忠县石宝寨4种不同土地利用类型土壤剖面0-40cm土层3个层次12个土壤样品,通过计算和测定土样颗粒体积分形维数及基本性质,以期说明三峡库区中性紫色土土壤颗粒体积分形特征及其与土壤基本性质间的相关性。结果表明,研究区中性紫色土土壤剖面(0-40cm)土壤颗粒体积分形维数D值介于2.638～2.674之间。随土层深度的增加D值总体呈增加趋势,不同土地利用类型之间的D值存在差异,表现为林地<果园<菜地<水田;D值与土壤粘粒(<0.002mm)体积百分含量呈极显著正相关关系(P<0.01),与土壤粉粒(0.002～0.05mm)体积百分含量的相关性不强,而与砂粒(>0.05mm)体积百分含量呈极显著负相关关系(P<0.01);D值与土壤有机质、全氮、全磷含量不存在显著相关性。

三峡库区小流域修正通用土壤流失方程适用性分析

土壤侵蚀量的定量研究可为国家生态环境建设和水土保持宏观决策的制定提供重要的依据。修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)是开展土壤侵蚀定量评价的主要手段。该文在地理信息系统(geographic information system,GIS)的支持下,依据中国土壤流失方程各因子的算法确定RUSLE模型各因子值,估算了三峡库区黄冲子小流域不同时期的土壤侵蚀量,并与基于泥沙平衡原理计算的土壤侵蚀量比较后分析RUSLE模型在库区小流域的适用性。结果表明,基于RUSLE模型估算的小流域1963-2000年(农地小流域)和2001-2014年(林地小流域)的年均土壤侵蚀模数分别为2246.09和868.3 t/(km2·a),其结果与采用137Cs和210Pb技术的塘库沉积物定年结果基本吻合,表明210Pb定年结果可靠。依据泥沙平衡原理计算的小流域1963-2000年和2001-2014年的年均土壤侵蚀模数分别为942.48和811.47t/(km2·a)。RUSLE模型估算小流域1963-2000年和2001-2014年的土壤侵蚀模数相对误差分别为138.32%和7.00%。因此RUSLE模型适用于库区林地小流域,而不适用于库区农地小流域;但是基于地形因子(LS因子)修正的RUSLE模型估算结果相对误差减少至8.14%,其适用于库区农地小流域。

紫色土坡耕地不同坡位不同高度地埂土壤颗粒组成及分形特征

对比分析西南紫色土区植物固结地埂和等高植物篱的结构差异,并运用分形理论研究了西南紫色土坡耕地不同坡位不同高度地埂土壤的分形特征。结果表明:有地埂存在的坡耕地地埂土壤的颗粒组成主要分布在0.002~0.02mm粒径范围内,较无地埂的对照坡耕地该粒径范围的含量高2.41%。说明地埂的存在增强了其对坡面上方侵蚀泥沙的拦截作用。而不同坡位地埂土壤的分形维数变化如下:坡面上部>坡面中部>坡面下部,且同一坡位有地埂土壤的分形维数小于无地埂土壤的分形维数。不同地埂高度土壤的分形特征变化规律为:CK>LS-H10G>LSH15G。地埂土壤颗粒分形维数D值与黏粒和砂粒体积百分含量相关性较好,地埂土壤的分形维数可作为西南紫色土坡耕地地埂土壤质量评价的定量指标之一。

