青海共和盆地土壤风蚀的137Cs法研究(Ⅰ)——137Cs分布特征

土壤风蚀作为土地沙漠化的首要环节,对其准确测定和评估是十分迫切和必要的。放射性核素¹³⁷Cs作为人类核试验的产物,以其独特的理化性质而成为研究土壤侵蚀和泥沙沉积一种良好的示踪源。¹³⁷Cs法在水蚀研究领域已取得了显著的进展,而在风蚀研究中的应用却相对不足,目前尚处于探索阶段。作者选择青海共和盆地作为研究区,探讨¹³⁷Cs法在土壤风蚀研究中应用的可行性。通过对共和盆地不同类型土壤剖面的¹³⁷Cs取样分析,基本查清了区域¹³⁷Cs分布的若干特性,测定出不同类型土地¹³⁷Cs活度的排序为:林地>干湖盆>高寒草原>旱作农田≈干草原>固定沙丘>荒漠草原>流动沙丘>风蚀地,¹³⁷Cs总量的排序为:干湖盆>林地>流动沙丘>高寒草原>旱作农田≈干草原>固定沙丘>荒漠草原>风蚀地。并分析了一些典型剖面的¹³⁷Cs深度分布及其机制,将¹³⁷Cs深度剖面划分为正常剖面、沉积剖面、侵蚀剖面和人为扰动剖面4种型式。沙丘砂由于遭受反复吹失和沉积,其¹³⁷Cs含量逐渐减小,趋于微量的均匀化;而高寒草原的¹³⁷Cs含量在区域上也较为均匀,在深度分布上,接近负指数分布曲线保存了相对完好的¹³⁷Cs初始沉积剖面,是理想的¹³⁷Cs背景值样点。     

北部湾防城港沿岸土壤137Cs背景值及表层分布特征

在北部湾防城港沿岸采集土壤样品,通过测量样品¹³⁷Cs比活度及有机质含量,确定了¹³⁷Cs背景值,分析表层土壤中¹³⁷Cs分布特征,并探讨样品中¹³⁷Cs活度与有机质含量的关系。结果表明：研究区土壤中¹³⁷Cs背景值为626±15 Bq/m²,自然因素和人为活动对¹³⁷Cs在海岸带表层土壤中的再分配起到重要作用,不同表层样中¹³⁷Cs比活度高低表现为：自然林地>水稻田>旱田>草地>河口海湾。把研究区土壤表层样及P01剖面样中¹³⁷Cs含量与有机质含量进行相关性分析,结果表明：两者相关性显著,相关系数分别为0.414和0.732。通过探讨研究区¹³⁷Cs背景值及沿岸表层土壤¹³⁷Cs分布特征,可为进一步定量研究北部湾沿岸土壤侵蚀和堆积状况以及评价防城港红沙核电站运行后对环境的影响提供科学依据。     

土壤颗粒组成影响137Cs含量的初步实验结果

放射性核素¹³⁷Cs作为人类核试验的产物,以其独特的理化性质而成为研究土壤侵蚀和泥沙沉积一种良好的示踪源。在¹³⁷Cs的再分配过程中,土壤颗粒组成是影响土壤¹³⁷Cs的重要因子。一般认为,土壤中的¹³⁷Cs活度主要与粘粘含量有关,但这要取决于原生沉积物的颗粒组成。通过选取共和盆地主要的三种土壤类型,采集0~30cm的混合样品,进行入工筛分,测定不同粒径成分的¹³⁷Cs含量。初步实验表明,砂质土的¹³⁷Cs活度与平均粒径之间呈负指数关系,0.01~0.1mm组分对¹³⁷Cs含量的影响最为显著;壤质土的¹³⁷Cs活度主要与粗粉砂(0.01~0.05mm)含量有关,与137Cs活度主要与原生沉积物的颗粒特性和粒度有关.¹³⁷Cs一旦被原生沉积物颗粒吸附,在以后的土壤颗粒再分配过程中,是很难被置换掉的。     

