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.     

蒙古高原塔里亚特-锡林郭勒样带土壤风蚀速率的137Cs示踪分析

运用¹³⁷Cs示踪技术, 查明了蒙古高原西北-东南向的塔里亚特-锡林郭勒样带区域7个典型景观类型采样点风蚀速率及变化特征, 分析了不同区域土壤风蚀速率的主要影响因素. 研究表明: 各采样点¹³⁷Cs面积活度介于(265.63 ± 44.91)~(1279.54 ± 166.53) Bq·m^-2, 差异明显, 相应的风蚀速率分别为64.58~419.63 t·km^-2·a^-1. 样带上蒙古国境内部分, 人类活动较轻微, 由北向南, 随主要的植被景观和气候指标变化, 相应的土壤风蚀速率基本呈逐渐加大趋势, 表明该区域土壤风蚀过程主要受自然因素的影响和调节; 样带上内蒙古锡林浩特和正镶白旗2个典型草原样点风蚀速率为蒙古国巴彦淖尔典型草原样点风蚀速率的近3倍, 除导致风蚀加剧的自然条件差异之外, 通过比较两地人口密度和载畜量水平, 表明人类扰动是导致内蒙古典型草原样点风蚀加剧的主要因素之一.     

黄土高原水蚀风蚀交错带坡耕地土壤风蚀速率空间分布

受水蚀和风蚀的交错作用,黄土高原水蚀风蚀交错带的土壤风蚀速率难以从总侵蚀中提取出,更难以描绘其坡面分布特征.本研究运用~7Be示踪技术,在神木县六道沟流域选择方向偏北的砂壤土和黏壤土坡耕地,沿与坡面走向大致平行的方向布设采样线,采集0~30 mm土壤样品,估算土壤风蚀速率,探究风蚀速率的坡面分布特征及其所指示的风况和微地貌特征.结果表明:经过风季后,表层土壤颗粒变粗,比表面积变小,有机质含量降低,这些土壤理化性质变化表明两坡面均发生风蚀.砂壤土坡面A的平均风蚀速率为1560.81 t/(km~2 a),黏壤土坡面B的平均风蚀速率为694.26 t/(km~2 a),风蚀速率在两坡面均呈现从坡顶到坡脚逐渐减小的空间分布特征.两坡面风蚀速率等值线分布不仅指示了土壤风蚀的坡面分布特征,还揭示了造成该分布的有效合成风向为北风.风蚀速率等值线的局部形状变异显示了坡面微地貌形态,等值线的变异程度显现了微地貌对风蚀速率的影响程度和范围.     

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210Pbex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210Pbex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210Pbex的质量平衡不同于137Cs. 根据210Pbex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210Pbex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210Pbex的深度分布, 求算农耕地210Pbex表层富集系数的方法.     

三江源区典型高寒草甸土壤侵蚀的137Cs定量分析

高寒草甸是青海三江源地区的主体生态系统. 高寒草甸的根系盘结, 形成坚实的“地毯式”草皮层, 固土持水能力强, 是维持“中华水塔”的主要贡献者. 为了定量分析典型高寒草甸的抗侵蚀能力, 本文选择草皮层完整、植被覆盖度在60%以上的典型高寒草甸坡面, 进行了土壤侵蚀的¹³⁷Cs核素示踪研究. 结果表明: (1) 各采样坡面土壤侵蚀强度属微度-轻度侵蚀水平, 玉树县玛龙村坡面多年平均土壤侵蚀模数为464 t km^-2 a^-1, 玛多县野牛沟乡坡面为415 t km^-2 a^-1, 称多县珍秦乡坡面为875 t km^-2 a^-1. (2) 在坡面尺度上, 土壤侵蚀速率与植被覆盖度呈负相关, 植被覆盖度越高, 坡面侵蚀模数越小(P<0.01, R²=0.986); 在样点尺度上, 土壤侵蚀速率与植被覆盖度之间也具有较好的负相关关系(P<0.01, R²=0.555). (3) 三江源地区高寒草甸坡面侵蚀强度及其与植被覆盖度的关系表明, 植被是土壤侵蚀的最主要影响因素之一, 具有完整草皮层且植被覆盖度较高的高寒草甸, 对于土壤保护和防止水土流失具有重要的意义.     

