风蚀土壤剖面137Cs的分布及侵蚀速率的估算

研究¹³⁷Cs在土壤剖面上的分布是应用¹³⁷Cs方法定量评价土壤风力侵蚀的基础. 以内蒙古太仆寺旗为研究区, 采集了4个样点、共62个土壤样本; 使用伽马能谱仪测定了各土壤样本的¹³⁷Cs活度, 计算得到各样点的¹³⁷Cs总量. 研究发现不同土地利用类型/土地覆盖等级的¹³⁷Cs剖面分布特征差异明显. 在低覆盖草地和中覆盖草地土壤剖面中, ¹³⁷Cs活度分布形态为负指数分布; 在高覆盖草地土壤剖面中, ¹³⁷Cs活度分布形态在剖面上部为单峰状, 单峰后继续为负指数分布; 在耕地剖面中, ¹³⁷Cs集中在犁底层以上, 且均匀分布. 对耕地和草地样点分别使用质量平衡模型和剖面分布模型, 可以估算得到农耕地、低覆盖草地、中等覆盖草地等3处样点的侵蚀速率分别为7990, 4270和1808 Mg/km²·a, 分别属于强度侵蚀、中度侵蚀和轻度侵蚀, 风力侵蚀强度与地面植被覆盖度呈负相关关系.     

蒙古高原北部典型草原区土壤风蚀的137Cs示踪法研究

土壤风蚀是蒙古高原北部典型草原区土地退化的主导因素之一. 运用¹³⁷Cs核素示踪技术对蒙古国巴彦淖尔、哈拉和林的不同牧场和弃耕地土壤风蚀速率进行了研究. 巴彦淖尔草原牧场、割草场采样点土壤风蚀速率在64.58~169.07 t·km^-2·a^-1之间, 均为微度侵蚀水平. 哈拉和林弃耕地年均土壤风蚀厚度4.05 mm·a^-1, 风蚀速率为6723.06 t·km^-2·a^-1, 达强度侵蚀水平, 自20世纪60年代开垦以来, 表层土壤累计风蚀损失17.4 cm. 牧场和弃耕地风蚀速率的差异表明, 在蒙古高原北部典型草原区, 人为翻动表土, 发展种植业, 会导致严重的土壤风蚀发生, 而传统牧业生产方式对土壤表层扰动较少, 未导致破坏性的土壤风蚀发生, 对维持生态系统稳定性有重要作用.     

川中丘陵区小流域泥沙来源的137Cs和210Pb双同位素法研究

在2002年开展的川中丘陵区武家沟小流域泥沙来源的调查中, ¹³⁷Cs和²¹⁰Pb双同位素示踪法得到了应用, 流域内陡坡林地、缓坡农台地和裸坡地表层土壤的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb平均含量分别为(7.15±0.40)和(162.01±3.86) Bq·kg^−1; (4.01±0.31)和(70.96±2.65) Bq·kg^−1; 0和(15.12±1.22) Bq·kg^−1. 近期水库淤积泥沙的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb含量分别为(3.06±0.23)和(72.66±1.61) Bq·kg^−1. 运用混合模型求得林地、农地和裸坡地(含沟岸)的相对来沙量分别为18%, 46%和36%. 农台地和裸坡地(含沟岸)是流域内最重要和次重要的泥沙来源. 根据1956年以来水库的泥沙淤积量, 流域输沙模数为642 t·(km²·a)^−1, 占流域面积约2/3的林地和1/3的农地的侵蚀模数分别为173和886 t·(km²·a)^−1.     

黄土丘陵区小流域侵蚀产沙对坡耕地退耕响应的137Cs法

通过赵家沟小流域1993年前后坝库泥沙淤积量和¹³⁷Cs含量的对比, 分析了黄土丘陵区梁峁坡地退耕后流域输沙模数和沟谷地、沟间地相对产沙量的变化. 梁峁坡耕地大面积退耕后, 短期内流域产沙量不但没有减少, 反而有所增加; 沟间地输沙模数和相对产沙量迅速减少, 沟谷地输沙模数和相对产沙量增加. 1994~1996年3年的输沙模数为29650 t·(km²·a)^-1, 是该流域多年平均输沙模数13413 t·(km²·a)^-1的2.2倍. 沟间地输沙模数不断下降, 从1994年的14335 t·(km²·a)^-1下降到1995年的7034 t·(km²·a)^-1和1996年的3517 t·(km²·a)^-1, 沟谷地平均输沙模数变化于44944和62136 t·(km²·a)^-1之间, 远高于1993年前的21118 t·(km²·a)^-1. 沟间地相对来沙量从1994年的23%减少到1995年的15%及1996年的6%, 而沟谷地相对来沙量从1994年的77%增加到1995年的85%及1996年的94%. 退耕后耕作土逐渐密实, 抗蚀性增强, 侵蚀减弱, 但土壤密实后入渗率降低, 梁峁坡地产流量增加, 梁峁坡地流入沟谷的径流量加大, 加剧了沟谷地的冲沟侵蚀和重力侵蚀, 沟谷地的侵蚀量和相对产沙量增大, 从而导致流域产沙量增加.     

