近100年喀斯特槽谷區(qū)洼地沉積速率與流域產(chǎn)沙強度
發(fā)布時間：2021-09-12 10:28
首次嘗試通過沉積物定年反演喀斯特洼地流域單元近100年尺度的侵蝕產(chǎn)沙歷史,這有助于認識人類活動對喀斯特石漠化演化過程的影響。以喀斯特槽谷區(qū)典型洼地—常家洼洼地為研究對象,應(yīng)用137Cs、 210Pbex定年法分析了近100年的流域產(chǎn)沙強度特征。結(jié)果表明:（1）洼地平均沉積速率為1.00 cm/a（1917—1963年）和0.25 cm/a（1963—2017年）,流域的平均產(chǎn)沙模數(shù)為609 t/（km2·a）（1917—1963年）和152 t/（km2·a）（1963—2017年）;（2）1917—1963年期間流域產(chǎn)沙強度遠高于1963年以后,這與該地區(qū)民國至新中國建國初期強烈的人類活動有密切關(guān)系,尤其是上世紀50年代末大規(guī)模伐木;（3）1963年以來產(chǎn)沙強度明顯減小,這是由于此前發(fā)生過較強侵蝕導(dǎo)致土壤變少,局部基巖出露,加之此間植被恢復(fù)、人類擾動強度降低和水土保持工程實施;（4）常家洼流域產(chǎn)沙強度高于西南其他喀斯特地區(qū),與流域巖性和人為擾動有關(guān)�？λ固厥⒎莾H是近50...
【文章來源】：水土保持學報. 2020,34(02)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
重慶巖性分布及常家洼小流域
Cs是上世紀50～70年代人類大氣層核試驗產(chǎn)生的放射性塵埃,沉降至地表后與土壤顆粒緊密吸附而不被淋溶,隨土壤顆粒運移。137Cs在1963年的沉降量最大,泥沙沉積剖面出現(xiàn)相應(yīng)峰值,可標志1963年的沉積層位[5]。對于受耕作擾動的洼地,1963年137Cs沉降峰即被當年耕作混合于犁耕層。假定每年犁耕深度保持恒定(d0),隨著每年新輸入泥沙沉積于洼地,犁耕層會被逐年抬升,1963年137Cs沉降峰即被混合于自1963年以來犁耕范圍(0～D0),D0以上137Cs比活度明顯高于D0以下,該深度位置(D0)即可作為1963年沉降峰時標[6]。210Pbex是半衰期為22.6年的自然核素,238U的系列衰變產(chǎn)物,可用于近百年時間尺度的湖泊、河口、河漫灘、海灣等水體沉積物斷代[8]。對于洼地而言,由于常年受耕作擾動,適用于水體沉積物的210Pbex定年手段無法直接應(yīng)用于耕作洼地。盡管如此,隨著洼地不斷接受來自流域的新泥沙輸入,假定每年犁耕深度(d0)不變,犁耕層會被逐年抬高,埋藏于d0深度以下曾經(jīng)被耕作過的泥沙將不再受耕作擾動,經(jīng)歷約100年(即210Pb的5個半衰期)后,總210Pb將實現(xiàn)與226Ra的平衡,即210Pbex為0。因此,洼地剖面中,自上而下210Pbex開始為0的深度,即為總210Pb與226Ra平衡深度,可視為埋藏100年的深度,以下層位埋藏時間超過100年,210Pbex恒為0。理想沉積物剖面137Cs和210Pbex深度分布見圖2。因此,從洼地剖面137Cs深度分布中可確定出1963年沉降峰時標,從210Pbex深度分布中可以確定出埋藏100年的平衡深度,即1917年的時標(本研究樣品采集于2017年)。1.3.2 沉積速率與產(chǎn)沙模數(shù)
兩剖面137Cs、總210Pb、226Ra和210Pbex比活度的深度分布見圖3。1#、2#剖面中,137Cs比活度范圍分別為0～28,0～18 Bq/kg。137Cs深度分布形態(tài),1#、2#剖面分別于0—25,0—32 cm土層深度范圍內(nèi)比活度較高,且相對均勻,這是1963年137Cs集中沉降以來犁耕混合作用的結(jié)果,此深度以下迅速降低并接近于0。因此,可以認為該深度以上即為1963年以來的犁耕深度范圍(0～D0)。盡管如此,該范圍137Cs比活度隨土層深度略有降低,可能與137Cs沉降歷史和耕作擾動有關(guān)。137Cs初始沉降于1954年,北半球最大沉降峰發(fā)生于1963年,1972年以后少有沉降。1963年集中沉降發(fā)生,137Cs即被耕作混合于犁耕層,此前犁耕層少有137Cs,因而混合后犁耕層137Cs比活度低于混合前表層沉積物。