京津风沙源土壤风蚀时空格局及其演化

为了控制土壤风蚀及其产生的沙尘释放对京津地区大气环境的影响,中国政府于21世纪初实施了具有重要战略意义的京津风沙源治理工程.通过植树种草、轮牧禁牧、土地利用优化等措施,丰富了区内生物多样性,提高了区内植被盖度,生态环境得到一定程度的改善.基于野外调查、室内实验、遥感影像反演以及气象数据,本文采用《全国水土流失动态监测规划(2018～2022年)》和《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》中指定的土壤风蚀模型,计算了京津风沙源治理以来典型年份、土地利用变化和气候变化共计3种情形下土壤风蚀,揭示了京津风沙源土壤风蚀模数和强度的时空格局及其演化规律,明确了土地利用变化、气候变化对京津风沙源土壤风蚀时空格局的影响,发现气候变化导致风蚀模数和面积的变率,与当年对应的变率相当,大于土地利用变化的影响.此外,土地利用变化情形风蚀面积总体减少,尤其是2010～2015年间减小了4.10%,说明京津风沙源治理工程发挥了重要作用,为京津风沙源治理工程效益评估以及优化布局提供科学依据.     

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(0.0337g·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.     

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.     

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.     

黄土丘陵区退耕上限坡度的研究论证

以野外考察研究资料为基础 ,结合定位观测和人工降雨模拟实验 ,对黄土丘陵区退耕上限坡度进行了科学论证 .研究结果表明 ,坡耕地上浅沟侵蚀的发生发展是导致侵蚀量剧增的主要因素 ;发生浅沟的临界坡度为 15°～ 2 0° ,大于 2 5°的陡坡耕地浅沟发生的频率最高 ,其侵蚀量可占坡耕地总侵蚀量的 70 %左右 ;浅沟侵蚀强度的剧增在于其流量、流速及单位流量的平均含沙量均明显大于片蚀和细沟侵蚀过程 .据此提出 ,必须禁止开垦发生浅沟侵蚀强度最大的大于 2 5°的陡坡 ,并尽可能控制在发生浅沟侵蚀的临界坡度 15°～ 2 0°以下 .     

京津风沙源地表沙尘释放及其区域分异

土壤风蚀引起的地表沙尘释放及其输移过程,是干旱半干旱区最为重要的地表过程之一.准确估算地表沙尘释放是揭示沙尘暴发生机制、阐明地表沙尘释放与陆地生态系统耦合作用的基础,也是制定防沙治沙和大气环境治理规划和决策的依据.基于野外调查、表层土壤采集及其室内实验、遥感影像以及气象站观测资料,估算了4个不同时期4个粒径组地表沙尘释放,揭示了京津风沙源地表沙尘释放的时空分布及其对粒径的响应,明确了京津风沙源不同区域和土地利用地表沙尘释放的贡献.在此基础上,从控制地表沙尘释放及其对区域大气环境中可吸入颗粒物影响的角度,提出京津风沙源治理的重点区域是农牧交错带、燕山丘陵、荒漠草原、晋北山地丘陵,治理的土地利用核心是耕地,而不是沙地,为京津风沙源治理工程的优化布局提供科学依据.     

