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多核素复合示踪定量研究坡面侵蚀过程

杨明义  
【摘要】: 土壤侵蚀及其导致的土壤质量退化是世界性的重大环境问题之一,在黄土高原表现尤为突出, 研究土壤侵蚀规律,对指导生态建设,恢复良好生态环境具有重要的意义。然而,传统研究土壤侵蚀 规律的方法由于自身的局限性,难以对某些土壤侵蚀规律进行深入研究,核示踪技术在土壤侵蚀中的 应用,拓宽了土壤侵蚀研究手段,可对某些土壤侵蚀规律进行深入研究,以其快速、准确而在土壤侵 蚀领域越来越受到重视。 本文利用野外采样、布设试验,室内分析的方法,以黄土丘陵沟壑区为研究对象,研究了大气 沉降示踪核素~(137)Cs、~(210)Pb_(ex)和~7Be在土壤中的某些性质,利用它们进行了土壤侵蚀规律示踪研究,对 土壤侵蚀过程的研究取得了很有意义的结果: 一、在国内首次研究了~(137)Cs和~(210)Pbex在土壤及侵蚀泥沙搬运过程中随颗粒组成的变化 对~(137)Cs和~(210)Pbex含量与土壤颗粒组成的关系研究,结果表明~(137)Cs和~(210)Pb_(ex)含量在土壤粘粒中 的含量最高:通过对不同坡长径流小区以及流域沟道泥沙搬运过程中土壤颗粒组成的变化的分析,发 现在黄土丘陵沟壑区,在50m坡长的范围内,泥沙搬运过程中颗粒分选现象不明显,而在流域沟道, 泥沙在搬运过程中则发生了明显的颗粒分选现象,因此在利用示踪核素研究土壤侵蚀中,需根据情况 进行数据校正。 二、利用~(137)Cs示踪技术系统研究了小流域土壤侵蚀与沉积空间分布特征,为小流域的 科学治理提供了依据。 通过对小流域不同地貌部位表层土壤样品中~(137)Cs的测量与分析,表明小流域不同地貌部位~(137)Cs 含量有明显分异,并利用Winsufer软件对整个小流域土壤中~(137)Cs含量以及侵蚀强度进行了三维分析, 表明~(137)Cs含量在不同地貌单元分布不同,含量升高的部位多出现在沟缘线附近和沟口附近;小流域 土壤侵蚀强度从梁峁顶向沟坡逐渐增大,这是黄土高原广大水土流失区自然状态的或初步治理的小流 域侵蚀强度空间变化的基本特征。另外对小流域泥沙来源进行了分析,认为小流域泥沙主要来自沟谷 地,约占整个流域产沙量的70%。 三、在国内外首次利用~(137)Cs和~7Be复合示踪技术深入研究了次降雨条件下黄土区农耕 地坡面土壤侵蚀过程,并对WEPP模型中某些参数的确定进行了动态研究。 利用~(137)Cs和~7Be在农耕地土壤剖面中分布深度的不同,通过人工降雨实验,研究了坡面次降雨 条件下不同侵蚀类型的发生、发展。研究结果表明,~7Be可以更敏感的反映侵蚀过程中所发生的坡面 片蚀状况,可以将坡面片蚀和细沟侵蚀类型随时间变化定量区分开来。另外利用复合示踪法计算了细 沟侵蚀的量,并与传统研究方法得出的结果进行了比较,证明复合示踪技术得出的结果的可靠性。 利用~7Be和~(137)Cs复合示踪研究坡面侵蚀过程的结果,对WEPP模型细沟间侵蚀因子进行了探讨, 发现细沟间土壤可蚀性因子随时间的推移而出现双峰变化,表现出土壤在侵蚀的过程中可蚀性是变化 的,与传统研究方法相比结果更直接、准确。 四、利用”’Cs和”‘Pbex复合示踪初步探讨了在上壤侵蚀研究中的应用可行性。 ‘’℃S和’‘OPbeX的沉降在时间以及空间分布上具有相似性,在国内首次研究了表层土壤中”’Phel 和”’CS含量的变异,研究表明由于降雨不均等原因造成作为土壤中“OPbex和‘“CS含量的变异,变异 系数分别达到63.02%和63.6Th,而用’‘OPbex和‘”CS的比值可以显著降低这种变异性,变异系数为 32.39%,为利用’‘OPbe/”CS研究土壤侵蚀速率提供了依据。


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