塘库沉积的137Cs法断代测定三峡库区小流域产沙量

本文以三峡库区重庆忠县黄冲子小流域和工农沟小流域为研究区域,依据塘库修建时间(1955年)、退耕还林工程启动时间(2000年)和~(137)Cs示踪技术,确定了小流域不同时期产沙量及产沙模数,并分析比较了不同小流域的塘库沉积物~(137)Cs含量和产沙模数。研究结果表明,黄冲子小流域和工农沟小流域1955~1963年、1963~2000年、2001~2014年的产沙模数均呈下降趋势,库区小流域生态环境得到明显改善;黄冲子小流域不同时期产沙模数均大于工农沟小流域,工农沟塘库沉积物1963年~(137)Cs峰值和表层泥沙~(137)Cs浓度均小于黄冲子塘库,主要与小流域的土地利用类型以及侵蚀方式有关。在以后的研究中,应该加强库区小流域沟道侵蚀产沙量的定量估算,为长江经济带生态环境建设提供参考依据。     

喀斯特峰丛洼地泥沙堆积的137Cs示踪研究——以丫吉试验场为例

西南喀斯特地区是我国生态环境最脆弱的地区之一,土壤侵蚀及其造成的石漠化已成为制约该区可持续发展最严重的生态环境问题。但是该区的侵蚀泥沙研究基础薄弱,利用核素示踪法研究侵蚀泥沙的报道较少。本文以桂林丫吉试验场的峰丛洼地小流域为研究对象,运用137Cs示踪技术定量研究了洼地泥沙堆积速率,确定了该洼地小流域1963年以来的泥沙堆积速率。初步研究结果表明,1963~2008年的45年间,丫吉1号洼地的泥沙堆积速率和堆积模数分别为0.104cm·a-1和13.68 t·km-2·a-1。讨论了研究小流域泥沙堆积与地面土壤流失的关系,认为研究区域近几十年以来的地面水土流失相当轻微,地面土壤流失速率仅为10余t·km-2·a-1。     

典型喀斯特坡地137Cs的分布与相关影响因子研究

通过野外考察和大量的137Cs取样分析,对喀斯特坡地土壤137Cs分布及相关影响因子进行了初步研究.结果表明,喀斯特区域137Cs剖面分布特征与非喀斯特区域相似,林地土壤剖面137Cs呈现指数分布模式,耕地剖面的137Cs呈均匀分布模式;喀斯特区域落水洞洞口45 cm以上土层中的137Cs比活度变幅为1.7~3.3 Bq/kg,137Cs分布较深,表明洞口现存土壤多由侵蚀物质堆积形成;2个石缝中的土壤样品137Cs比活度分别为16.8 Bq/kg和37.6 Bq/kg,远远高于临近土体,表明裸岩是影响喀斯特区域137Cs地表空间运移的一个重要因素;随坡面海拔升高,137Cs的面积活度表现出波动振荡趋势,空间异质性明显,林地和农耕地坡面137Cs面积活度变幅分别为299.4~1 592.6 Bq/m2和115.8~1 478.6 Bq/m2;林地坡面137Cs面积活度与坡度和海拔高度呈极显著正相关,农耕地坡面137Cs面积活度和坡度呈不明显的负相关,与海拔高度呈显著负相关.地形地貌和人为干扰强度是影响坡面137Cs空间分布规律的主要因素.     

黔中高原岩溶丘陵坡地土壤中的~(137)Cs分布

黔中岩溶坡地土壤中137Cs的深度分布坡顶和坡底具有相同的趋势,次表层土壤中137Cs的比活度最大;坡中土壤中137Cs的含量先增加后陡然减少。岩溶坡地土壤中137Cs的比活度介于9.1 Bq/kg~56.9 Bq/kg之间,变化趋势顺坡降低,与土层厚度变化趋势相反;平均比活度为26.1 Bq/kg,远远大于本底值。岩溶坡地土壤中137Cs的面积活度介于144.7 Bq/m2~440.2 Bq/m2之间,顺坡变化趋势不明显;与本底值比较,流失比较大;可能的原因一是黔中岩溶坡地早期石漠化较严重,基岩无法吸附137Cs,导致核爆期间沉降的137Cs随水流失;二是岩溶坡地土壤中的137Cs随土壤颗粒发生了地下漏失。基于以上调查和目前的计算模型,认为用于调查均质土壤地区土壤侵蚀的137Cs法暂时不适合直接用于基岩型岩溶坡地土壤侵蚀速率的调查。     