由于洼地沉積速率較低,隨著此后少量137Cs沉降輸入,或使犁耕層137Cs比活度有所增加。此外,1963年犁耕層底部的137Cs也會因向下擴散而有所降低,這可能是該范圍137Cs比活度隨土層深度有所降低的原因。但總體而言,該范圍137Cs比活度明顯高于以下沉積物,且無根本變化,可以認為是1963年以來的犁耕深度范圍。1#、2#剖面中,總210Pb深度分布形態(tài)自上而下呈指數(shù)降低,比活度范圍分別為17～87,23～92 Bq/kg。226Ra深度分布形態(tài)自上而下無明顯變化,比活度范圍分別為24～28,22～29 Bq/kg。210Pbex深度分布形態(tài)與總210Pb相似,亦自上而下呈指數(shù)降低,比活度范圍分別為-8～63,-1～65 Bq/kg,且分別在72,75 cm土層深度開始約為0,此深度以下基本不再含有210Pbex。因此,可以認為該深度系總210Pb與226Ra平衡深度(de),即埋藏100年的時標(1917年)。210Pbex負值是沉積物中222Rn逸散的結(jié)果[10]。兩剖面210Pbex比活度均隨土層深度呈指數(shù)降低,與137Cs有所不同,這反映了此2種核素沉降歷史的差異。137Cs是人工核素,1972年以后少有沉降,而210Pbex天然核素,每年都有相對穩(wěn)定的沉降。對于耕作洼地而言,新沉降210Pbex因耕作擾動混合于當年犁耕層,犁耕深度以下賦存的210Pbex不再接受新沉降210Pbex補充,也不再受到耕作擾動,因衰變而比活度逐年降低,越深處沉積物埋藏時間越久,210Pbex經(jīng)歷衰變時間越長,故其比活度越低。由于兩剖面頂部第1個樣品的分層厚度均接近于犁耕深度,實測210Pbex比活度代表采樣年份(2017年)犁耕層的平均210Pbex比活度,相比以下深度沉積物,賦存了最新沉降的210Pbex,經(jīng)歷衰變時間最短,因此,剖面頂部210Pbex比活度呈最高值。測試結(jié)果也表明,0—120 cm土層深度范圍足以涵蓋1954年以來137Cs和近100年來210Pbex的沉降歷史。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]西南喀斯特小流域地表、地下河流細粒泥沙來源的137Cs和磁化率雙指紋示蹤研究[J]. 程倩云,彭韜,張信寶,曹樂,王世杰. 水土保持學報. 2019(02)
[2]喀斯特峰叢洼地泥沙堆積的137Cs示蹤研究——以丫吉試驗場為例[J]. 李豪,張信寶,文安邦,曹建華. 地球與環(huán)境. 2016(01)
[3]近百年中國東部夏季降水年代際變化特征及其原因[J]. 呂俊梅,祝從文,琚建華,林祥. 大氣科學. 2014(04)
[4]“哥倫布大交換”終結(jié)了“氣候—治亂循環(huán)”嗎?——對玉米在中國引種和農(nóng)民起義發(fā)生率的一項歷史考察[J]. 陳永偉,黃英偉,周羿. 經(jīng)濟學(季刊). 2014(03)
[5]利用137Cs示蹤和孢粉分析法對喀斯特峰叢草地洼地泥沙沉積及侵蝕環(huán)境的研究[J]. 何永彬,張信寶,賀秀斌. 水土保持通報. 2013(01)
[6]基于LUCC的冀北土石山區(qū)東北溝流域土壤侵蝕時空變化分析[J]. 呂明權(quán),王繼軍,江青龍,張懷,郝曉東. 中國水土保持科學. 2011(03)
[7]Application of a 137Cs fingerprinting technique for interpreting responses of sediment deposition of a karst depression to deforestation in the Guizhou Plateau,China[J]. ZHANG XinBao1, BAI XiaoYong1,3 & LIU XiuMing2 1Key Laboratory of Mountain Environment Evolvement and Regulation, Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China; 2State Key Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China; 3Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China. Science China（Earth Sciences）. 2011(03)
