三江源区东西样带土壤侵蚀的^137Cs和^210Pbex示踪研究

运用137Cs和210Pbex联合示踪技术,考察青藏高原三江源区东西样带137Cs和210Pbex面积浓度的背景值和变化特征,以及东西样带土壤侵蚀速率、分布特征和主要影响因素.结果表明:①青藏高原三江源区东西样带137Cs和210Pbex面积浓度背景值分别为453~1 714和2 612~7 377 Bq/m2,137Cs和210Pbex背景值从西向东样带随海拔高度的变化差异明显.137Cs(x)和210Pbex(y)面积浓度的背景值区域分布呈显著线性相关,相关性关系式为y=3.587 2x+1 463.4,R2=0.951 7.②长江源区沱沱河137Cs的示踪结果表明,以沱沱河为中心的长江源区是典型的风蚀区,年侵蚀速率2.5 t/(hm2.a),该区是青藏高原重要的沙尘暴源区之一.③黄河源区玛多典型坡面137Cs和210Pbex的示踪结果表明,近40年来,玛多畜牧业为主的人类活动造成的土壤扰动比自然因素的影响大.④玛沁东倾沟乡和军牧场的比较研究结果表明,玛沁东倾沟乡高山草甸的水土保持效果较好,而玛沁军牧场的畜牧业活动造成了地表土壤的强烈扰动.⑤玛沁军功镇典型水蚀地貌土壤剖面137Cs和210Pbex的结果表明,20世纪50—60年代,该区的极端暴雨事件导致了严重的水土流失,土壤剖面中出现137Cs和210Pbex的空白区.植被破坏导致玛沁军功镇出现了严重水蚀,净侵蚀速率为8.0 t/(hm2.a).⑥近40年来,随着人类活动的加剧和全球气候变暖,导致青藏高原三江源区出现了沙尘暴的传输源地.

云南楚雄九龙甸水库沉积剖面^137Cs、^210Pbex和细粒泥沙含量的变化及其解译

除深度231~137cm的1963年137Cs蓄积峰外(4.26±0.35 Bq.kg-1),九龙甸水库长393cm的沉积剖面还有二个高137Cs或210Pbex含量的异常峰。上异常峰的137Cs和210Pbex含量分别为10.90±0.49 Bq.kg-1和59.20±3.4 Bq.kg-1;下异常峰仅210Pbex含量高43.40±6.4 Bq.kg-1。上、下异常峰分别和1998年春的森林火灾和1960年春的烧荒种地有关。下异常峰未有137Cs检出,可能和当时137Cs累积沉降量还较低有关。1958-1960年大跃进期间的森林砍伐和其后的植被恢复,对流域侵蚀产沙和水库淤积有重要的影响。由于1958-1959年森林砍伐引起了强烈的土壤侵蚀,水库淤积严重,同期的淤沙速率和相应的淤沙模数分别高达83.86×104t.a-1和3255.4 t.km2.a-1。随着森林砍伐的停止和植被的恢复,流域内土壤侵蚀逐渐减缓。1960-1962年期间,水库淤沙速率和相应的淤沙模数分别降至40.88×104t.a-1和1587.0 t.km2.a-1;1963年后,更分别降至6.19~7.73×104t.a-1和240.2~291.5 t.km2.a-1。沉积泥沙粒度的变化对流域植被的破坏和恢复有较好的响应。大跃进期间森林砍伐引起的强烈侵蚀产沙,导致剖面下部泥沙粒度较粗;随着植被逐渐恢复,侵蚀减弱,剖面上部泥沙粒度变细。

宁镇地区^(137)Cs与^(210)Pb_(ex)坡面分布特征的地统计学分析

为更加深入地揭示核素示踪土壤侵蚀的内在机理,在Arcgis Geostatistics模块的支持下,运用地统计学方法研究了宁镇地区137Cs与210Pbex的空间异质性及其坡面分布特征。研究结果表明:(1)核素所特有的理化性质决定了137Cs与210Pbex的空间异质性及其坡面分布格局的与众不同。137Cs与210Pbex较大的块金值说明了土壤侵蚀及耕作活动等随机性因素对其空间分布的决定性影响,这正是它们能够示踪土壤侵蚀的原因所在。(2)137Cs属中等程度的空间自相关,其坡面分布格局能够较好地反映出地形这一结构性因素在其中所施加的影响,示踪土壤侵蚀的结果也应更为全面、合理,并具有宏观性。210Pbex的空间相关性很弱,说明其对随机性因素的影响有着更为敏感的响应,在揭示坡面侵蚀的细部特征方面应能做得更好。(3)137Cs与210Pbex坡面分布格局存在较大的差异,这一方面说明两者在初始沉降布局、部分理化性质,以及对各种变异影响因素的响应等诸多方面还存在着不小的差异;另一方面也在提示,两者示踪土壤侵蚀进程的结果很难通过数学模型的调整而达成一致。