农耕驱动西南喀斯特地区坡地石质化的机制

论文介绍了西南喀斯特地区坡地岩土组构与产流产沙的特点,系统阐明了农耕促进土壤地表、地下流失和生物流失,间接驱动坡地石质化的机制,和犁耕运移土壤,直接驱动坡地石质化的机制。分析了石质坡地和土质坡地的农耕驱动土地石质化的主要方式,并给出了相应的防治对策。坡腰土石质土地是西南喀斯特丘陵坡地加速石质化发生的主要地段,要痛下决心,彻底改变坡腰土石质土地的农业利用方式,尽可能退耕还林、还灌、还草,尽量避免犁耕运移土壤和扰动土壤。     

贵州茂兰峰丛森林洼地泥沙堆积速率的~(137)Cs示踪研究

选择黔南峰丛洼地区的茂兰自然保护区的坡格森林洼地典型小流域,进行了泥沙堆积的137Cs示踪研究。(1)坡格森林洼地底部的土壤剖面属于农耕地剖面。(2)受岩土分布、微地形和土壤异质性的影响,137Cs初始沉降后的再分布不均匀,137Cs面积活度变异系数为1.54。相同组成特征的地块内部样点137Cs面积活度变异系数变化为0.36～0.54,变异相对较小。但137Cs面积活度不能表征土壤侵蚀状况。(3)典型沉积剖面B-1的单一137Cs峰值浓度出现在14～16cm,高浓度137Cs均匀分布深度小于当地犁耕层厚度20cm,说明1963年以来坡格森林洼地的堆积速率接近于0。     

普定冲头峰丛洼地泥沙沉积速率的~(137)Cs法测定

侵蚀速率是中国西南喀斯特山地水土流失和石漠化研究的热点和难点,本文采用137Cs断代法测定了贵州普定县马官镇冲头峰丛洼地的沉积速率,据此推算了冲头小流域上世纪60年代以来的侵蚀速率。采用137Cs分布深度判别法和质量平衡理论模型两种方法计算了洼地沉积物的沉积速率,求得冲头洼地平均土壤沉积速率分别为6.39 t/a和9.53 t/a,取后者代表洼地的平均沉积速率,不计引水带入水库的泥沙和落水洞带出的泥沙,据此推断1963年以来的平均产沙模数为20.27t/km2.a,与当地径流场的实际监测结果基本吻合。     

黄土高原清水河流域土地利用/覆盖和降雨变化对侵蚀产沙的影响

近50 a来,在气候变化和生态恢复与治理工程实施的背景下,黄土高原的侵蚀产沙特征发生了明显的变化。以黄土高原典型中尺度流域清水河流域(面积436 km2)为研究对象,利用1959、1986、2007年的土地利用解译结果和1960—2005年该流域实测输沙和降水资料,采用非参数Mann-Kendall趋势分析法和滑动t检验法研究了该流域年输沙量、降雨量的变化趋势和突变点,并与通用土壤流失方程相结合分析了该流域土地利用和降雨变化对输沙量变化的贡献率。结果表明:该流域年输沙量47 a间有显著的下降趋势,突变点位于1980年;降雨量没有明显的趋势性变化,极端降雨指数下降。降雨因素对输沙量减少的贡献率为9.89%,土地利用的贡献率为90.11%,土地利用变化中工程措施淤地坝的贡献率为5.56%,植被变化的贡献率为84.55%。该流域47 a间乔木林地面积增加了944.27%,灌木林地增加了19.33%,表明清水河流域林地面积增加是导致输沙量减少的主要原因。     