新疆137Cs定年时标解析

¹³⁷Cs在年代测定和土壤流失等领域得到了广泛的应用。在认定¹³⁷Cs时标前,需要消除粘土和有机质（TOC）对¹³⁷Cs 的富集作用。通过对比新疆多个湖芯钻孔¹³⁷Cs 序列,发现它们异于北半球¹³⁷Cs 沉降模式,即出现了1954、1963、1975 和1986 这四种时标且1986 年的¹³⁷Cs 比活度可能异常的高。通过分析艾里克湖钻孔的¹³⁷Cs序列,并结合新疆其他地区多个钻孔的¹³⁷Cs序列,与北半球¹³⁷Cs沉降特征以及靠近北疆的Belukha冰芯²⁴⁰Pu²³⁹Pu沉降记录进行对比,分析了新疆¹³⁷Cs时标的可靠性以及1986年¹³⁷Cs比活度异常高的原因。在新疆¹³⁷Cs多个时标中,仅1963年的时标是高信度的（即北半球¹³⁷Cs最大沉积年）。1954年¹³⁷Cs蓄积峰代表其全球初始显著沉降,距今已有2个¹³⁷Cs半衰期,当年沉积通量低且可能发生¹³⁷Cs垂直迁移,仅能作为次要时标。1975年的时标反映了1960s- 1970s的中国核试验,但距离罗布泊～300 km的博斯腾湖对中国核试验有截然相反的记录,表明中国核试验不是稳定信号,其核沉降范围以及对湖芯的影响作用还需进一步评估,不能作为可信的时标。1986年蓄积峰对应切尔诺贝利核事故,因核尘埃未大量进入平流层且距离新疆较远（～4 000 km）,但同时考虑到新疆位于核事故的西风环流下风区,所以该事故对新疆有影响但影响不大。1986年的¹³⁷Cs时标可作为次要时标。新疆湖芯1986年的异常高蓄积峰可能是由新疆最近几十年的人类活动（如过牧、耕种等）加上1987/1988年的高降水导致的地表侵蚀增强引起的。增强的地表侵蚀导致含有高¹³⁷Cs含量的表层土壤颗粒被冲刷进入湖泊,叠加在切尔诺贝利核事故¹³⁷Cs沉降之上,进而导致了湖芯沉积物记录到显著的1986年¹³⁷Cs蓄积峰。     

内蒙古浑善达克沙地南缘 137Cs、 210Pbex复合示踪研究

土壤风蚀是导致土地退化、荒漠化以及大气扬尘、风沙天气的重要原因。内蒙古浑善达克沙地南缘是国家主体功能区规划确定的“两屏三带”的重要部分,科学估算本地区土壤风蚀强度及其变化,是地区生态安全和生态建设成效评估的重要内容。选择浑善达克沙地南缘的正蓝旗为研究区,运用 ¹³⁷Cs、 ²¹⁰Pb_ex复合示踪技术,对研究区土壤侵蚀速率及其变化进行了分析。结果表明：① 研究区内 ¹³⁷Cs本底值为2123.5±163.94 Bq·m ^-2, ²¹⁰Pb_ex本底值为8112±1787.62 Bq·m ^-2。② 基于 ¹³⁷Cs同位素示踪分析,研究区侵蚀模数为-483.99~740.31 t·km ^-2·a ^-1;基于 ²¹⁰Pb_ex同位素示踪分析,研究区侵蚀模数为-441.53~797.98 t·km ^-2·a ^-1。③ 与20世纪20-70年代相比,20世纪70年代以来土壤侵蚀与堆积速率明显降低,研究区风沙活动明显减弱,区域生态环境质量得到改善。综合 ¹³⁷Cs和 ²¹⁰Pb_ex的多同位素复合示踪技术在干旱、半干旱地区土壤侵蚀研究中具有较大的潜力。     

长江口水下三角洲239+240Pu和137Cs的分布特征及环境意义

在长江口水下三角洲采集沉积物柱状样SC07,通过测试沉积物柱样中^239+240Pu和¹³⁷Cs的活度,重点分析^239+240Pu活度的分布特征及其与¹³⁷Cs活度剖面的异同,以提取^239+240Pu活度剖面中的信息。结果表明：^239+240Pu活度剖面中存在与¹³⁷Cs一致的1963年蓄积峰和1958年次蓄积峰,且两者呈较显著的线性相关关系（R²=0.765）,表明在动力环境较强的河口地区,^239+240Pu与¹³⁷Cs仍可以反映相同的沉积过程。^239+240Pu活度起始层位对应于1948年,而¹³⁷Cs对应于1954年,表明^239+240Pu具有更高的测试灵敏度。SC07柱状样中¹³⁷Cs/^239+240Pu的同位素比值比全球均值低,说明^239+240Pu存在区域沉降来源。     