基于^(137)Cs和^(210)Pbex方法的高寒草甸坡面土壤侵蚀示踪

高寒草甸是青藏高原主要的草地类型之一。为了解高寒草甸坡面土壤侵蚀特征,以兴海盆地高寒草甸坡面为研究区,分析了高寒草甸坡面上^(137)Cs和^(210)Pbex的分布特征;利用^(137)Cs和^(210)Pbex示踪方法,通过转换模型估算了高寒草甸坡面土壤侵蚀速率,并对两种方法估算的结果进行了对比。结果表明:(1)选取的高寒草甸背景土壤剖面上^(137)Cs质量活度最大值分布在2~4 cm层位,^(210)Pbex质量活度最大值出现在最表层。(2)研究区坡面^(137)Cs和^(210)Pbex质量活度和通量在不同的坡位有明显的差异。(3)根据^(210)Pbex估算的土壤侵蚀速率高于基于^(137)Cs估算的土壤侵蚀速率,表明研究区近几十年土壤侵蚀可能呈增加趋势。(4)根据^(137)Cs和^(210)Pbex估算的土壤侵蚀速率具有极显著的正相关关系(r=0.94,P<0.01),表明^(210)Pbex结合或替代^(137)Cs方法示踪高寒草甸区土壤侵蚀的潜力。

岩溶区小流域山坪塘沉积泥沙^(137)Cs活度比及其粒径剖面特征分析

为了探讨山坪塘沉积泥沙来源信息,以岩溶区小流域小坪山坪塘为研究对象,采用核素^(137)Cs和土壤粒径特征值等方法,对岩溶区小流域山坪塘沉积泥沙来源及其土地利用的关系进行系统研究。结果显示:(1)山坪塘沉积泥沙的^(137)Cs比活度在垂直剖面上存在一个区间50 cm深度层次未被检出,但山坪塘沉积泥沙^(137)Cs比活度范围为0~3.59 Bq·kg^(-1),平均值为1 Bq·kg^(-1);(2)山坪塘沉积泥沙^(137)Cs比活度比坡耕地、草地和林地土壤表层小1.7、1.83、0.92 Bq·kg^(-1),且坡耕地和林地土壤表层的^(137)Cs比活度分布差异较大;(3)山坪塘旋回沉积泥沙与其控制流域内土地利用类型表层土壤的粒径组分含量主要以粘粒、中粉粒和粉粒为主,且粒径组分含量之间比例基本保持一致。但山坪塘沉积泥沙仅有组分极细砂粒含量与坡耕地表层土壤组分含量密切,其他组分含量与草地密切;(4)山坪塘沉积泥沙粒径特征参数(中值粒径、众数粒径、体积加权平均粒径和分形维数D)在垂直剖面上变化基本保持一致,而有效粒径变化较为复杂。可得结论,山坪塘沉积泥沙来源主要为其流域内的坡耕地和草地表层土壤,为区域岩溶小流域山坪塘沉积泥沙反演和水土保持研究提供依据。

太湖THS孔现代沉积物^(137)Cs和^(210)Pb的分布及计年

太湖THS沉积物柱状岩心中存在3个明显的137Cs蓄积峰,高含水率和有机质含量是前苏联切尔诺贝利核电站核泄漏对应的137Cs蓄积峰向表层迁移的一个可能的原因。利用137Cs核素1963年和1975年对应的蓄积峰计算出沉积速率为0.34 cm/a。利用137Cs核素1963年对应的蓄积峰进行校正,采用210Pb计年的CRS模式获得不同时段的沉积速率,发现在80年代末沉积物堆积通量最高,达到0.6 g/(cm2.a)。两种计年方法的结合有助于认识沉积速率的变化情况。

渤海湾老狼坨子海岸带^(14)C、^(137)Cs、^(210)Pb测年与现代沉积速率的加速趋势

通过对渤海湾西岸L剖面中同一关键层的碳酸钙和原生腹足类壳体的14C测年对比研究,确定了晚全新世约2800calBP的层位及沉积速率0.045cm/a;8个样柱的137Cs和210Pbexc强度、蓄积量揭示了距今约120年来堤后盐沼的平均沉积速率约为0.35cm/a,而面向开放海湾的潮坪上部则达到约2～3cm/a。研究区近1个世纪以来沉积速率的加速趋势,是渤海湾西岸泥质海岸带的特征之一。