天目湖流域沟塘湿地脱氮速率的时空差异

湿地是陆地生态系统重要的脱氮热点,其对削减流域面源氮负荷具有重要意义. 为探究水库流域沟渠、池塘等湿地的脱氮速率及其影响因素,分别于2021年春季(3月)与夏季(6月)采集了天目湖沙河水库流域内典型土地利用类型下沟塘湿地的原状泥-水柱,利用同位素示踪技术进行室内流动培养,测定了不同沟塘湿地的反硝化速率和厌氧氨氧化速率. 结果表明:①各沟塘湿地沉积物均具有较高的脱氮速率,春季脱氮速率范围为10.59~107.65 μmol/(m2·h),平均值为70.73 μmol/(m2·h),夏季脱氮速率范围为32.07~150.10 μmol/(m2·h),平均值为112.36 μmol/(m2·h),春季果园排水沟渠的脱氮速率最高,夏季茶园退水池塘的脱氮速率最高. ②春季和夏季不同沟塘湿地厌氧氨氧化作用对脱氮的贡献率(简称“厌氧氨氧化贡献率”)平均值分别为45.45%、36.26%,其中生活污水排放池塘和茶园退水池塘的厌氧氨氧化贡献率在夏季分别下降26.82%、14.98%,春季和夏季果园排水沟渠和入湖口河流湿地的厌氧氨氧化贡献率变化不大,平均值分别为21.17%、48.99%. ③统计分析表明,水体溶解性无机氮(DIN)浓度和沉积物有机碳含量与沉积物脱氮速率均呈显著相关,且高温与低溶解氧浓度条件下也有利于脱氮作用的进行. 研究显示,水库流域沟塘湿地具有较好的脱氮能力,通过有效调控管理能够大大增加流域氮的截留能力,对水库水质保障具有重要作用.      

风蚀对窟野河流域产沙贡献的时间尺度特征

风蚀在黄土高原风水蚀复合区的侵蚀产沙中扮演着重要的角色。利用窟野河流域神木水文站水沙资料及有关气象资料,分析了风蚀对窟野河神木水文站以上流域产沙贡献的时间尺度特征。结果表明,风力的侵蚀搬运对窟野河流域产沙起着重要的作用。月时间尺度上,风沙入河量存在"存储-释放"的过程;风蚀产沙贡献在3月和11-12月出现高峰值,4-9月风蚀贡献率逐渐降低;冬春季节淤积的泥沙,在夏季逐渐被冲走,到了9月,把淤积的泥沙最大限度冲走而开始新的淤积过程;月时间尺度上风蚀贡献率与风蚀气候因子分布趋势一致;7、8两月的风沙贡献量占年风蚀贡献总量的80.5%,风沙贡献量的峰值出现在7月,约7.75×10⁶ t。季尺度上,夏季风蚀贡献率最低,仅7.8%。秋、冬季逐渐升高,春季达到最高,风蚀贡献率为28.6%。年尺度上,风力作用对神木水文站以上流域的产沙贡献为17.2%,风蚀贡献量为12.7×10⁶ t/a。     

基于磁化率和210Pbex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χ_(lf)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χ_(lf)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χ_(lf)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χ_(lf)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。     

赤水河流域不同土地利用类型土壤侵蚀的137Cs法研究

本研究采用137Cs法对赤水河流域不同土地利用类型土壤侵蚀强度展开调查研究,以期为赤水河流域生态环境保护和实现流域的可持续发展提供基础数据。通过对赤水河中上游地区4种土地利用类型土壤剖面中137Cs含量的测定和分析,结果表明:坡耕地以侵蚀为主,平均坡度在11°~19°之间时,侵蚀模数介于3630~6776 t/(km2·a),其中,习水和叙永研究区坡耕地平均坡度均大于15°,土壤侵蚀强烈,侵蚀模数在6050~6776 t/(km2·a)之间;草地平均侵蚀模数为4235 t/(km2·a);(2)林地有微弱堆积,堆积模数为1331 t/(km2·a);水稻田堆积模数为3872 t/(km2·a)。可见,当平均坡度大于15°时,坡耕地土侵蚀强度较大,因地制宜的采取相应的水保措施是有效遏制水土流失的关键。     

黄土丘陵区小流域土地覆被变化对径流产沙量的影响

为探讨黄土丘陵区小流域土地覆被变化特征及其对流域径流产沙量的影响,以黄土丘陵区吕二沟、罗玉沟及其嵌套流域(桥子沟)等3个小流域为研究对象,运用数理统计学、配对流域等方法定量分析了3个小流域不同研究时段内土地覆被变化对径流产沙量的影响.结果表明,1982~2004年间,林地面积以1.07%/a的速率快速递增是吕二沟流域土地覆被变化的最明显特征,而罗玉沟流域在国家坡改梯工程影响下,坡耕地面积大幅减少,1986~1995年间约73%坡耕地转化为梯田;结合配对流域法可知,土地覆被变化是导致流域径流和产沙减少的主要原因,在相同降雨条件下,径流深、泥沙量分别减少43.76%和35.23%.流域年径流模数与年降水量和流域森林覆被率均呈指数关系,流域森林覆被率增加5%,径流模数可减少18.43%~37.58%.     

