本文選題：沉積旋回 + 泥沙來(lái)源�。� 參考：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：劇烈的土壤侵蝕導(dǎo)致耕地減少,土地生產(chǎn)力下降,生態(tài)環(huán)境破壞,并全面制約農(nóng)業(yè)、林業(yè)及畜牧業(yè)等產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。洪水?dāng)y帶大量的泥沙涌入河道,使河水變渾濁、透光性變差,降低水體初級(jí)生產(chǎn)力(浮游藻類等生物生長(zhǎng)受阻等);抬高河床,堵塞河道,導(dǎo)致河床表面伏流交換減少(壓縮水生生物棲息空間等);同時(shí),河流細(xì)顆粒泥沙控制著水體中養(yǎng)分輸移與轉(zhuǎn)化、重金屬物質(zhì)遷移、有毒有機(jī)物及無(wú)機(jī)物吸附與解析等行為,直接威脅水質(zhì)安全。因此,因河道中泥沙增多而引發(fā)的一系列水環(huán)境效應(yīng)已經(jīng)成為當(dāng)前土壤侵蝕研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn),而識(shí)別河道中泥沙來(lái)源是針對(duì)性治理泥沙源區(qū)、控制水土流失的先決條件。黃土高原是世界上土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)之一,尤其是位于黃河中游的黃土高原多沙粗沙區(qū),是黃河泥沙的主要來(lái)源。淤地壩是黃土高原地區(qū)防治水土流失的一種重要工程措施之一,自20世紀(jì)中葉以來(lái),累積約11萬(wàn)余座淤地壩廣泛分布于黃土高原,淤地壩不僅能防止水土流失,還能形成壩地,提供可利用的水土資源。小流域中各泥沙源地的泥沙被洪水?dāng)y帶出流域,并在淤地壩內(nèi)沉積,每場(chǎng)侵蝕性降雨形成一層沉積旋回,該沉積旋回的泥沙中蘊(yùn)藏了大量的流域侵蝕歷史環(huán)境信息,是研究小流域侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律的良好載體。在缺失流域監(jiān)測(cè)資料的情況下,淤地壩沉積旋回所蘊(yùn)含的信息成為唯一能夠記錄流域泥沙來(lái)源及侵蝕環(huán)境變化信息的來(lái)源。本文基于壩地沉積旋回泥沙樣和壩控小流域內(nèi)不同土地利用類型土樣,對(duì)其分子標(biāo)志物及地球化學(xué)元素進(jìn)行分析,建立辨別泥沙來(lái)源的指紋模型,旨在為更精確的指紋識(shí)別泥沙來(lái)源提供技術(shù)支持,并直接從泥沙的角度探討退耕初期還林和自然休耕的水土保持效果以及在地質(zhì)條件差異不大的情況下,使用分子標(biāo)志物泥沙指紋識(shí)別典型農(nóng)業(yè)小流域在30年內(nèi)的產(chǎn)沙變化,主要結(jié)果和結(jié)論如下:(1)使用胡家灣流域內(nèi)的5種潛在泥沙源地及5個(gè)沖擊鉆土壤核心樣品,分析源-匯土壤的地球化學(xué)元素,作為傳統(tǒng)的指紋識(shí)別因子,采用復(fù)合指紋技術(shù),利用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)與多元逐步判別分析,建立復(fù)合指紋模型,為農(nóng)業(yè)小流域提供有效的泥沙來(lái)源信息。結(jié)果表明,在胡家灣流域,溝道依舊是土壤侵蝕的主要泥沙來(lái)源,占全流域泥沙的34.7%,農(nóng)地也是該流域非常重要的一個(gè)泥沙源地,占27.9%,與其他區(qū)域不同的是,在本流域,未成熟的林地貢獻(xiàn)了21.7%的泥沙,天然草地貢獻(xiàn)12.7%,自然休耕地幾乎不貢獻(xiàn)泥沙,僅有3.0%的泥沙源自休耕地。流域生態(tài)水文條件的變化導(dǎo)致地被物、林下植被不發(fā)達(dá)、土壤裸露、這些因素導(dǎo)致土壤容易發(fā)生侵蝕。林地及自然休耕地的泥沙貢獻(xiàn)率均小于農(nóng)地,這說(shuō)明,退耕還林仍然是一種有效的水保策略,但是關(guān)于退耕還林或還草的群落構(gòu)建方案還有待商榷。從管理角度來(lái)看,還林可能更適用于降雨或者其他條件更適合的區(qū)域,在干旱及半干旱的黃土高原,休耕地具有更好的泥沙攔截作用,自然休耕可能是一個(gè)更有效的水土保持策略。(2)在上節(jié)研究的基礎(chǔ)上,收集新近淤積的三層沉積旋回樣品(9個(gè)泥沙剖面),并將退耕地不再作為潛在泥沙源地,使用分子標(biāo)志物建立泥沙指紋模型,對(duì)胡家灣流域三場(chǎng)次降雨的泥沙來(lái)源進(jìn)行源解析。結(jié)果顯示,由CPI、OEPM、C28、C21、C24、C26的分子標(biāo)志物最佳指紋組合正確判斷了86.7%的泥沙。使用遺傳算法對(duì)混合模型求解得出,林地是這三層沉積旋回最主要的泥沙來(lái)源,占總泥沙含量的50.5%,其次為農(nóng)地,貢獻(xiàn)了25.6%,溝道和草地分別貢獻(xiàn)了9.5%和14.4%的泥沙。地球化學(xué)元素的結(jié)果與分子標(biāo)志物接近,但是地球化學(xué)元素可能會(huì)高估林地的泥沙貢獻(xiàn)率。