不同土地利用下的岩溶作用强度及其碳汇效应

不同土地利用下的岩溶作用研究不仅关系到区域岩溶碳汇估算, 也关系到岩溶区陆地碳源/汇的准确评估. 利用标准溶蚀试片法研究了2 个典型岩溶动力系统内3 个岩溶泉小流域不同土地利用下的土下溶蚀速率. 结果表明, 不同土地利用下的土下溶蚀速率差异较明显, 耕地、灌丛、次生林、草地、原始林平均值分别为4.02, 7.0, 40.0, 20.0 和63.5 t km^-2 a^-1. 因此, 在进行区域尺度岩溶作用碳汇估算时, 除了考虑气候、水文、地质等条件外, 还必须考虑土地利用类型的差异. 植被的正向演替对岩溶碳汇有显著的促进作用, 原始林地土下岩溶作用碳汇量是次生林地的3 倍, 灌丛的9 倍, 也就是说, 从耕地或灌丛演化到次生林地, 由岩溶作用产生的碳汇可提高5.71~7.02 t km^-2 a^-1, 若演化到原始林地则达24.86~26.17 t km^-2 a^-1. 岩溶区地表森林系统的增汇过程发生的同时, 地下也同步发生着类似的增汇过程.     

波浪作用下岬湾海滩蚀积特点:以澳大利亚Narrabeen海滩为例

岬湾海岸因其特殊的岬角弧形地形,导致海岸线的冲淤与顺直海岸有明显区别.本文分析了1997～1998年澳大利亚东南部Narrabeen岬湾海滩实测数据.以1次典型的大浪过程为例,详细分析了大浪对海滩的侵蚀及其后的常浪修复期海滩岸线的演变情况,以及岬湾海滩蚀淤沿岸差异与波浪要素之间的关系.为讨论海滩岸线旋转的非偶然性及其原因,还分析了1990～2000年6次大浪事件前后的海滩旋转情况,这6次大浪事件后均有8个月以上的常浪期.研究结果表明:大浪期间海滩普遍侵蚀,常浪期间沿岸蚀积的差异性导致海滩旋转;在常浪恢复期间北部至中部剖面南方涛动指数(southern oscillation index,SOI)负相关,南部剖面与SOI指数正相关,导致北蚀南淤,从而岸线会发生旋转;伴随着SOI指数的增减,南北冲淤特性随之发生改变,海滩岸线旋转呈现周期性.     

瞬态吸收光谱研究水相中三丁基锡与·OH自由基反应机理

利用355nm激光闪光光解技术研究了无氧和氧饱和两种条件下三丁基锡与亚硝酸水溶液的紫外光解反应.实验表明,·OH自由基攻击三丁基锡阳离子(SnBu3 )的正丁基生成SnBu3 ·OH加合物,其二级生成速率常数为(1.05±0.07)×1010L·mol-1·s-1.SnBu3 ·OH加合物在无氧时发生一级衰减,其衰减速率常数为(3.50±0.32)×105s-1;氧饱和时,SnBu3 ·OH加合物衰减速率比无氧时要快很多,表明SnBu3 ·OH加合物能迅速与O2发生反应,生成SnBu3 ·OHO2加合物.根据实验结果和动力学推导得到其二级生成速率常数为(6.4±1.3)×108L·mol-1·s-1.     

夏玉米叶片和冠层尺度的水碳耦合模拟

蒸腾作用和光合作用是两个密切联系、相互耦合的过程,主导作物的生理活动及产量形成,研究不同尺度水碳耦合关系对提高水分利用效率(WUE)意义重大.以光合仪、涡度相关仪等实测数据为依据,分析了我国华北地区夏玉米叶片和冠层尺度的光合与蒸腾(蒸散)的变化规律,率定和验证了SMPT-SB模型在这两个尺度的应用效果.结果表明,在夏玉米生育期典型日内,叶片尺度的光合与蒸腾速率,以及冠层尺度的光合与蒸散速率日变化趋势基本一致,但冠层尺度蒸散受表层土壤含水量的影响较大.SMPT-SB耦合模型估算的叶片光合、蒸腾和WUE与实测值之间的回归系数接近1,确定系数大于0.74,二者之间的相对误差小于11%,能够较好反映叶片光合与蒸腾之间的耦合关系.SMPT-SB耦合模型估算的冠层尺度光合与实测值一致性也较好,但该模型低估了表层土壤含水量较高时的冠层蒸散量,并在一定程度上导致了冠层WUE的高估.该研究为理解不同尺度水碳耦合关系及提高水分利用效率提供科学依据.     

