近100年喀斯特槽谷区洼地沉积速率与流域产沙强度
发布时间：2021-09-12 10:28
首次尝试通过沉积物定年反演喀斯特洼地流域单元近100年尺度的侵蚀产沙历史,这有助于认识人类活动对喀斯特石漠化演化过程的影响。以喀斯特槽谷区典型洼地—常家洼洼地为研究对象,应用137Cs、 210Pbex定年法分析了近100年的流域产沙强度特征。结果表明:（1）洼地平均沉积速率为1.00 cm/a（1917—1963年）和0.25 cm/a（1963—2017年）,流域的平均产沙模数为609 t/（km2·a）（1917—1963年）和152 t/（km2·a）（1963—2017年）;（2）1917—1963年期间流域产沙强度远高于1963年以后,这与该地区民国至新中国建国初期强烈的人类活动有密切关系,尤其是上世纪50年代末大规模伐木;（3）1963年以来产沙强度明显减小,这是由于此前发生过较强侵蚀导致土壤变少,局部基岩出露,加之此间植被恢复、人类扰动强度降低和水土保持工程实施;（4）常家洼流域产沙强度高于西南其他喀斯特地区,与流域岩性和人为扰动有关。喀斯特石漠化并非仅是近50...
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
重庆岩性分布及常家洼小流域
Cs是上世纪50～70年代人类大气层核试验产生的放射性尘埃,沉降至地表后与土壤颗粒紧密吸附而不被淋溶,随土壤颗粒运移。137Cs在1963年的沉降量最大,泥沙沉积剖面出现相应峰值,可标志1963年的沉积层位[5]。对于受耕作扰动的洼地,1963年137Cs沉降峰即被当年耕作混合于犁耕层。假定每年犁耕深度保持恒定(d0),随着每年新输入泥沙沉积于洼地,犁耕层会被逐年抬升,1963年137Cs沉降峰即被混合于自1963年以来犁耕范围(0～D0),D0以上137Cs比活度明显高于D0以下,该深度位置(D0)即可作为1963年沉降峰时标[6]。210Pbex是半衰期为22.6年的自然核素,238U的系列衰变产物,可用于近百年时间尺度的湖泊、河口、河漫滩、海湾等水体沉积物断代[8]。对于洼地而言,由于常年受耕作扰动,适用于水体沉积物的210Pbex定年手段无法直接应用于耕作洼地。尽管如此,随着洼地不断接受来自流域的新泥沙输入,假定每年犁耕深度(d0)不变,犁耕层会被逐年抬高,埋藏于d0深度以下曾经被耕作过的泥沙将不再受耕作扰动,经历约100年(即210Pb的5个半衰期)后,总210Pb将实现与226Ra的平衡,即210Pbex为0。因此,洼地剖面中,自上而下210Pbex开始为0的深度,即为总210Pb与226Ra平衡深度,可视为埋藏100年的深度,以下层位埋藏时间超过100年,210Pbex恒为0。理想沉积物剖面137Cs和210Pbex深度分布见图2。因此,从洼地剖面137Cs深度分布中可确定出1963年沉降峰时标,从210Pbex深度分布中可以确定出埋藏100年的平衡深度,即1917年的时标(本研究样品采集于2017年)。1.3.2 沉积速率与产沙模数
两剖面137Cs、总210Pb、226Ra和210Pbex比活度的深度分布见图3。1#、2#剖面中,137Cs比活度范围分别为0～28,0～18 Bq/kg。137Cs深度分布形态,1#、2#剖面分别于0—25,0—32 cm土层深度范围内比活度较高,且相对均匀,这是1963年137Cs集中沉降以来犁耕混合作用的结果,此深度以下迅速降低并接近于0。因此,可以认为该深度以上即为1963年以来的犁耕深度范围(0～D0)。尽管如此,该范围137Cs比活度随土层深度略有降低,可能与137Cs沉降历史和耕作扰动有关。137Cs初始沉降于1954年,北半球最大沉降峰发生于1963年,1972年以后少有沉降。1963年集中沉降发生,137Cs即被耕作混合于犁耕层,此前犁耕层少有137Cs,因而混合后犁耕层137Cs比活度低于混合前表层沉积物。由于洼地沉积速率较低,随着此后少量137Cs沉降输入,或使犁耕层137Cs比活度有所增加。此外,1963年犁耕层底部的137Cs也会因向下扩散而有所降低,这可能是该范围137Cs比活度随土层深度有所降低的原因。但总体而言,该范围137Cs比活度明显高于以下沉积物,且无根本变化,可以认为是1963年以来的犁耕深度范围。1#、2#剖面中,总210Pb深度分布形态自上而下呈指数降低,比活度范围分别为17～87,23～92 Bq/kg。226Ra深度分布形态自上而下无明显变化,比活度范围分别为24～28,22～29 Bq/kg。210Pbex深度分布形态与总210Pb相似,亦自上而下呈指数降低,比活度范围分别为-8～63,-1～65 Bq/kg,且分别在72,75 cm土层深度开始约为0,此深度以下基本不再含有210Pbex。