210Pbex在土壤中的深度分布和通过210Pbex法求算土壤侵蚀速率模型

中国和英国的3个土壤剖面给出了非农耕地和农耕地土壤中²¹⁰Pb_ex和¹³⁷Cs的深度分布, 这两种核素的深度分布非常相似, 非农耕地核素的最大浓度出现在土壤表层, 向下浓度呈指数急剧降低; 农耕地核素基本均匀分布于犁耕层深度内. 中国黄土高原的²¹⁰Pb_ex本底值为573 mBq/cm², 略高于英国的520 mBq/cm². 20世纪50~70年代核试验产生的¹³⁷Cs在土壤中呈非稳定态分布, 而土壤中的天然核素²¹⁰Pb在土壤环境和侵蚀过程长期不变的情况下, 呈稳定态分布. 因此, 土壤中²¹⁰Pb_ex的质量平衡不同于¹³⁷Cs. 根据²¹⁰Pb_ex连续沉降、衰变和流失的过程, 推导出非农耕地和农耕地土壤中²¹⁰Pb_ex稳定态分布的质量平衡模型, 用以计算土壤侵蚀速率. 此外, 还给出了通过无侵蚀草地土壤中²¹⁰Pb_ex的深度分布, 求算农耕地²¹⁰Pb_ex表层富集系数的方法.     

蒙古高原北部典型草原区土壤风蚀的~(137)Cs示踪法研究

土壤风蚀是蒙古高原北部典型草原区土地退化的主导因素之一.运用137Cs核素示踪技术对蒙古国巴彦淖尔、哈拉和林的不同牧场和弃耕地土壤风蚀速率进行了研究.巴彦淖尔草原牧场、割草场采样点土壤风蚀速率在64.58~169.07t·km-2·a-1之间,均为微度侵蚀水平.哈拉和林弃耕地年均土壤风蚀厚度4.05mm·a-1,风蚀速率为6723.06t·km-2·a-1,达强度侵蚀水平,自20世纪60年代开垦以来,表层土壤累计风蚀损失17.4cm.牧场和弃耕地风蚀速率的差异表明,在蒙古高原北部典型草原区,人为翻动表土,发展种植业,会导致严重的土壤风蚀发生,而传统牧业生产方式对土壤表层扰动较少,未导致破坏性的土壤风蚀发生,对维持生态系统稳定性有重要作用.     

C2 (a3Πu)自由基与NO, N2O, O2, H2和NH3反应的动力学研究

研究了C₂(a³Π_u)自由基与NO, N₂O, O₂, H₂, NH₃等分子的反应动力学. C₂(a³Π_u)自由基是由266 nm光解C₂Cl₄产生的, 用激光诱导荧光(LIF)检测C₂(a³Π_u)自由基的相对浓度随着反应时间的变化, 得到C₂(a³Π_u)自由基与N₂O, NH₃的双分子速率常数: k_N2O(1.63±0.20)×10^&#8722;13 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1, k_NH3 = (5.92±1.00)×10^&#8722;14 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1. C₂ (a³Π_u)自由基与NO, O₂, H₂等分子反应的消耗速率常数: k_NO = (5.46±0.10)×10^&#8722;11 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1, (1.58±0.16)×10^&#8722;11 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1, k_H2 < 1.0×10^&#8722;14 cm³·mol^&#8722;1·s^&#8722;1. 对反应分析及理论计算的结果表明: C₂(a³Π_u)自由基与NH₃和H₂反应主要是抽氢过程, 且反应的入口通道都存在一个能垒.     