桐梓河流域输沙量变化及其对气候和人类活动的响应

基于桐梓河流域二郎坝水文站1975-2015年长时间序列降水、蒸散量及输沙量数据,通过累积距平法、Morlet小波分析和Hurst指数等数理统计方法;定量分析了流域40年以来输沙量的演变过程以及未来变化趋势,并应用累积量斜率变化率比较法定量评估了研究区降雨量变化和人类活动对流域输沙量变化的影响和贡献率。研究结果表明：（1）40年来流域降水量介于608.10~1132.70 mm之间,其平均值为829.00 mm,呈不显著减小趋势,年均减小量为-3.10 mm/a。（2）流域年输沙量介于0.44万~478.01万t,其平均值为64.68万t,呈极显著减少趋势,减少速率为-4.13万t/a。未来流域输沙量呈持续递减趋势,但10年后将呈现出增加趋势。（3）1989年为流域输沙量的突变年份,1989年以前呈现上升趋势,1989年之后呈显著下降趋势,且突变年份后输沙量较突变年份前减少了76.82%。（4）输沙量存在12年左右的年代际震荡周期,形成了两个高震荡周期和一个低震荡中心,高震荡周期位于1976-1979年以及1986-1992年,低震荡周期位于1979-1985年。（5）多年季节输沙量呈持续性减少趋势,夏季输沙量在8年之后可能呈现出增加趋势,而其他季节则不存在持续性周期。（6）以1975-1989为基准期,降水量和人类活动对流域输沙量的贡献在1990-2015年分别达到4.87%和95.14%;如果考虑蒸发量对流域输沙量的影响,则人类活动对桐梓河流域径流量变化的贡献率在2003-2015年会增加到98.65%。流域输沙量在1990-2015年的减少主要由人类活动控制,人类活动每年导致输沙量减少1.57万t。     

小麦对134Cs吸收的研究

本文介绍小麦对~(134)Cs的吸收试验,结果表明,~(134)Cs在小麦中的比活度,根中最高,麦杆次之,麦粒最低。麸皮中~(137)Cs的比活度高于面粉。土壤对~(134)Cs的吸附能力,以青紫泥最强,红壤次之,小粉土最弱;土壤对~(134)Cs吸附能力的强弱与土壤的质地、PH和有机质含量有关。随着~(134)Cs施入土壤的延迟和施人次数的增加,小麦对~(134)Cs的吸收也增加。~(134)Cs在土壤中迁移很少,90.4％集中在0—3cm的表土层;~(134)Cs在土壤-小麦中的分配比为97.9％:2.1％;小麦对土壤中~(134)Cs的富集系数为1.75。     

瑞士Greifen湖新近沉积物中的137Cs分布及其计年

于瑞士Greifen湖不同复水深度的位置,采集了直径为12cm的四个沉积物孔心样品,测得~(137)Cs的垂直剖面具相似的分布类型.由垂直剖面中~(137)Cs的峰值作沉积物计年标志得知:沉积物积累速度变化范围为0.22—0.085g/cm~2·a,随采样点与入湖的M(?)nch河口距离增加而递减.界面层沉积作用速率变化范围为1.4—0.55cm/a.显示出入湖泥沙输入和复水深度的双重影响.实际资料和理论概算表明.湖中的大部分~(137)Cs来自M(?)nch河积水盆地并在湖中得到净化.     

环境介质中~(135)Cs的测试分析及其示踪应用研究进展

在我国当前核电事业高速发展的背景下,需要建立不同区域的~(135)Cs背景数据,另外~(135)Cs/~(137)Cs原子比的测试分析及其示踪研究也亟待加强.为此,笔者对已有的文献资料进行归纳总结,首先对~(135)Cs的来源、化学分离与提取和仪器分析3个方面进行了详细的阐述,对阳离子交换树脂和萃取树脂、质谱测量技术(ICP-MS、TIMS、RIMS和AMS)以及得到的探测限和回收率的加以比较,并重点围绕福岛核事故探讨了~(135)Cs/~(137)Cs原子比在环境中的应用,展望了未来~(135)Cs的分析测试及应用研究的发展前景,为环境样品中~(135)Cs的精确测量、迁移行为以及~(135)Cs/~(137)Cs原子比的示踪研究提供重要参考.     