因此,可以认为该深度系总210Pb与226Ra平衡深度(de),即埋藏100年的时标(1917年)。210Pbex负值是沉积物中222Rn逸散的结果[10]。两剖面210Pbex比活度均随土层深度呈指数降低,与137Cs有所不同,这反映了此2种核素沉降历史的差异。137Cs是人工核素,1972年以后少有沉降,而210Pbex天然核素,每年都有相对稳定的沉降。对于耕作洼地而言,新沉降210Pbex因耕作扰动混合于当年犁耕层,犁耕深度以下赋存的210Pbex不再接受新沉降210Pbex补充,也不再受到耕作扰动,因衰变而比活度逐年降低,越深处沉积物埋藏时间越久,210Pbex经历衰变时间越长,故其比活度越低。由于两剖面顶部第1个样品的分层厚度均接近于犁耕深度,实测210Pbex比活度代表采样年份(2017年)犁耕层的平均210Pbex比活度,相比以下深度沉积物,赋存了最新沉降的210Pbex,经历衰变时间最短,因此,剖面顶部210Pbex比活度呈最高值。测试结果也表明,0—120 cm土层深度范围足以涵盖1954年以来137Cs和近100年来210Pbex的沉降历史。
【参考文献】：
期刊论文
[1]西南喀斯特小流域地表、地下河流细粒泥沙来源的137Cs和磁化率双指纹示踪研究[J]. 程倩云,彭韬,张信宝,曹乐,王世杰. 水土保持学报. 2019(02)
[2]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[J]. 李豪,张信宝,文安邦,曹建华. 地球与环境. 2016(01)
[3]近百年中国东部夏季降水年代际变化特征及其原因[J]. 吕俊梅,祝从文,琚建华,林祥. 大气科学. 2014(04)
[4]“哥伦布大交换”终结了“气候—治乱循环”吗?——对玉米在中国引种和农民起义发生率的一项历史考察[J]. 陈永伟,黄英伟,周羿. 经济学(季刊). 2014(03)
[5]利用137Cs示踪和孢粉分析法对喀斯特峰丛草地洼地泥沙沉积及侵蚀环境的研究[J]. 何永彬,张信宝,贺秀斌. 水土保持通报. 2013(01)
[6]基于LUCC的冀北土石山区东北沟流域土壤侵蚀时空变化分析[J]. 吕明权,王继军,江青龙,张怀,郝晓东. 中国水土保持科学. 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]洼地沉积的137Cs法断代测定森林砍伐后的喀斯特小流域土壤流失量[J]. 张信宝,白晓永,刘秀明. 中国科学:地球科学. 2011(02)
[9]中国南方红壤丘陵区土壤侵蚀量与泥沙输移比研究[J]. 景可,焦菊英,李林育,张世杰. 水利学报. 2010(12)
[10]普定冲头峰丛洼地泥沙沉积速率的137Cs法测定[J]. 白晓永,张信宝,王世杰,严冬春,李豪. 地球与环境. 2009(02)
本文编号：3394062
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
重庆岩性分布及常家洼小流域
Cs是上世纪50～70年代人类大气层核试验产生的放射性尘埃,沉降至地表后与土壤颗粒紧密吸附而不被淋溶,随土壤颗粒运移。137Cs在1963年的沉降量最大,泥沙沉积剖面出现相应峰值,可标志1963年的沉积层位[5]。对于受耕作扰动的洼地,1963年137Cs沉降峰即被当年耕作混合于犁耕层。假定每年犁耕深度保持恒定(d0),随着每年新输入泥沙沉积于洼地,犁耕层会被逐年抬升,1963年137Cs沉降峰即被混合于自1963年以来犁耕范围(0～D0),D0以上137Cs比活度明显高于D0以下,该深度位置(D0)即可作为1963年沉降峰时标[6]。210Pbex是半衰期为22.6年的自然核素,238U的系列衰变产物,可用于近百年时间尺度的湖泊、河口、河漫滩、海湾等水体沉积物断代[8]。对于洼地而言,由于常年受耕作扰动,适用于水体沉积物的210Pbex定年手段无法直接应用于耕作洼地。尽管如此,随着洼地不断接受来自流域的新泥沙输入,假定每年犁耕深度(d0)不变,犁耕层会被逐年抬高,埋藏于d0深度以下曾经被耕作过的泥沙将不再受耕作扰动,经历约100年(即210Pb的5个半衰期)后,总210Pb将实现与226Ra的平衡,即210Pbex为0。因此,洼地剖面中,自上而下210Pbex开始为0的深度,即为总210Pb与226Ra平衡深度,可视为埋藏100年的深度,以下层位埋藏时间超过100年,210Pbex恒为0。理想沉积物剖面137Cs和210Pbex深度分布见图2。因此,从洼地剖面137Cs深度分布中可确定出1963年沉降峰时标,从210Pbex深度分布中可以确定出埋藏100年的平衡深度,即1917年的时标(本研究样品采集于2017年)。1.3.2 沉积速率与产沙模数