青海共和盆地土壤风蚀的137Cs法研究(Ⅱ)——137Cs背景值与风蚀速率测定

通过对高寒草原背景值样点(RS7)的分析,将共和盆地的¹³⁷Cs背景值含量确定为(2691.78±196.08) Bq·m^-2,基本接近北半球¹³⁷Cs背景值的平均水平,其¹³⁷Cs剖面满足尖峰分布函数,与公认的理论分布(即负指数分布)相比,呈现出峰值下移和曲线趋平的现象,可能与近几十年来¹³⁷Cs的稳定下渗有关。应用¹³⁷Cs背景值剖面分布函数,建立了风蚀速率的¹³⁷Cs估算模型,估算出四个样方的土壤风蚀速率,并由此转化为区域风蚀速率,计算出共和盆地区域土壤风蚀速率为12.556 t·hm^-2·a^-1,通过蚀积平衡检验,其误差水平小于10%。并分析了风蚀物的输出途径及其所占比例。     

云南抚仙湖近现代沉积速率变化研究

借助GPS定位,采集了云南抚仙湖不同区域的7 个沉积物柱芯。通过对抚仙湖沉积物柱芯样品的放射性核素²¹⁰Pb 和¹³⁷Cs 测试分析,发现所有柱芯中均存在3 个公认的¹³⁷Cs 计年时标(1954 年¹³⁷Cs首次沉降、1963 年全球公认的¹³⁷Cs最大沉降蓄积峰和1986 年前苏联切尔诺贝利核事故产生的¹³⁷Cs 沉降蓄积峰),部分柱芯中存在20 世纪70 年代中期中国大气核试验形成的1975/1976 年次级蓄积峰,分析了该次级定年时标存在的合理性。借助²¹⁰Pb CRS计年模式获得了抚仙湖过去百余年来的沉积年代,与¹³⁷Cs 时标计年结果相比较存在一定偏差,对两种计年结果产生差异的可能原因进行了探讨。基于²¹⁰Pb 和¹³⁷Cs 计年结果,结合历史文献记载得出,自19 世纪中期以来,抚仙湖各个沉积物柱芯(FX6 除外) 的沉积速率变化规律具有相似性,大致可以划分为3 个阶段：A：自然演化阶段,B：人为扰动阶段,C：人为改造阶段。这种不稳定的沉积环境与抚仙湖地区相应历史时期的人类活动有密切关系,表明人类活动是影响短时间尺度下环境变化的主要驱动力。     

2021年“3·15”沙尘暴沙尘来源核素示踪研究

沙尘暴对大气环境和人类健康造成严重影响,查明沙尘来源对防沙治沙具有重要意义。选择中国北方7地2021年“3·15”沙尘暴期间降尘样品,分析粒度组成和核素（²³⁵U、²³²Th、²²⁶Ra、¹³⁷Cs）含量差异。结果表明：西宁、兰州、西安、北京、济南和临沂6地降尘以粉粒为主,核素含量特征表明降尘是远距离搬运的风尘沉积或吹蚀起的附近黄土。除中卫和西安外,其余5地沙尘的¹³⁷Cs比活度远高于农耕地,低于植被覆盖度高的草地,沙尘的主要来源应不是农耕地,而是覆盖度低的侵蚀草地。西安沙尘的¹³⁷Cs比活度与农耕地相近,农耕地可能是沙尘的主要来源。中卫沙尘粒度粗,¹³⁷Cs比活度极低,沙尘来源于毗邻的腾格里沙漠。     