亚热带稻田生态系统土壤呼吸的估算

采用涡度相关技术, 于2002年8月开始对亚热带典型稻田生态系统的水、热和CO₂通量进行了连续监测, 利用2003~2005年连续3 a稻田休闲期(10月中旬至次年4月)夜间通量的监测结果分析土壤呼吸的动态变化及其与土壤温度的关系, 计算得出稻田土壤呼吸年变化动态. 结果表明: 稻田土壤呼吸具有明显的季节变化趋势; 稻田休闲期夜间土壤呼吸速率为52~398 mg·m^-2·h^-1, 其呼吸速率与不同深度(5, 10和20 cm)土壤温度呈指数相关关系(P<0.001), 以稻田5 cm土壤温度相关性最好; 根据得到的稻田土壤呼吸与土壤温度的关系模式, 计算出亚热带稻田生态系统年平均土壤呼吸速率为178.5~259.9 mg·m^-2·h^-1, 年土壤呼吸总量为1.56~2.28 kg·m^-2·a^-1. 研究结果表明, 利用稻田休闲期涡度相关法观测结果得到的关系模式估算稻田生态系统水稻生长季稻田土壤CO₂的排放速率和排放量是可行的.     

瓦里关山近地面气溶胶中7Be和210Pb的观测及其对臭氧浓度变化的示踪

2002年10月到2004年1月在青海省瓦里关山全球大气本底观象台开展了以周频次的近地面气溶胶中同位素⁷Be和²¹⁰Pb比活度采样分析, 并与同期近地面臭氧浓度的变化进行比较. 研究表明: 瓦里关山地区⁷Be和²¹⁰Pb比活度具有天气时间尺度的短期振荡特征, ²¹⁰Pb在夏季有明显的低值而7Be的季节性特征并不是很明显, 与全球其他高山站点已测的结果相比, 瓦里关地区⁷Be, ²¹⁰Pb比活度值高; 近地面臭氧与⁷Be比活度的变化趋势一致, 臭氧与⁷Be/²¹⁰Pb之间比臭氧与⁷Be之间有更高的相关性. 从同位素测定可以看出, 垂直输送对该地区近地面臭氧的收支平衡有显著的贡献.     

干草原地区土壤137Cs沉积特征

应用^137Cs示踪技术研究了半干旱干草原地区土壤风蚀过程和强度。根据不同地貌和植被条件下土壤剖面中的^137Cs沉积特征与背景值样点的对比分析，认为缓起伏草地和半固定少丘处于轻度风蚀与堆积状态，蚀积速率小于0．108cm/a；半流动沙丘表面风沙活动强烈，背风坡堆积速率大于1．35cm/a。     

黔中地区近地面空气210Pb的高浓度U型分布特征

认识²¹⁰Pb的空气浓度变化对湖泊沉积和流域侵蚀示踪, 对污染物全球扩散模型的建立和验证, 以及对生态系统受天然辐照的评价等多领域都是关键的环节. 基于云贵高原特殊的环境背景、沉积作用和大气模拟研究的前期进展, 自2001年12月20日起, 利用500 NE 型气溶胶采样器, 连续2年逐周在贵阳观风山采集近地面空气滤膜样品. 通过中国和美国两个实验室对²¹⁰Pb浓度的γ-能谱同步系统观测表明, 月均浓度呈现出规则的“U”型年分布; 冬季为高值期, 春末和夏季为低值期; 年均浓度2.77±0.63 mBq·m^-3, 为全球若干站点中最高平均浓度值的近4倍. 影响黔中地区空气²¹⁰Pb物质来源的可能因素有: 土壤中较高U-Ra系的²²²Rn释放; 碳酸盐岩溶蚀作用; 煤、磷资源开发、加工和利用的影响. 制约黔中地区空气²¹⁰Pb高浓度和U型年分布特征的重要因素在于²²²Rn的析出. ²¹⁰Pb月均浓度随降水量呈现良好的幂函数关系, 并随气温呈现良好的分组线性关系. 其中: No.1组(6~11月)反映了较高温度季节土壤²²²Rn 的相对低释放; No.2组(12~5月)映射了较低温度季节土壤²²²Rn 的相对高析出. 以降水和气温均权影响模拟计算获得的²¹⁰Pb月均浓度与实测值之间具有很好的一致性, 反映出黔中地区近地面空气²¹⁰Pb浓度呈现出规则的“U”型年分布特征主要由区域性的降水和气温制约; 同时还说明其年内气温和降水的变幅制约着²¹⁰Pb月均浓度的高值与低值之比. 在月时间尺度下, 降水量和气温作为影响土壤(岩石)中²²²Rn析出的主要因素, 获得了很好的映证.     