水土流失防控是黑土地保护的重点

<正>黑土地耕地面积和年粮食总产量分别占全国的1/4,而商品粮调出量却占全国的1/3,是国家粮食安全的“压舱石”^[1].然而,由于高强度掠夺式经营,种植结构的变化,加之漫川漫岗地貌和春季多风、夏季集中降雨、冬春冻融等自然因素,开垦只有百余年的黑土坡耕地侵蚀退化和水土流失严重,致使富含有机质的黑土层变薄,表层有机质含量显著降低,容重增加,严重者部分母质裸露,形成沟道,损毁耕地.     

石油污染土壤的近红外波段偏振光特性测量

传统遥感技术监测石油污染的实践过程中, 通常认为红外探测器是最为实用的遥感探测器, 并以反射比值作为监测的定量指标. 提出以偏振度作为偏振光遥感的定量指标, 并以吉林省松原油田原油和当地典型表层土壤为实验原料, 在实验室内对4个水平的含油量、3个水平的含水量土壤样品在近红外波段进行了多角度探测模拟实验, 又在室外实地测量了在180°相对探测方位角, 10°, 30°和50°探测天顶角条件下的石油污染土壤与清洁土壤的偏振度值. 结果表明, 当土壤含水量较低时, 土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而增大; 当土壤含水量较高时, 土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而降低.     

青藏高原东北部土壤冻融过程的数值模拟

利用青海省苏里站2009 年2 月1 日~12 月31 日的气象观测资料作为模式强迫场, 使用陆面过程模式CLM3.0(Community Land Model), 对青藏高原东北部季节性冻土区域进行模拟.结果表明, 模式能够较好地模拟出各层土壤的冻融变化趋势, 但在融化阶段, 模拟的土壤温度高于观测, 融化结束时间早于观测; 冻结阶段, 模拟的土壤温度略低于观测, 深层土壤冻结时间早于观测; 整体看来, 模式对冻结过程的模拟好于对融化过程的模拟, 对靠近表层的土壤模拟好于深层. CLM3.0 模式中认为冻土在土壤温度高于0℃时发生融化, 本文根据热力学平衡方程得到土壤发生冻融的临界温度, 进而对冻土的融化条件进行调整, 融化条件的调整减缓了冻土的融化速率, 使得土壤温度模拟降低, 同时, 调整后的模式模拟结果反映了冻土融化过程中伴随有冻结过程的发生, 与真实的冻土融化过程更为接近. 此外, 通过敏感性试验发现, 融化过程和冻结过程中土壤水的冻结速率是不同的, 表明模式中用于计算土壤发生相变后温度的方案还有待进一步改进.     

南极菲尔德斯半岛苔藓泥炭层14C测年

根据南极菲尔德斯半岛海岸阶地面上苔藓泥炭层剖面上、中、下3层泥炭的14C数据,推得该苔藓泥炭层上段的平均累积速率为0.195 mm·a-1,下段为0.069 4 mm·a-1. 由下部苔藓泥炭的14C数据和下段平均累积速率,推得该地区海拔18 m的海岸阶地形成时间应略早于4 300 aBP,且自4 300 aBP以来这里的海滩一直处于稳定上升状态. 相应这个地区的冰盖解体与冰退过程也应早于4 300 aBP.     

南海ODP 1143站第四纪高分辨率的蛋白石记录及其古生产力意义

南海南部ODP 1143站位第四纪以来的蛋白石含量及其堆积速率与底栖有孔虫氧同位素记录的对比显示, 900 ka以来蛋白石含量及其堆积速率在间冰期明显增加, 而冰期降低, 反映了间冰期高的表层生产力, 可能是由于间冰期夏季风的加强, 从而导致了上升流的增强和营养提供的增加. 底栖有孔虫氧同位素记录与蛋白石含量及其堆积速率的时间序列频谱分析结果表明, 900 ka以来南海南部表层生产力变化主要受地球轨道周期的驱动.