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滇池柴河小流域生态环境的同位素示踪研究

庄艳  
【摘要】:土壤生态环境是土壤中生物与非生物环境之间发生物质循环、能量转换、相互作用的重要场所。土壤侵蚀会导致土壤退化、土壤肥力下降、养分流失等一系列问题,严重影响到土壤生态环境的状况。因此,对于土壤侵蚀的研究和定量化分析有利于土壤生态环境健康稳定的发展。放射性同位素137Cs示踪技术是环境领域内的一种新兴手段,其研究简便、快速、精确度高而被认为是评价土壤流失和土壤保持的有效措施。云贵高原处于我国西南地区,是我国南方水土流失严重的地区之一,亦属于生态环境脆弱带。本文选择滇池南岸柴河水库流域作为研究区域,利用放射性同位素’37Cs示踪技术确定流域土壤侵蚀状况;运用传统常规化学分析法检测流域内土壤有机质(SOM)、总氮(TN)、总磷(TP)的含量;通过原子吸收光谱仪(PE AA800)对重金属Cu.Pb.Cd等地球化学指标进行研究,并使用单因子指数法和内梅罗指数法对流域内土壤的重金属污染状况加以评价。获得的主要结果如下: (1)流域内不同类型土壤样点137Cs总量的变化范围为217.81bq/m2-1010.01bq/m2,样点侵蚀速率变化区间为12.09t/km2·a-7832.46t/m2·a,不同类型的土壤侵蚀速率依次为:农耕地草地林草地撂荒地干集水区,可以看出土地利用方式的改变会影响到土壤侵蚀速率的大小。由于受到人为干扰影响程度的不同,使农耕地土壤侵蚀速率大于非耕地土壤的侵蚀速率;在非耕地土壤中,由于林草地有着林地和草地植被相互搭配组合的植被覆盖类型,对雨水的阻挡和地表径流的拦截能力更强,能够有效的减少土壤切沟和细沟状况的发生,因而林草地的侵蚀速率小于草地、撂荒地等。比较了草地剖面样137Cs含量的分布,由于受到地表径流及自然下渗等作用的影响,体现为表层土壤137Cs含量低、侵蚀状况较为严重。根据国家水利部划分准则,研究区内农耕地整体处于中强度侵蚀等级,非耕地土壤大部分属于轻度到微度的侵蚀级别。 (2)流域内土壤SOM、TN、TP的百分含量为0.59%-4.37%,0.17%-0.75%,0.016%-0.074%,三者含量都较低。统计分析结果表明,SOM、TN、TP变异系数较为接近,分别为0.477、0.446和0.457,均属于中等变异程度。剖面样点SOM和TN的含量垂直变化规律相似,TP含量的垂直变化有别于二者。土壤剖面C/N比小于10,表明土壤有机质腐殖化程度高,TN中的有机氮更容易矿化,使得植物能从矿化过程中获得更多有机氮;而C/P比偏大,两个剖面样点比值分别为27.36和24.97,可能是由于土壤中总磷含量较低导致。 (3)土壤侵蚀显著影响着土壤SOM含量。不同类型土地,土壤侵蚀模数大小不同,相对应土壤有机质的含量也有较大差异。比较流域内土壤全样和剖面样的侵蚀模数及SOM含量表明土壤侵蚀速率越大而土壤SOM含量越低,两者的相关性分析结果也表明土壤侵蚀速率与土壤SOM含量呈负相关关系(spearman系数为-0.34)。 (4)在同位素示踪土壤侵蚀速率的基础上分析了研究区表层土壤中重金属Cu、Pb和Cd的分布状况。重金属Pb含量变化区间为5.73mg/kg-86.06mg/kg;Cu的变化区间为14.45mg/kg-63.3mg/kg; Cd的变化区间为0.073mg/kg-0.713mg/kg。普通克里金(Ordinary Kriging)空间差值结果表明三种重金属的水平分布均呈现出条带状和斑块状格局。单因子指数法分析结果表明研究区内重金属污染强度为CuPbCd,整体属于较为清洁的污染等级。内梅罗综合污染指数法分析结果表明,综合污染指数最小值为0.45,最大值达2.54,平均为0.9148,土壤污染状况属于Ⅱ级警戒级范畴。


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