东平湖沉积物^(210)Pb、^(137)Cs垂直分布及年代学意义

对东平湖沉积物柱状岩芯放射性年代学研究表明:12cm处的 ^(137)Cs比活度峰值对应于1963年人工核试验高峰,9cm和6cm处的 ^(137)Cs比活度蓄积峰可能分别与1974年的全球核素散落和1986年前苏联切尔诺贝利核电站核泄漏有关;^(210)Pb比活度随深度呈指数衰减,利用 ^(137)Cs核素1963年对应的蓄积峰进行校正,采用 ^(210)Pb计年的CRS模式建立了1889年以来东平湖现代沉积年代序列。根据 ^(210)Pb年代序列,计算了东平湖现代沉积速率,发现近百年来东平湖地区沉积速率有明显变化:1889～1945年,沉积速率较高,平均达0.297g/cm^2·a;1945～1963年,沉积速率整体处于下降趋势;1963～2000年,沉积速率比较稳定,平均约0.141 g/cm^2·a;约2000年以来,沉积速率有增高趋势。通过分析认为,1945年以前东平湖较高的沉积速率可能与东平湖作为黄河水的自然滞洪区有关;1950年代国家对东平湖的治理改造,控制了黄河水的自然倒灌,导致了东平湖沉积速率的迅速下降;1963年以后,由于黄河上中游大型水利工程设施的修建,抑制了东平湖调洪功能的发挥,导致东平湖沉积速率低而稳定;近年来,东平湖沉积速率有增大趋势,这可能与湖区人民发展围网养殖带入较多的沉积物有关。

东北四海龙湾玛珥湖沉积物纹层计年与^(137)Cs、^(210)Pb测年

对东北四海龙湾玛珥湖SHL F6孔纹层沉积物的137Cs放射性测量表明:137Cs比活度的最大值出现在 5 5cm处,对应于 1963年世界原子弹试爆高峰期。纹层计年表明 0~6cm共有 35个纹层层偶。从 7 5cm到 6 5cm, 137Cs比活度从 2 56±0 09dpm/g急剧增加到 18 68±0 17dpm/g,可能 6 5cm对应于 1954年。通过测量 226Ra子核214Pb和214Bi(能量为 295keV, 352keV和 609keV)放射的光子数获得226Ra比活度数据,然后求得过剩210Pb比活度(210Pbuns)。210Pbuns比活度随深度增加而呈指数衰减,其异常波动可能与人类活动以及沉积速率变化有关,例如5 5cm处210Pb比活度较高,与137Cs的峰值对应,这可能与 1963年前后人工核实验的高峰有关,因为核试验不仅产生137Cs,而且可以产生208Pb和210Pb; 4 5cm处210Pb比活度较低,而226Ra较高,可能与人类活动加剧,导致沉积速率增加有关。根据210PbunsCRS模式, SHL F6孔 0~19cm的平均沉积速率为 20mg/cm2·a,或约为 0 11cm/a。210Pb测年数据与137Cs时标及纹层计年均有很好的一致性。四海龙湾玛珥湖发育的纹层为年纹层,可以建立高分辨率时间序列。

内蒙古乌梁素海^210Pb和^137Cs测年与现代沉积速率

对乌梁素海沉积物柱心样品进行210Pb、137Cs测年分析表明,柱心剖面上有明显的1963年蓄积峰,这个蓄积峰对乌梁素海的现代沉积有明显的时标意义。根据210Pb的CRS模式,可以计算出每个样品深度所对应的年代,在该沉积柱心中与137Cs时标吻合较好。乌梁素海的沉积速率并不稳定,变化比较大,表明乌梁素海近113 a来沉积环境不稳定。210Pb、137Cs两种计年方法的结合有助于认识沉积速率变化较大的沼泽的沉积状况,也有助于对核素计年方法的理解。