基于核示踪的深圳市农用土壤侵蚀特征及评价

运用137Cs和210Pb_ex联合示踪技术,考察深圳特区内外典型区域137Cs和210Pb_ex面积活度的背景值与变化特征,以及典型区农用土壤侵蚀速率、分布特征和主要影响因素. 结果表明:①在城市化剧烈的人为扰动作用下,深圳市的地表土壤环境已经大部分不具备自然土壤的基本属性. 深圳市137Cs面积活度背景值介于99~653Bq/m2之间,仙湖植物园的137Cs实测面积活度背景值最大〔为(653±81)Bq/m2〕,南澳新大村的137Cs实测面积活度背景值最小〔为(99±47)Bq/m2〕. ②随着海拔升高,210Pb_ex的实测面积活度背景值呈增加趋势,这和低纬度地区亚热带海洋性季风气候的水汽运动有关. ③深圳市南澳新大村和公明水库陡坡农用地种果造成的土壤侵蚀已达到了极剧烈的程度,土壤平均侵蚀速率分别高达6150和40530t/(km2·a). 深圳市农用土壤侵蚀具有分布面积广、人为扰动较剧烈、产流产沙集中、侵蚀强度较大等特征. 人为扰动主导的土地开发与陡坡种果是造成城市水土流失的主要影响因素. ④深圳市近30年来快速城市化活动加速了城市土壤侵蚀的发生和发展,亟待加强开发建设项目水土保持、陡坡还林还草等生态治理工作.      

利用氮氧同位素解析赤水河流域水体硝酸盐来源及其时空变化特征

赤水河流域作为长江上游重要的水源涵养区,其生态环境状况及水环境质量备受关注。为了了解流域河水氮素来源,本次研究利用硝酸盐稳定同位素(~(15)N、~(18)O)示踪技术并结合流域土地利用类型空间分布分析了赤水河流域丰水期与枯水期干流及主要支流河水硝酸盐来源与转化过程。结果表明,流域水体NO_3~-浓度具有明显的时空变化,其中丰水期NO_3~-浓度要高于枯水期,喀斯特区域的NO_3~-浓度要高于非喀斯特区域。流域干、支流水体δ~(15)N-NO_3~-、δ~(18)O-NO_3~-季节性差异明显,丰水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较大,干流差异较小,而枯水期支流δ~(15)N-NO_3~-差异较小,干流差异较大。结合氮氧同位素和土地利用信息发现,丰水期支流NO_3~-受其土地利用方式的影响,其来源具有多样性;干流NO_3~-浓度则主要受支流混合作用影响。枯水期干流NO_3~-受流域人为活动影响较为显著,点源输入造成水体氮同位素分布范围较宽,主要来源表现为生活污水和土壤有机氮;而支流NO_3~-多表现为土壤有机氮来源,部分支流受流域内城镇影响,生活污水对河流NO_3~-贡献较大。流域水体氮污染控制应以农业面源氮流失为主,同时严格控制点源污染的输入。     

水利工程对南四湖现代沉积速率的影响

利用放射性同位素(137Cs、210Pb)测年法计算山东省南四湖的沉积速率,采用高纯锗γ谱仪(美国EG&G ORTEC公司)对南四湖上级湖、下级湖的沉积岩柱(DS2和WS2)样品进行137Cs、210Pb放射性活度测试,分析水利工程建设对湖泊沉积影响的程度与后果. 结果表明:上级湖、下级湖137Cs总蓄积量之比为9.7,说明在二级坝水利工程影响下,流域内侵蚀泥沙及其所吸附的137Cs主要沉积于上级湖;137Cs在湖泊沉积物中的剖面分布与137Cs大气沉降时序的分布模式相背离,故137Cs蓄积峰不具备时标意义. 利用210Pb计年的CRS(恒定补给速率)模式分析2个沉积岩柱不同质量深度所对应的年代,结果显示,150多年来南四湖上级湖、下级湖的沉积速率不稳定,以1960年为界划分为两大时段:沉积岩柱底部所对应的年代至1960年,上级湖、下级湖沉积速率平均值分别为0.069、0.160 g/(cm2·a);1960—2010年,二者沉积速率平均值分别为0.218、0.072 g/(cm2·a). 可见,二级坝水利工程对南四湖沉积速率产生了重要影响,210Pb计年的CRS模式分析结果可靠.