本研究說(shuō)明在地質(zhì)條件差異較小或者一種土地利用類型跨越好幾種地質(zhì)條件的情況下,分子標(biāo)志物也能用來(lái)識(shí)別泥沙來(lái)源;再者,傳統(tǒng)的地球化學(xué)元素不能提供詳細(xì)的土地利用信息,而分子標(biāo)志物則可以精確到物種,例如在農(nóng)業(yè)小流域中不同的物種之間(例如玉米、大豆等)的泥沙來(lái)源,分子標(biāo)志物指紋法能夠?yàn)楦泳_的流域泥沙管理策略提供技術(shù)支持。(3)為了研究分子標(biāo)志物在長(zhǎng)時(shí)間尺度上能否追蹤泥沙來(lái)源,本文選取了黃土高原典型農(nóng)業(yè)小流域-埝堰溝流域,采集三種土地利用類型的源樣(農(nóng)地、溝道、陡坡各9個(gè))及沉積泥沙樣品(沖擊鉆樣品,47層旋回),并分別分析其傳統(tǒng)地球化學(xué)元素及分子標(biāo)志物。由于土壤及地質(zhì)條件均一,在埝堰溝小流域地球化學(xué)元素不能很好的辨別泥沙來(lái)源,尤其是在分辨溝道及陡坡時(shí),效果很差。然而,使用正構(gòu)烷烴指紋因子則能很好的識(shí)別不同源地之間的泥沙來(lái)源。在所有的泥沙旋回中,短鏈及中鏈的正構(gòu)烷烴具有很明顯的偶奇優(yōu)勢(shì)(EOP)。這是由于一系列的細(xì)菌或者藻類代謝產(chǎn)生短鏈烷烴(C15-C20),同時(shí),在流域高碳酸鈣環(huán)境下,源自高等植物的偶數(shù)飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化為正構(gòu)烷烴。因此,在本流域中,僅有長(zhǎng)鏈技術(shù)碳鏈烷烴可以用來(lái)識(shí)別泥沙指紋。指紋因子通過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)得出最佳指紋因子組合:由C29,C27及C31組成的最佳指紋因子能夠判別三類源地超過(guò)95%的泥沙。使用遺傳算法優(yōu)化的生物指紋識(shí)別結(jié)果顯示,該流域最主要的泥沙源頭是溝道,占全流域的45.0%,其次分別為農(nóng)地(38.2%)及陡坡(16.8%)。生物指紋因子在識(shí)別不同地貌單元(例如溝道及陡坡)上具有顯著的優(yōu)勢(shì)同時(shí),在土地利用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定簡(jiǎn)單的流域,分子標(biāo)志物可以作為一個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)指標(biāo)識(shí)別泥沙來(lái)源,使用分子標(biāo)志物指紋方法重建長(zhǎng)時(shí)間序列的泥沙來(lái)源對(duì)建立更好的水土保持策略具有重要意義。
[Abstract]:In this paper , a series of water environmental effects caused by the increase of sediment in the river channel have become the main source of the study of soil erosion in the Yellow River . The results show that , in Hujiawan basin , the channel is still the main sediment source of soil erosion , which accounts for 34.7 % of sediment in the whole basin . ( 2 ) Based on the above research , the three - layer sedimentary cycle samples ( 9 sediment profiles ) of newly deposited sediments were collected , and the sediment sources of three rainfall in Hujiawan basin were analyzed by using genetic algorithm . The results showed that the best fingerprint combination of molecular markers of CPI , OEPM , C28 , c21 , C24 and C26 could be used to identify sediment sources . ( 3 ) In order to study whether the molecular markers can trace sediment sources on the long time scale , the source samples of three types of land use ( agricultural land , channel and steep slope ) and sediment samples ( impact drill samples , 47 layers of cycles ) are selected .
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S157

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1933827