纹层计年与^(137)Cs、^(210)Pb法对比研究东北二龙湾玛珥湖现代沉积速率

通过对东北二龙湾玛珥湖顶部无扰动岩心显微研究,证明此岩心发育有良好的年纹层。据精确统计,0~5.5cm间为36个年纹层,纹层计年的误差为4%~7%,年纹层厚度为1.1~2mm不等,平均沉积速率为1.53mm/a,5.5cm处对应于1965年。而二龙湾沉积物(从6.5cm到5.5cm)岩心的137Cs比活度值急剧增加,从(4.67±0.29)dpm/g增加到(12.06±0.47)dpm/g,在5.5cm处有一个较为明显的蓄积峰值,这一峰值被确认对应为1963年全球137Cs散落的高峰期。另外据210Pbex比活度CIC模式,5.5cm处约为1962年,这和137Cs比活度曲线的1963年时标相一致。印证了纹层计年的精确性,完全可以建立高分辨率时间序列。

^(210)Pb和^(137)Cs法对比研究武汉东湖现代沉积速率

对采自东湖 站和 站的沉积物采用210Pb和137Cs相结合的方法测定沉积速率,210Pb法测出东湖 站和 站的沉积速率为8.73mm/a和6.90mm/a,137Cs测出东湖 站和 站的沉积速率为7.4mm/a和5.8mm/a.分析了两种方法测定结果差异产生的原因,并与以往的研究相对比,探讨东湖沉积速率空间分布的规律性,沉积速率变化与人类活动的关系、沉积速率与扰动的关系.

松花湖沉积物^137Cs和^210Pb分布及沉积速率

松花湖沉积物柱心中存在3个明显的137Cs蓄积峰,分别是37 cm处的1964年蓄积峰、27 cm处的1971年蓄积峰和23 cm处的1975年蓄积峰。利用137Cs核素1964年和1975年对应蓄积峰计算的沉积速率分别为0.86 cm/a和0.71 cm/a。采用210Pb计年的常量初始浓度模式(CIC)计算的平均沉积速率为0.71 cm/a,两者估算的沉积速率吻合。松花湖1964—1975年间的沉积速率明显高于1975—2006年间的沉积速率。137Cs和210Pb计年方法的结合有助于提高沉积速率估算的准确性。

苏干湖沉积物纹层计年和^(210)Pb，^(137)Cs测年对比

通过对西北干旱区苏干湖表层沉积物的年纹层计数定年和^(210)Pb,^(137)Cs测年结果对比发现:^(137)Cs测年结果在8.5 cm出现最高蓄积峰,对应1963年世界核爆高峰期,但在同一层位^(210)Pb测年结果则是1972年,存在较大的偏差.年纹层沉积速率达0.31 cm/a,而根据CRS模式建立的^(210)Pb沉积速率为0.30 cm/a.年纹层反映的沉积速率和^(210)Pb测年结果基本一致,互相验证了两者测年的可靠性.^(137)Cs测年则存在蓄积峰向上迁移的现象,在西北干旱区湖泊使用^(137)Cs测年过程中需引起注意.

独流减河盐沼^(210)Pb_(exc)和^(137)Cs剖面记录的现代洪水事件沉积

在独流减河入海口附近河道之间的盐沼采用人工探坑侧壁连续取样,获得2个站位的沉积物样品。通过^(210)Pb和^(137)Cs定年法建立年代框架,结合粒度分析、有孔虫鉴定和水文数据,探讨了该区的现代洪水事件沉积。结果表明,该区沉积物的^(210)Pb_(exc)比活度-深度剖面中存在2处明显的低值沉积层,分别在3~6cm和10~14cm深度,这2个沉积层分别对应^(137) Cs曲线的次峰和主峰。这两层与上下相邻层位相比呈现粒径较粗、分选较差,有孔虫丰度较低、破损百分比较高的特征。^(210) Pb测年结果显示,^(137)Cs曲线下部的主峰对应的年龄为1963年,与全球性的最大峰值形成时间相对应,而上部的次峰对应的并非1986年切尔诺贝利核泄漏事故形成的次峰。区内水文数据显示,在1963和1996年分别发生了2次较大的洪水事件。因此,推断S4和S5站位剖面中2个特殊的沉积层是由洪水事件造成的。本研究说明高分辨率沉积特征的多指标研究可以较为准确地揭示洪水等灾害性事件发生的年代和频率,这有利于系统地揭露海陆过渡带地区地质历史时期灾害和气候事件的频率和强度,为灾害预防和未来规划提供科学依据。