九龙江河口区不同粒级210Po的输入-迁出速率及其意义

对九龙江河口区表层水中溶解态、低分子量组分和胶体态²¹⁰Po的地球化学行为进行了分析, 估算了3种组分的输入-迁出速率. 结果表明, 溶解态和低分子量组分²¹⁰Po均表现出强烈的迁出行为, 胶体态²¹⁰Po在低盐区(S＜15)迁出而高盐区(S＞15)输入. 3种组分²¹⁰Po输入-迁出速率揭示了²¹⁰Po在九龙江河口区被快速地迁出. 输入与迁出速率之间的差异反映了各组分²¹⁰Po地球化学行为的不同. 低分子量组分²¹⁰Po比通常所谓的溶解态²¹⁰Po更适合于表征其在河口区的地球化学行为.     

加拿大海盆河水组分的平均停留时间

通过对西北冰洋海水中¹⁸O, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra的分析, 应用δ¹⁸O-S-PO*示踪体系计算了水体中河水组分和海冰融化水组分的份额, 并根据陆架区与深海盆²²⁸Ra/²²⁶Ra)_A.R.与河水组分之关系的差异估算海盆区河水组分的平均停留时间. 结果表明, 加拿大海盆的河水份额明显高于陆架区, 证实该海盆是陆架所输送河水的主要储存区. 楚科奇陆架、波弗特陆架水体中的²²⁸Ra活度浓度介于0.16~1.22 Bq/m³之间, 比中、低纬度陆架区的数值来得低, 反映出海冰融化水的影响. 陆架水²²⁸Ra/²²⁶Ra)A.R.与河水组分份额之间具有良好的线性正相关关系, 而加拿大海盆水体的²²⁸Ra/²²⁶Ra)A.R.落在该拟合线下方, 反映出水体离开陆架区往深海盆运移过程中²²⁸Ra的放射性衰变损失. 根据陆架水与海盆水²²⁸Ra/²²⁶Ra)A.R.与河水组分份额之关系的差异估算出加拿大海盆河水组分的平均停留时间为5.0~11.0 a. 该停留时间决定了北大西洋深层水形成区域上层水体淡化对北冰洋入海径流响应的滞后时间.     

青海湖现代沉积速率空间分布及沉积通量初步研究

考察了青海湖表层沉积物¹³⁷Cs活度及通量时空分布, 建立了湖泊沉积速率空间分布模式. 青海湖河口/岸边区域沉积物¹³⁷Cs通量高, 但平均¹³⁷Cs活度低; 湖中心区域¹³⁷Cs通量低但平均活度高. 河口/岸边区域沉积速率高, 沉积物陆源组分(如SiO₂, Fe₂O₃, Ti等)的含量及通量高. 湖中心区域沉积速率低, 化学/生物沉积组分(如次生碳酸盐)含量高. 因此, 决定青海湖沉积速率空间分布的主要因素是流域陆源物质的堆积速率. 根据本文获得的不同湖区沉积速率计算了青海湖平均质量堆积速率(0.0337 g•cm⁻²•a⁻¹), 并用Ca质量平衡方法检验了该平均值的合理性. 在此基础上, 估算了青海湖沉积通量及流域泥沙输入和大气粉尘对湖泊沉积的贡献.     

激光阶段加热40Ar/39Ar法在年轻火山岩上的应用

年轻火山岩的定年一直是年代学研究中的一个难题. 由于样品中极低的放射性成因⁴⁰Ar^*的含量, 因此以往这类样品的定年多采用K-Ar法. 但K-Ar法本身的局限使其难以判断过剩Ar对测年结果的影响, 对于年轻样品来说, 这一影响是致命的. 本文应用CO₂激光阶段加热⁴⁰Ar/³⁹Ar法对腾冲晚更新世玄武岩基质(DF-2)的年龄进行了测定. 在14个加热阶段中, 有13个阶段的结果组成了一条较好的反等时线(MSWD=1.4), 确定了该玄武岩基质的年龄为32.2±7.1 ka(2σ ). 反等时线结果也表明该样品的初始Ar同位素组成为297.1±2.0(2σ ), 在误差范围内和大气Ar的同位素组成相同. 这一结果表明CO₂激光阶段加热⁴⁰Ar/³⁹Ar法是测定低钾含量的年轻火山岩基质的有效手段.     

白垩纪超静磁带期间一个短极性事件ISEA: 40Ar/39Ar定年和古地磁结果

为进一步确定白垩纪超静磁带(CNS)期间短极性事件ISEA的年代, 对辽宁北票三宝营采石场白垩纪火山岩进行了较为详细的岩石磁学和古地磁研究以及⁴⁰Ar/³⁹Ar定年. 岩石磁学实验表明三宝营火山岩的载磁矿物以似单畴的贫钛的磁铁矿为主; 系统热退磁结果表明, 在400℃/450℃之后可分离出特征剩磁分量, 且记录了反极性的古地磁场. ⁴⁰Ar/³⁹Ar测年结果表明, 三宝营火山岩的喷发年龄为116.0±0.3 Ma. 综合古地磁与⁴⁰Ar/³⁹Ar测年结果可知, 上述火山熔岩流记录的反极性地磁事件对应于白垩纪超静磁带期间的ISEA. 对白垩纪超静磁带期间短极性事件ISEA发生时间的确定, 为研究白垩纪全球地质事件的发生与地球内部动力学过程的相关性提供了年代学依据.     