两剖面137Cs、总210Pb、226Ra和210Pbex比活度的深度分布见图3。1#、2#剖面中,137Cs比活度范围分别为0～28,0～18 Bq/kg。137Cs深度分布形态,1#、2#剖面分别于0—25,0—32 cm土层深度范围内比活度较高,且相对均匀,这是1963年137Cs集中沉降以来犁耕混合作用的结果,此深度以下迅速降低并接近于0。因此,可以认为该深度以上即为1963年以来的犁耕深度范围(0～D0)。尽管如此,该范围137Cs比活度随土层深度略有降低,可能与137Cs沉降历史和耕作扰动有关。137Cs初始沉降于1954年,北半球最大沉降峰发生于1963年,1972年以后少有沉降。1963年集中沉降发生,137Cs即被耕作混合于犁耕层,此前犁耕层少有137Cs,因而混合后犁耕层137Cs比活度低于混合前表层沉积物。由于洼地沉积速率较低,随着此后少量137Cs沉降输入,或使犁耕层137Cs比活度有所增加。此外,1963年犁耕层底部的137Cs也会因向下扩散而有所降低,这可能是该范围137Cs比活度随土层深度有所降低的原因。但总体而言,该范围137Cs比活度明显高于以下沉积物,且无根本变化,可以认为是1963年以来的犁耕深度范围。1#、2#剖面中,总210Pb深度分布形态自上而下呈指数降低,比活度范围分别为17～87,23～92 Bq/kg。226Ra深度分布形态自上而下无明显变化,比活度范围分别为24～28,22～29 Bq/kg。210Pbex深度分布形态与总210Pb相似,亦自上而下呈指数降低,比活度范围分别为-8～63,-1～65 Bq/kg,且分别在72,75 cm土层深度开始约为0,此深度以下基本不再含有210Pbex。因此,可以认为该深度系总210Pb与226Ra平衡深度(de),即埋藏100年的时标(1917年)。210Pbex负值是沉积物中222Rn逸散的结果[10]。两剖面210Pbex比活度均随土层深度呈指数降低,与137Cs有所不同,这反映了此2种核素沉降历史的差异。137Cs是人工核素,1972年以后少有沉降,而210Pbex天然核素,每年都有相对稳定的沉降。对于耕作洼地而言,新沉降210Pbex因耕作扰动混合于当年犁耕层,犁耕深度以下赋存的210Pbex不再接受新沉降210Pbex补充,也不再受到耕作扰动,因衰变而比活度逐年降低,越深处沉积物埋藏时间越久,210Pbex经历衰变时间越长,故其比活度越低。由于两剖面顶部第1个样品的分层厚度均接近于犁耕深度,实测210Pbex比活度代表采样年份(2017年)犁耕层的平均210Pbex比活度,相比以下深度沉积物,赋存了最新沉降的210Pbex,经历衰变时间最短,因此,剖面顶部210Pbex比活度呈最高值。测试结果也表明,0—120 cm土层深度范围足以涵盖1954年以来137Cs和近100年来210Pbex的沉降历史。
【参考文献】：
期刊论文
[1]西南喀斯特小流域地表、地下河流细粒泥沙来源的137Cs和磁化率双指纹示踪研究[J]. 程倩云,彭韬,张信宝,曹乐,王世杰. 水土保持学报. 2019(02)
[2]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[J]. 李豪,张信宝,文安邦,曹建华. 地球与环境. 2016(01)
[3]近百年中国东部夏季降水年代际变化特征及其原因[J]. 吕俊梅,祝从文,琚建华,林祥. 大气科学. 2014(04)
[4]“哥伦布大交换”终结了“气候—治乱循环”吗?——对玉米在中国引种和农民起义发生率的一项历史考察[J]. 陈永伟,黄英伟,周羿. 经济学(季刊). 2014(03)
[5]利用137Cs示踪和孢粉分析法对喀斯特峰丛草地洼地泥沙沉积及侵蚀环境的研究[J]. 何永彬,张信宝,贺秀斌. 水土保持通报. 2013(01)
[6]基于LUCC的冀北土石山区东北沟流域土壤侵蚀时空变化分析[J]. 吕明权,王继军,江青龙,张怀,郝晓东. 中国水土保持科学. 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]洼地沉积的137Cs法断代测定森林砍伐后的喀斯特小流域土壤流失量[J]. 张信宝,白晓永,刘秀明. 中国科学:地球科学. 2011(02)
[9]中国南方红壤丘陵区土壤侵蚀量与泥沙输移比研究[J]. 景可,焦菊英,李林育,张世杰. 水利学报. 2010(12)
[10]普定冲头峰丛洼地泥沙沉积速率的137Cs法测定[J]. 白晓永,张信宝,王世杰,严冬春,李豪. 地球与环境. 2009(02)
本文编号：3394062
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