放射性核素^(210)Pb_(uns)、^(137)Cs测定巴丹吉林沙漠湖泊岩心的年代及沉积速率

巴丹吉林沙漠发育了世界上独一无二的沙漠丘间湖泊群,100多个永久性的丘间湖泊分布于沙漠的东南部。沙漠湖泊岩心是干旱地区重要的气候、环境档案,然而受沙漠湖泊发育极端环境的影响,岩心测年面临很大挑战。本文选择巴丹吉林的沙漠南缘的阿尔吉林和敦德吉林丘间湖泊进行钻探,获取无扰动岩心,利用核素(^(210)Pb_(uns)、^(137)Cs)进行测年,并计算其沉积速率。结果表明:1核素(^(210)Pb_(uns)和^(137)Cs)测年能够获取巴丹吉林沙漠现代丘间湖泊岩心的可靠年代。2巴丹吉林沙漠丘间湖泊岩心Ar-1的CRS模式测年结果为102±8a,沉积速率分布范围为0.13~0.33cm/a,岩心Dd-1的CRS模式测年结果为123±2a,沉积速率分布范围为0.18~0.70cm/a。3沙漠岩心沉积速率的空间分布具有自沙漠腹地向边缘递增的趋势,^(210)Pb_(uns)-CRS平均沉积速率分布范围为0.16~0.57cm/a,^(137)Cs沉积速率分布范围为0.05~0.6cm/a。未来,对于沉积速率空间变化的可能影响因素,如高大沙山的围限、阻挡效应、^(137)Cs的分子扩散效应以及古地震影响等应予以关注。

农耕地土壤^(137)Cs与^(210)Pb_(ex)深度分布过程对比研究

探讨了137Cs与210Pbex在农耕地土壤深度分布过程的差异。基于137Cs与210Pbex的不同沉降过程,考虑到核素由犁耕层向犁底层的扩散,对农耕地土壤137Cs、210Pbex的深度分布过程进行了理论推导,并以杨凌符家庄麦田剖面的实测数据予以验证,同时讨论了实测符家庄麦田剖面137Cs、210Pbex深度分布的规律特征及其原因,以此阐明了137Cs与210Pbex在农耕地土壤深度分布过程的差异。137Cs源于大气核试爆,没有持续沉降补充,犁耕层和犁底层土壤137Cs深度分布一直处于随时间变化的非稳定态;而210Pbex是天然核素,存在大气沉降的持续补充,犁耕层和犁底层土壤210Pbex深度分布最终呈稳定态。农耕地土壤137Cs、210Pbex深度分布的实测值曲线与理论值曲线的差异,尤其210Pbex,可能与耕作深度的变化历史或土地利用(覆被)变化有关。

贵州省西南部麦岗水库沉积物的^(137)Cs和^(210)Pb测年与沉积速率研究

对贵州省西南部麦岗水库沉积物柱芯MG4-2,采用210Pb和137Cs法进行了测年与现代沉积速率研究。结果表明,该柱芯中存在这3个明显的137Cs蓄积峰,对应1964,1975,1986年3个计年时标。运用210Pb的恒定补给速率(CRS)模式计算得到的年代,总体上与137Cs法的结果吻合较好,但存在一定的偏差,特别是与1964年的计年时标的偏差较大,这可能是因为沉积物柱芯受到了一些人为扰动所致。两种核素测定的平均沉积速率在数值上有一定的偏差,但都反映了麦岗水库沉积物近几十年以来经历了从慢到快再到慢的沉积过程,初步推测,沉积速率的这种变化与人类活动有一定的关系。两种计年方法结合,相互印证,使计年和沉积速率的研究更为准确。

渤海地区^(210)Pb、^(137)Cs同位素测年的研究现状

近百年来环渤海地区的沉积作用是影响该区近现代地质环境变化的重要因素。本文收集了该区迄今公开发表的用于确定现代沉积速率的84组210Pb、137Cs柱状剖面(包括210Pb样柱52组,210Pb、137Cs样柱32组),其中海区39组,潮间带及沿海低地地区45组。环渤海地区的210Pb放射性活度的深度分布曲线主要表现为3种形式:理想指数衰变型、近等幅摆动型和海洋特殊动力事件影响型。根据由陆向海方向沉积速率的变化,可初步划分为沿岸低沉积速率带、开放潮坪高沉积速率带及海区低沉积速率区;区域性差异则表现为渤海湾开放潮坪区上部由北(蓟运河口)向南(老狼坨子)沉积速率表现为高—低—高,辽东湾从其西侧的锦州湾向东至辽河河口的开放潮坪地区,沉积速率递减,黄河三角洲地区及其附近海域属于间歇式快速沉积区,莱州湾西部为高速沉积区。