广东惠州黄洞水库沉积物特征及其反映的近50年土壤侵蚀意义

在广东省东南部惠州市的黄洞水库中取得沉积物柱芯,对其样品做了²¹⁰Pb 和¹³⁷Cs 比活度分析、粒度分析和孢粉及炭屑分析,并收集了这一水库邻近气象站的降水数据,计算了1960 年以来的年降水量、夏季（6-9 月） 降水量和24 小时暴雨量。利用上述²¹⁰Pb和¹³⁷Cs比活度分析结果建立了沉积物剖面的年代框架,结合孢粉浓度、炭屑浓度与降水量计算结果,对沉积剖面的粒度变化做出了解译,并初步推测1960-2009 年间水库所在流域的土壤侵蚀变化情况及其原因。研究表明,在该亚热带丘陵地区植被覆盖度较高的自然条件下,侵蚀作用对降水量波动和植被（尤其是乔木、灌木等木本植物） 覆盖度变化的响应十分灵敏,水库沉积物的粒度变化在一定程度上可以反映流域内土壤侵蚀相对强度的变化。     

Preliminary results of usingCs to study wind erosion in the Qinghai-Tibet Plateau

The world fallout of caesium-137 (¹³⁷Cs) associated with nuclear weapons testing during the 1950s and 1960s has provided a valuable man-made tracer for studies of soil erosion and sediment delivery. But relatively few researchers have used it to estimate wind erosion. In this paper, the¹³⁷Cs technique is introduced into the study of wind erosion and its modern processes in the Qinghai-Tibet Plateau. Two¹³⁷Cs reference inventories of 982·11 and 2376·04 Bq m⁻²was established preliminarily, which distribute in the south and mid-north parts of the study area respectively. By analysing the patterns of¹³⁷Cs depth profiles from sampling sites, the aeolian processes of erosion and deposition along nearly 40 years has been revealed, i.e. the shrub coppice dunes(S1) and semi-fixed dunefields (S3) had experienced the alternation of erosion and deposition, while the grasslands (S4, S6 and S7) and dry farmlands (S5) suffered erosion only. By using the¹³⁷Cs model, the average wind erosion rates for shrub coppice dune (S1), semi-fixed dunefields (S3), dry farmlands (S5) and grasslands (S4, S6 and S7) were estimated to be 84·14, 69·43, 30·68 and 21·84 tha⁻¹a⁻¹respectively, and for the whole Plateau, averaging 47·59 ha⁻¹a⁻¹which can be regarded as the medium erosion standard. These results derived from¹³⁷Cs for the first time have significant implications for the further research of wind erosion and desertification control in the Qinghai-Tibet Plateau.     

黄河内蒙古段土壤风蚀特征模拟

采集黄河内蒙古段风沙土、灰漠土、棕钙土和灌淤土,在室内进行土壤理化性质测定和风洞模拟试验。对比分析了4种土壤的理化性质和不同风速及含水量条件下的风蚀特征,并量化了不同土壤的风蚀强度与土壤理化性质间关系。结果表明：（1）相对于棕钙土和灌淤土,风沙土和灰漠土易蚀性颗粒含量较大,团聚体、有机质和碳酸钙含量较低,但相同风速和含水量条件下平均风蚀强度风沙土>棕钙土>灰漠土>灌淤土。（2）不同土壤风蚀强度与风速均呈较好的幂函数关系（R²≥0.85,P<0.05）,尤其是风沙土和棕钙土,幂函数关系明显优于指数函数。（3）除灰漠土,土壤风蚀强度与土壤含水量均呈较好指数函数关系（R²>0.90,P<0.05）,风沙土和灰漠土的风蚀强度突降的含水量临界点在4.5%左右,灌淤土和棕钙土无明显临界点。（4）不同土壤输沙率均随距地表高度的增加而急剧减少。在距地表10 cm范围内,不同土壤输沙率占总输沙率比例风沙土（82.67%）>灰漠土（80.77%）>灌淤土（74.07%）>棕钙土（73.77%）,当距地表大于30 cm后,集沙仪中基本收集不到风沙土和灰漠土风蚀颗粒。当轴心风速为16 m·s^-1时,不同土壤风沙流结构均表现为单峰曲线。（5）不同土壤风蚀强度与风速、含水量、团聚体、易蚀性颗粒和黏粒含量均呈较强的非线性相关关系（R²=0.76,P<0.05）。易蚀性颗粒含量是影响风蚀强度最主要的土壤属性,其次是干团聚体和黏粒含量。     