大青山逆冲推覆构造形成时代的40Ar/39Ar年龄证据

大青山逆冲推覆构造发育在石拐中生代沉积盆地南侧, 由一系列由南向北逆冲推覆的构造岩片相互叠置构成的复杂逆冲推覆体系, 具有多期逆冲推覆变形演化历史. 为了确定构造变形时代, 对断层带内同构造黑云母和白云母分别进行了常规⁴⁰Ar/³⁹Ar和激光微区⁴⁰Ar/³⁹Ar测年研究, 获得了193.7±3.9 Ma和121.6±1.6 Ma两个等时线年龄, 表明了大青山逆冲推覆构造具有两期逆冲推覆变形作用, 早期发生在印支期, 晚期发生在燕山期. 同位素测年结果与野外地质关系符合一致, 印支期逆冲推覆变形作用是由南向北推覆, 并且形成了一系列东西方向展布的大型逆冲断层和褶皱构造, 晚期燕山期逆冲推覆变形向北北西方向推覆, 叠加改造了印支期逆冲推覆构造.     

西藏喜马拉雅冷杉年轮δ 13C与气候意义

对采自青藏高原东南部林芝地区的喜马拉雅冷杉进行交叉定年后, 分析了喜马拉雅冷杉年轮 δ ¹³C序列与气候要素之间的关系. 去除大气CO₂浓度升高导致大气CO₂中δ ¹³C下降和生长趋势的影响后, 建立树轮δ ¹³C值的残差序列Δ¹³C. 利用附近林芝气象站的气象资料, 分析了树轮Δ^{13C序列对气候要素的响应. 结果表明: 冷杉δ 13C的高频振荡与该地区前一年的9～11月降水和相对湿度存在较好的相关性, 并存在强的滞后效应. 通过建立回归方程重建了该区域的秋季(9～11)月相对湿度序列, 解释方差达37.9%. 重建相对湿度序列表明1800年前相对湿度变化周期较短、变幅较小, 1800～2000年则相反.}     

松嫩草甸草地碱茅群落根呼吸对土壤呼吸的贡献

采用土壤呼吸和根生物量线性回归法估算了松嫩草甸草地碱茅群落生长季节根呼吸对土壤呼吸的贡献量. 土壤呼吸速率6月末达到最大值2.45 μmol·m^-2·s^-1, 9月降至最小值0.39 μmol·m^-2·s^-1. 土壤温度是土壤呼吸季节变化的决定因素. 根生物量变化范围为0.54~0.97 kg·m^-2, 没有显著的季节变化. 微生物碳8月中旬达到最大值, 为0.50 g·m-2. 微生物碳的空间变异非常小, 变异系数不超过5%. 根呼吸速率的季节变化不同于微生物呼吸速率. 根呼吸速率最大值(1.39 μmol·m^-2·s^-1)出现在6月末, 最小值(0.19 μmol·m^-2·s^-1)出现在5月; 微生物呼吸速率最大值(1.27 μmol·m^-2·s^-1)出现在7月, 最小值(0.11 μmol·m^-2·s^-1)出现在9月. 微生物呼吸速率和土壤温度之间具有显著的指数相关, 根呼吸速率和土壤温度之间的相关性不显著. 根呼吸对土壤呼吸的贡献量在春季和夏季为24%~57%, 秋季升至73%.     

郯庐断裂带同造山走滑运动的40Ar/39Ar年代学证据

大别造山带东缘的郯庐断裂带, 具有两期左旋走滑韧性剪切带. 最近从3处早期韧性剪切带糜棱岩中, 获得了3个白云母的⁴⁰Ar/³⁹Ar坪年龄, 分别为192.5±0.7, 189.7±0.6, 188.7±0.7 Ma, 认为代表了早期左旋走滑变形的冷却年龄. 这表明郯庐断裂带的左行平移起源于华北、华南板块沿大别-苏鲁造山带碰撞造山过程的后期, 属于同造山走滑构造. 而其在早白垩世滨太平洋构造活动时又被利用而再次发生左行平移. 认为该断裂带在造山期可能是以转换断层型式出现的.