[8]洼地沉積的137Cs法斷代測定森林砍伐后的喀斯特小流域土壤流失量[J]. 張信寶,白曉永,劉秀明. 中國科學:地球科學. 2011(02)
[9]中國南方紅壤丘陵區(qū)土壤侵蝕量與泥沙輸移比研究[J]. 景可,焦菊英,李林育,張世杰. 水利學報. 2010(12)
[10]普定沖頭峰叢洼地泥沙沉積速率的137Cs法測定[J]. 白曉永,張信寶,王世杰,嚴冬春,李豪. 地球與環(huán)境. 2009(02)
本文編號：3394062
【文章來源】：水土保持學報. 2020,34(02)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
重慶巖性分布及常家洼小流域
Cs是上世紀50～70年代人類大氣層核試驗產(chǎn)生的放射性塵埃,沉降至地表后與土壤顆粒緊密吸附而不被淋溶,隨土壤顆粒運移。137Cs在1963年的沉降量最大,泥沙沉積剖面出現(xiàn)相應(yīng)峰值,可標志1963年的沉積層位[5]。對于受耕作擾動的洼地,1963年137Cs沉降峰即被當年耕作混合于犁耕層。假定每年犁耕深度保持恒定(d0),隨著每年新輸入泥沙沉積于洼地,犁耕層會被逐年抬升,1963年137Cs沉降峰即被混合于自1963年以來犁耕范圍(0～D0),D0以上137Cs比活度明顯高于D0以下,該深度位置(D0)即可作為1963年沉降峰時標[6]。210Pbex是半衰期為22.6年的自然核素,238U的系列衰變產(chǎn)物,可用于近百年時間尺度的湖泊、河口、河漫灘、海灣等水體沉積物斷代[8]。對于洼地而言,由于常年受耕作擾動,適用于水體沉積物的210Pbex定年手段無法直接應(yīng)用于耕作洼地。盡管如此,隨著洼地不斷接受來自流域的新泥沙輸入,假定每年犁耕深度(d0)不變,犁耕層會被逐年抬高,埋藏于d0深度以下曾經(jīng)被耕作過的泥沙將不再受耕作擾動,經(jīng)歷約100年(即210Pb的5個半衰期)后,總210Pb將實現(xiàn)與226Ra的平衡,即210Pbex為0。因此,洼地剖面中,自上而下210Pbex開始為0的深度,即為總210Pb與226Ra平衡深度,可視為埋藏100年的深度,以下層位埋藏時間超過100年,210Pbex恒為0。理想沉積物剖面137Cs和210Pbex深度分布見圖2。因此,從洼地剖面137Cs深度分布中可確定出1963年沉降峰時標,從210Pbex深度分布中可以確定出埋藏100年的平衡深度,即1917年的時標(本研究樣品采集于2017年)。1.3.2 沉積速率與產(chǎn)沙模數(shù)
兩剖面137Cs、總210Pb、226Ra和210Pbex比活度的深度分布見圖3。1#、2#剖面中,137Cs比活度范圍分別為0～28,0～18 Bq/kg。137Cs深度分布形態(tài),1#、2#剖面分別于0—25,0—32 cm土層深度范圍內(nèi)比活度較高,且相對均勻,這是1963年137Cs集中沉降以來犁耕混合作用的結(jié)果,此深度以下迅速降低并接近于0。因此,可以認為該深度以上即為1963年以來的犁耕深度范圍(0～D0)。盡管如此,該范圍137Cs比活度隨土層深度略有降低,可能與137Cs沉降歷史和耕作擾動有關(guān)。137Cs初始沉降于1954年,北半球最大沉降峰發(fā)生于1963年,1972年以后少有沉降。1963年集中沉降發(fā)生,137Cs即被耕作混合于犁耕層,此前犁耕層少有137Cs,因而混合后犁耕層137Cs比活度低于混合前表層沉積物。由于洼地沉積速率較低,隨著此后少量137Cs沉降輸入,或使犁耕層137Cs比活度有所增加。此外,1963年犁耕層底部的137Cs也會因向下擴散而有所降低,這可能是該范圍137Cs比活度隨土層深度有所降低的原因。但總體而言,該范圍137Cs比活度明顯高于以下沉積物,且無根本變化,可以認為是1963年以來的犁耕深度范圍。1#、2#剖面中,總210Pb深度分布形態(tài)自上而下呈指數(shù)降低,比活度范圍分別為17～87,23～92 Bq/kg。226Ra深度分布形態(tài)自上而下無明顯變化,比活度范圍分別為24～28,22～29 Bq/kg。210Pbex深度分布形態(tài)與總210Pb相似,亦自上而下呈指數(shù)降低,比活度范圍分別為-8～63,-1～65 Bq/kg,且分別在72,75 cm土層深度開始約為0,此深度以下基本不再含有210Pbex。