中国东部沙区表层沉积物粒度特征

通过分析中国东部沙区表层沉积物粒度特征及其与风力、植被覆盖的相关性,探讨了东部沙区现代风沙沉积环境及其区域差异性。结果显示:东部沙区各沙漠/沙地粒径级配相对一致,均以细沙、中沙为主,粒度分布整体呈单峰形态,中等分选,粒度分布和分选性均与西部沙区有较大不同。风力和植被覆盖状况的差异决定了各沙地所处的风沙环境性质和风沙活动强度不同,导致东部沙区表层沉积物粒度特征存在明显的区域差异性。其中,库布齐沙漠粒度特征与该区风蚀、搬运、堆积过程频繁交替的风沙活动方式密切关联;呼伦贝尔沙地粒度特征反映了风蚀主导的风沙环境;科尔沁沙地、浑善达克沙地,毛乌素沙地粒度特征和风沙活动方式相对复杂,与这3个沙地内部风蚀主导区和沙尘沉降主导区镶嵌分布的格局有关。东部沙区表层沉积物平均粒径和分选系数均与沙地年均风速和植被总盖度双因素之间具有显著的非线性相关性。     

东部沙区表土有机质和速效养分与风沙环境关系初探

东部沙区表土有机质、速效养分含量普遍较低。按照库布齐沙漠、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地的次序,有机质和速效K含量逐渐增大,这种分布格局与区域风沙环境性质、风沙活动方式密切相关;各沙漠/沙地内部,表土有机质和速效K含量分别与植被盖度、颗粒平均粒径、分选系数之间存在较好的相关性。速效N和速效P含量未表现出上述变化规律。可见有机质和速效K含量对风沙环境的变化较为敏感,因而其在表土中的再分配可以在一定程度上反映局地风沙环境的变化,而速效N和速效P对风沙环境的指示意义不明显。东部沙区表土有机质、速效N及速效P含量普遍高于西部沙区,而速效K含量明显偏低。     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷,暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大,水土流失严重,对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象,以苏达尔沟2011—2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础,分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征,给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明:观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10~4t,产沙模数为0.57×10~4t·km^-2;其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10~4t,产沙模数达1.36×10~4t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25～0.063 mm泥沙为主,约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加,同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加,风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%,且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

蒙古国中部草原地区风蚀沙漠化的风沙活动特征——以乔伊尔市为例

蒙古国是中蒙俄经济走廊的重要区段,但面临严重的荒漠化问题,区域经济社会发展受到严重威胁,而蒙古国中部草原地区是主要的荒漠化新扩展区,正经历强烈的草原风蚀沙漠化过程。以戈壁苏木贝尔省首府乔伊尔市为研究区,利用自建自动气象观测站（2019年5月—2020年7月）、集沙仪观测站（2019年8月—2020年8月）及当地气象站（1990—2018年）数据,对当地风蚀沙漠化的风动力条件、风沙流输沙及其他影响因素等基本特征进行了研究。结果表明：（1） 乔伊尔市具有强劲的风动力条件,年输沙势可达735.96 VU,合成输沙势为428.76 VU,合成输沙方向为SSW（195.06°）,风向变率指数为0.58,属高风能环境、中等变率双峰风况。（2） 临界起沙风速因受土壤水分和植被盖度的共同影响而随季节变化,夏季最高,冬季最低,春季与秋季居中,且相差较小。（3） 地表具有强烈的风沙活动,年风沙流输沙通量可达2.135 t·m^-1·a^-1,Owen最大输沙量模型适于该区风沙流模拟。研究结果对于蒙古国中部草原区防沙治沙和生态恢复具有重要参考价值。     

土地利用/覆盖变化对地表蚀积过程的影响——来自137Cs示踪的证据

 土地利用/覆盖变化不仅影响地表137Cs总量的再分配，而且显著影响土壤137Cs剖面分布。坝上地区各类土地利用/覆盖条件下137Cs总量的再分配，显示该区总体处于风蚀环境，其中农田和撂荒地是风蚀最严重的土地利用类型；137Cs剖面分布则指示了土地利用/覆盖变化过程中的土壤风蚀/堆积过程的转换，蚀积过程的转换证实了风蚀重灾区退耕还林还草，特别是退耕还草，对控制土壤风蚀、改善生态环境的重要意义。分析还认为，利用137Cs示踪方法计算土壤风蚀/堆积速率时，应格外注意样地的土地利用/覆盖变化过程。