黄土高原小流域植被变化和侵蚀产沙的孢粉示踪研究初探

如同137Cs和210Pbex核尘埃,土壤和坝库沉积物中的孢粉也源于大气沉降,是否能用于侵蚀产沙的示踪研究?在陕北吴旗周湾水库采集了一些表层土壤和现代淤地坝、古代聚湫坝沉积泥沙的样品,尝试土地利用/覆被变化和侵蚀产沙的孢粉示踪研究。初步研究表明:草地表土孢粉丰富,平均浓度为26077粒/g;有33个科属的花粉,孢粉组合反映了当地以蒿属为主的半干旱温带草原植被;坡耕地表土的孢粉组合和草地一致,但孢粉平均浓度远低于草地,仅5844粒/g。坝库沉积剖面中,和137Cs核素一样,孢粉也富集于每一洪水沉积旋迴的上部层位,可用于沉积旋迴的区分。现代沉积旋迴的孢粉平均浓度,远低于草地和坡耕地表土,这表明草地和坡耕地土壤不是沉积泥沙的主要来源。古代沉积物的孢粉平均浓度高于现代沉积,表明流域内300年前的植被好于现代,或300年前沟谷地的相对产沙量低于现代。古代孢粉组合中十字花科花粉比例高达36·85%,明显高于现代的0·58%含量,这表明草地退化严重,十字花科植物比例急剧降低。孢粉示踪技术在植被环境恢复,沉积旋迴区分,和泥沙来源确定等方面具有一定的潜力,但应建立针对土地利用/覆被变化和侵蚀产沙研究的孢粉示踪技术方法。

大型水库对长江上游主要干支流河流输沙量的影响

本文阐明了大型水库的拦沙和滞洪削减洪峰,降低挟沙能力的减沙机制,给出了大型水库下游河流输沙量时空变化的坝下河段无泥沙补给、少量泥沙补给和有大量泥沙补给三种模式。在此基础上,通过水库修建前后下游河流水沙变化的对比分析,认为大型电站水库的修建是20世纪80年代以来乌江、90年代以来金沙江、嘉陵江输沙减少和70年代以来岷江输沙波动的重要驱动力。宜昌站1992-2002年期间的输沙量比1956-1992年期间减少28.2%,主要归功于嘉陵江来沙减少和1998年以后的金沙江来沙减少;2003-2007年期间的输沙量又比1992-2002年期间减少82.2%,主要归功于三峡水库的蓄水拦沙。

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。

基于湖库沉积剖面^(137)Cs变化的流域表层侵蚀速率计算模型

根据湖库沉积剖面中1970年以后的137Cs浓度递减速率,推导出农耕和非农耕流域平均表 层侵蚀速率的理论模型.选择了国内外的一些湖泊和水库,利用实测数据和已有的研究资料对模 型计算结果进行了验证.证明了该计算模型的在小流域尺度上有较高的精确度,为流域侵蚀产沙估 算,特别是对无常规观测数据地区水土流失的评价提供了便捷的替代性技术方法和途径.

川中丘陵区小流域泥沙来源的^(137)Cs和^(210)Pb双同位素法研究

在2002年开展的川中丘陵区武家沟小流域泥沙来源的调查中, 137Cs和210Pb双同位素示踪法得到了应用, 流域内陡坡林地、缓坡农台地和裸坡地表层土壤的137Cs和210Pb平均含量分别为(7.15±0.40)和(162.01±3.86) Bq·kg-1; (4.01±0.31)和(70.96±2.65) Bq·kg-1; 0和(15.12±1.22) Bq·kg-1. 近期水库淤积泥沙的137Cs和210Pb含量分别为(3.06±0.23)和(72.66±1.61) Bq·kg-1. 运用混合模型求得林地、农地和裸坡地(含沟岸)的相对来沙量分别为18%, 46%和36%. 农台地和裸坡地(含沟岸)是流域内最重要和次重要的泥沙来源. 根据1956年以来水库的泥沙淤积量, 流域输沙模数为642 t·(km2·a)-1, 占流域面积约2/3的林地和1/3的农地的侵蚀模数分别为173和886 t·(km2·a)-1.

^210Pbex在土壤中的深度分布和通过^210Pbex法求算土壤侵蚀速率模型

中国和英国的3个土壤剖面给出了非农耕地和农耕地土壤中。210Pbex和137Cs的深度分布,这两种核素的深度分布非常相似,非农耕地核素的最大浓度出现在土壤表层,向下浓度呈指数急剧降低;农耕地核素基本均匀分布于犁耕层深度内.中国黄土高原的210Pbex本底值为573 mBq/cm2,略高于英国的520 mBq/cm2.20世纪50～70年代核试验产生的137Cs在土壤中呈非稳定态分布,而土壤中的天然核素210Pb在土壤环境和侵蚀过程长期不变的情况下,呈稳定态分布.因此,土壤中210Pbex的质量平衡不同于137Cs.根据210Pbex连续沉降、衰变和流失的过程,推导出非农耕地和农耕地土壤中210Pbex稳定态分布的质量平衡模型,用以计算土壤侵蚀速率.此外,还给出了通过无侵蚀草地土壤中210Pbex的深度分布,求算农耕地210Pbex表层富集系数的方法.

黄土丘陵区小流域侵蚀产沙对坡耕地退耕响应的^137Cs法

通过赵家沟小流域1993年前后坝库泥沙淤积量和^(137)Cs含量的对比,分析了黄土丘陵区梁峁坡地退耕后流域输沙模数和沟谷地、沟间地相对产沙量的变化。梁峁坡耕地大面积退耕后,短期内流域产沙量不但没有减少,反而有所增加;沟间地输沙模数和相对产沙量迅速减少,沟谷地输沙模数和相对产沙量增加。1994～1996年3年的输沙模数为29650t·(km^2·a)^(-1),是该流域多年平均输沙模数13413t·(km^2·a)^(-1)的2.2倍。沟间地输沙模数不断下降,从1994年的14335 t·(km^2·a)^(-1)下降到1995年的7034 t·(km^2·a)^(-1)和1996年的3517 t·(km^2·a)^(-1),沟谷地平均输沙模数变化于44944和62136t·(km^2·a)^(-1)之间,远高于1993年前的21118 t·(km^2·a)^(-1)。沟间地相对来沙量从1994年的23％减少到1995年的15％及1996年的6%,而沟谷地相对来沙量从1994年的77％增加到1995年的85％及1996年的94％。退耕后耕作上逐渐密实,抗蚀性增强,侵蚀减弱,但土壤密实后入渗率降低,梁峁坡地产流量增加,梁峁坡地流入沟谷的径流量加大,加剧了沟谷地的冲沟侵蚀和重力侵蚀,沟谷地的侵蚀量和相对产沙量增大,从而导致流域产沙量增加。