因此,可以認為該深度系總210Pb與226Ra平衡深度(de),即埋藏100年的時標(1917年)。210Pbex負值是沉積物中222Rn逸散的結(jié)果[10]。兩剖面210Pbex比活度均隨土層深度呈指數(shù)降低,與137Cs有所不同,這反映了此2種核素沉降歷史的差異。137Cs是人工核素,1972年以后少有沉降,而210Pbex天然核素,每年都有相對穩(wěn)定的沉降。對于耕作洼地而言,新沉降210Pbex因耕作擾動混合于當年犁耕層,犁耕深度以下賦存的210Pbex不再接受新沉降210Pbex補充,也不再受到耕作擾動,因衰變而比活度逐年降低,越深處沉積物埋藏時間越久,210Pbex經(jīng)歷衰變時間越長,故其比活度越低。由于兩剖面頂部第1個樣品的分層厚度均接近于犁耕深度,實測210Pbex比活度代表采樣年份(2017年)犁耕層的平均210Pbex比活度,相比以下深度沉積物,賦存了最新沉降的210Pbex,經(jīng)歷衰變時間最短,因此,剖面頂部210Pbex比活度呈最高值。測試結(jié)果也表明,0—120 cm土層深度范圍足以涵蓋1954年以來137Cs和近100年來210Pbex的沉降歷史。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]西南喀斯特小流域地表、地下河流細粒泥沙來源的137Cs和磁化率雙指紋示蹤研究[J]. 程倩云,彭韜,張信寶,曹樂,王世杰. 水土保持學報. 2019(02)
[2]喀斯特峰叢洼地泥沙堆積的137Cs示蹤研究——以丫吉試驗場為例[J]. 李豪,張信寶,文安邦,曹建華. 地球與環(huán)境. 2016(01)
[3]近百年中國東部夏季降水年代際變化特征及其原因[J]. 呂俊梅,祝從文,琚建華,林祥. 大氣科學. 2014(04)
[4]“哥倫布大交換”終結(jié)了“氣候—治亂循環(huán)”嗎?——對玉米在中國引種和農(nóng)民起義發(fā)生率的一項歷史考察[J]. 陳永偉,黃英偉,周羿. 經(jīng)濟學(季刊). 2014(03)
[5]利用137Cs示蹤和孢粉分析法對喀斯特峰叢草地洼地泥沙沉積及侵蝕環(huán)境的研究[J]. 何永彬,張信寶,賀秀斌. 水土保持通報. 2013(01)
[6]基于LUCC的冀北土石山區(qū)東北溝流域土壤侵蝕時空變化分析[J]. 呂明權(quán),王繼軍,江青龍,張懷,郝曉東. 中國水土保持科學. 2011(03)
[7]Application of a 137Cs fingerprinting technique for interpreting responses of sediment deposition of a karst depression to deforestation in the Guizhou Plateau,China[J]. ZHANG XinBao1, BAI XiaoYong1,3 & LIU XiuMing2 1Key Laboratory of Mountain Environment Evolvement and Regulation, Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China; 2State Key Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China; 3Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China. Science China（Earth Sciences）. 2011(03)
[8]洼地沉積的137Cs法斷代測定森林砍伐后的喀斯特小流域土壤流失量[J]. 張信寶,白曉永,劉秀明. 中國科學:地球科學. 2011(02)
[9]中國南方紅壤丘陵區(qū)土壤侵蝕量與泥沙輸移比研究[J]. 景可,焦菊英,李林育,張世杰. 水利學報. 2010(12)
[10]普定沖頭峰叢洼地泥沙沉積速率的137Cs法測定[J]. 白曉永,張信寶,王世杰,嚴冬春,李豪. 地球與環(huán)境. 2009(02)
本文編號：3394062
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