基于GIS和RUSLE的三峡库区小流域土壤侵蚀量估算研究

本研究以三峡库区菱角塘小流域为研究对象,在GIS技术的支持下,通过遥感技术和野外调查进行信息采集,对修正的通用土壤流失方程（RUSLE）各因子进行量化分析,从而对三峡库区菱角塘小流域土壤侵蚀量进行定量评价,并对土壤侵蚀强度进行分级;在此基础上分析不同坡度和土地利用类型的土壤侵蚀空间分布特征。结果表明,菱角塘小流域年土壤侵蚀量为208.32t/a,土壤侵蚀模数为1 987.75t/（km2·a）,属于轻度侵蚀。28.62%的区域为中度、强度或极强度侵蚀,但是其侵蚀量却占总侵蚀量的82.36%,是预防和加强水土流失治理的重点区域。土壤侵蚀主要发生在坡度为15°-35°的区域,其中15°-25°的坡度土壤侵蚀属于中度侵蚀;坡耕地侵蚀最为严重,15°-25°的坡耕地侵蚀量占总侵蚀量的57.15%,表明坡耕地是该小流域水土流失的主要策源地。同时用137 Cs核素示踪技术测定的坡耕地和林地土壤侵蚀模数证实了RUSLE模型具有较高的准确性和可靠性,该模型在库区地块尺度具有一定的推广价值。

三峡库区紫色土坡耕地草本地埂植物根系分布及抗拉力学特征

[目的]探究三峡库区紫色土坡耕地3种草本地埂植物根系分布及抗拉特征,为揭示地埂植物根系固结地埂提供理论依据和数据支持。[方法]以三峡库区自然恢复的蓑草、人工种植的韭菜和蚕豆这3种草本地埂植物根系为研究对象,对比分析其根系在不同地埂土壤深度的分布规律及根系抗拉特性。[结果](1)在0—40cm深度土壤中3种草本地埂植物根系直径变化表现出:蚕豆根系>韭菜根系>蓑草根系。3种草本地埂植物根系直径与地埂土壤的土层深度间服从指数函数关系。(2)在0—40cm地埂土层深度范围内,韭菜根系生物量与蓑草根系和蚕豆根系生物量之间存在显著性差异(p<0.05),韭菜和蚕豆地埂植物根系生物量随土层深度的增加而逐渐减小,蓑草地埂植物根系生物量随土层深度的增加先增加后减小。(3)3种草本地埂植物根系的单根平均抗拉力次序为蚕豆根系(10.53N)>蓑草根系(6.03N)>韭菜根系(4.51N),3种地埂植物根系单根抗拉力与根径呈幂函数关系(p<0.05)。3种地埂植物根系的抗拉强度表现为蓑草根系(45.91 MPa)>蚕豆根系(18.02MPa)>韭菜根系(12.20 MPa)。(4)3种草本地埂植物根系黏聚力变化顺序为:蓑草根系(0.013 1kPa)>蚕豆根系(0.009 4kPa)>韭菜根系(0.005 5kPa)且3种地埂植物根系黏聚力与土层深度呈指数函数关系(p<0.01)。[结论]自然恢复的蓑草地埂在三峡库区较其他两种人工种植的地埂植物有更好的固结地埂效果,从而有效控制坡面土壤侵蚀和水土流失。草本植物固结地埂可为三峡库区坡耕地治理提供新思路。

天然食品防腐剂对酱油防腐效果研究

研究采用纳他霉素、乳酸链球菌素、茶多酚这三种天然防腐剂复配用于酱油的防腐保鲜。试验以酱油菌落总数变化为指标,通过单因素分析和正交试验,研究了纳他霉素、乳酸链球菌素、茶多酚在传统酿造酱油中的防腐应用情况,确定了适宜的复合配方。通过对试验的相关数据分析,结果表明:在酱油中单添加其中任何一种防腐剂,只能起到部分抑制酱油中微生物的增殖作用,不能达到对酱油的保鲜效果。三者按合适的比例进行复配,利用它们的抑菌互补特性,在保质期1年内可以有效抑制酱油中微生物的增殖,样品达到我国现行酿造酱油的卫生标准。复合配方的最佳方案有两个,其一是乳酸链球菌素0.2g/kg,纳他霉素0.02g/kg,茶多酚0.1g/kg;其二是乳酸链球菌素0.1g/kg,纳他霉素0.02g/kg,茶多酚0.2g/kg。