小流域侵蚀与产沙关系的137Cs、210Pbex示踪研究

Abstract

长江上游严重的水土流失，不但引起土地生产力下降，而且大量入江泥沙沉积在干支流，给长江中下游带来洪灾隐患。流域侵蚀与产沙问题一直是水土保持工作最为关心的问题，也是开展水土流失动态监测需要解决的关键问题。在以小流域为单元的水土保持综合治理工作中，小流域治理的规划、设计及治理效果的评价，都是建立在小流域土壤侵蚀的时空分异特征进行定量评价的基础上。本文以长江上游川中紫色土丘陵区典型小流域为研究对象，利用137Cs、210Pbex核素示踪方法，通过野外调查和室内分析相结合，研究了大气沉降核素137Cs、210Pbex在土壤中的某些性质及分布特征，并进而研究了该区域土壤侵蚀规律。从成因、过程和发展趋势方面定量评价了小流域土壤侵蚀分布及产沙来源，对小流域水土流失的综合防治、治理效果评价具有重要的实践意义；对推动该区土壤侵蚀产沙过程研究具有重要的理论意义。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 1. 阐明了137Cs、210Pbex在紫色土及侵蚀泥沙中的含量与颗粒粒径的关系。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 通过研究，发现137Cs和210Pbex主要被土壤粘粒所吸附，土壤颗粒越细其含量越高，反之亦然。与原状土土壤颗粒组成相比较，在坡长25m的坡面上，坡面侵蚀泥沙在输移过程中没有发生颗粒分选现象，沉积区的耕层与犁底层之间的颗粒组成、沟谷中不同地段水田的土壤颗粒组成都没有明显的差别；137Cs和210Pbex都存在明显的空间分异，而二者比值的空间变异性小于各自的变异性，显示二者复合示踪估算流域土壤侵蚀及泥沙来源具有更高的可靠性。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2. 研究了紫色土丘陵区典型小流域不同地貌部位侵蚀与沉积分布及空间差异性。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 研究表明，紫色土丘陵区小流域不同地貌部位侵蚀与沉积的空间差异性非常显著，坡耕地土壤侵蚀强度自丘陵顶到丘麓呈下降趋势，丘顶及上丘侵蚀强度大，坡麓耕地土壤侵蚀强度减弱，甚至还可能出现堆积现象；沟谷水田、槽土为泥沙沉积区。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 3. 研究了紫色土丘陵区地形因素与侵蚀之间的关系。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 研究表明，在响水滩小流域40m坡长范围内，坡长、坡度与土壤侵蚀量呈指数关系；沿着坡下的方向，坡段的侵蚀量随坡长的增加显著减少；5&deg;&mdash;16&deg;范围内，侵蚀量随坡度的增加而增加；坡向差异对土壤侵蚀强度的影响明显，阴坡侵蚀量明显低于阳坡的侵蚀量。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 4. 研究了小流域不同土地利用方式与土壤侵蚀量的关系。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 研究结果表明：各类用地按照侵蚀模数的大小，依次是裸岩＞坡耕地＞林地；按照侵蚀程度划分，裸岩区、坡耕地、林地分别属于极强侵蚀、中度侵蚀和轻度侵蚀。个别川台土、水田地块为微度侵蚀。分析认为，裸岩区是该流域的主要侵蚀源，坡耕地为流域的主要产沙源。&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 5. 尝试用137Cs示踪方法计算了小流域泥沙输移比。用137Cs示踪方法计算出小流域多年平均泥沙输移比为0.32，并通过与以往研究成果的对比分析，证明用137Cs示踪法所得出的结论基本反映了该小流域泥沙的实际侵蚀、搬运状况，此结论是合理的，说明在我国南方丘陵地区，当流域内侵蚀和沉积明显共存时，可以通过在小流域合理布点取样，用137Cs示踪技术方便、快速地获得流域的泥沙输移比。并根据该区域径流泥沙悬、推移质比例对沱江(响水滩小流域所属流域)水文站观测的悬移质资料进行还原，修正得到川中丘陵区沱江流域的泥沙输移比为0.33，与本文得出的结果非常吻合。&nbsp;&nbsp;&nbsp; 6. 应用210Pbex示踪方法初步研究了流域不同类型用地的相对来沙量及坡耕地多年平均侵蚀模数。通过137Cs示踪方法研究了不同类型用地的相对来沙量，并根据210Pbex的分布深度大于137Cs的特点，以及210Pbex在不同源地土壤表层中含量的显著差异，利用配比法进行对比检验；结果表明两种方法所得出的不同类型源地的相对来沙量一致；用210Pbex示踪法计算了坡耕地的侵蚀模数，并与张信宝和Quine用137Cs方法计算的结果进行了对比分析，前者得出的侵蚀模数偏小，表明在过去的110年间自137Cs沉降以来(1954年)，侵蚀程度有增加的趋势。</span