High-frequency monitoring of hydrological and biogeochemical fluxes in forested catchments of southern Chile

The variability of rainfall-dependent streamflow at catchment scale modulates many ecosystem processes in wet temperate forests. Runoff in small mountain catchments is characterized by a quick response to rainfall pulses which affects biogeochemical fluxes to all downstream systems. In wet-temperate climates, water erosion is the most important natural factor driving downstream soil and nutrient losses from upland ecosystems. Most hydrochemical studies have focused on water flux measurements at hourly scales, along with weekly or monthly samples for water chemistry. Here, we assessed how water and element flows from broad-leaved, evergreen forested catchments in southwestern South America, are influenced by different successional stages, quantifying runoff, sediment transport and nutrient fluxes during hourly rainfall events of different intensities. Hydrograph comparisons among different successional stages indicated that forested catchments differed in their responses to high intensity rainfall, with greater runoff in areas covered by secondary forests (SF), compared to old-growth forest cover (OG) and dense scrub vegetation (CH). Further, throughfall water was greatly nutrient enriched for all forest types. Suspended sediment loads varied between successional stages. SF catchments exported 455 kg of sediments per ha, followed by OG with 91 kg/ha and CH with 14 kg/ha, corresponding to 11 rainfall events measured from December 2013 to April 2014. Total nitrogen (TN) and phosphorus (TP) concentrations in stream water also varied with rainfall intensity. In seven rainfall events sampled during the study period, CH catchments exported less nutrients (46 kg/ha TN and 7 kg/ha TP) than SF catchments (718 kg/ha TN and 107 kg/ha TP), while OG catchments exported intermediate sediment loads (201 kg/ha TN and 23 kg/ha TP). Further, we found significant effects of successional stage attributes (vegetation structure and soil physical properties) and catchment morphometry on runoff and sediment concentrations, and greater nutrients retention in OG and CH catchments. We conclude that in these southern hemisphere, broad-leaved evergreen temperate forests, hydrological processes are driven by multiple interacting phenomena, including climate, vegetation, soils, topography, and disturbance history.     

长江三角洲北翼J9孔揭示地层和古地磁特征

长江三角洲北翼地区缺少较长尺度的第四纪海陆变迁及环境演变的深入探讨,深达423m的海安县基岩标J9孔为此提供了较好的研究对象。通过观察该孔松散层岩心,总结其沉积特征,认为岩心可明显地划分为6个特征岩性段。同时,地层古地磁测试结果显示:0～200m为布容正极性世,200～334m为松山负极性世,334m以下为高斯正极性世。综合分析岩心沉积特征并参考古地磁测试结果对地层进行了初步划分,认为:0～39m为全新世地层,39～153m为晚更新世地层,153～200m为中更新世地层,200-334m为早更新世地层,之下为新近纪地层。地层中存在晚更新世晚期特征的硬粘土标志层,指示本地不是冰后期古河谷的发育地。     

长江流域沿江镉异常源追踪与定量评估的方法技术研究:以长江流域安徽段为例

长江全流域性的Cd异常是被中国正在进行的多目标地球化学调查发现的重大生态环境问题。以长江流域安徽段为研究对象,对沿江镉异常源追踪与定量评估的方法技术进行了系统研究。通过对安徽段长江干流及其主要支流悬浮物中元素含量的测量查明:悬浮物是流域内重金属元素大跨度迁移的主要载体;Cd在悬浮物中的富集程度远远大于其他重金属元素,这或许正是Cd可以形成沿江流域性异常的主要原因;长江干流悬浮物中重金属元素含量的变化明显受到沿江支流的影响。安徽段长江干流及其主要支流重金属元素输出通量定量计算结果表明:秋蒲河是安徽段重金属元素输出通量最大的支流,每年在安徽段长江两岸土壤中沉积下约4.45t的Cd。利用悬浮物加密测量、1∶5万土壤测量和岩石测量对顺安河流域Cd异常源追踪结果显示:内生金属矿床特别是铅锌矿是悬浮物中Cd的最大的供应源。采用河漫滩沉积物分层采样技术和同位素测年技术,初步恢复了研究区Cd等重金属元素沉积和污染的地球化学历史,对研究区Cd等重金属元素异常的未来演变趋势进行了预警预测。     

北太平洋赤道海域表层沉积物的热释光特征及其指示意义

热释光是矿物晶体接受环境核辐射作用后积蓄起来的能量在受到热激发时以光的形式释放出来的一种物理现象,它与晶体损伤、晶体中杂质混入等原因所导致的晶格缺陷有关.热释光强度的大小主要取决于自然界中长寿命放射性元素(238U,235U,230Th,40K及其子体)的衰变,与其他物理、化学、生物或人类活动无关.热释光特征能有效反映晶体形成的环境条件.热释光方法的制样简单、测量快捷,因此在辐射学、核工业、核医学、环境学、农业、考古学、地质学等领域都得到了广泛的应用.在陆地地质学上热释光方法在地质年代测定[1,2]、地层对比[3]、矿物世代划分[4]、矿床含矿评价[4,5]、陨石形成热的历史恢复[6]以及地质事件识别[7]等方面都取得了不少成果.     

永定河沉积物中磷的存在形态及其指示意义

采集官厅水库的永定河入库口附近沉积物,采集深度77cm,以1cm做为一个层位单元进行分割,测定其中11个层位的总磷,同时对这些层位沉积物中二钙结合态磷、八钙结合态磷、铝结合态磷、铁结合态磷进行连续分级提取,有机磷通过灼烧法测定,残留态磷由总磷与上述五种形态磷差减确定。结果显示:沉积物中总磷含量在580.3~1276.2μg/g,主要成分为无机磷,平均占总磷的比例为88%;残留态磷为沉积物中磷的主要形态,含量占总磷50%以上。在沉积物深度75~20cm的沉积年份中,永定河向官厅水库输送的残留态磷量不断增加,且增速逐渐加快,主要为水土侵蚀的产物。从沉积深度20cm以来的沉积年份里,总磷的输入量不断减少,但以二钙结合态磷为主的生物有效磷输入量随总磷的含量降低而持续增加,主要来自工业和生活污水,反映了官厅水库上游永定河流域内工业和生活污水排放所占的比重日益增加,成为官厅水库富营养化污染的主要来源,以致官厅水库富营养化的趋势增强。     

长江中下游第四纪沉积物发育土壤磁性增强的环境磁学机制

对长江中下游第四纪沉积物 (Q₃ 黄土,Q₂ 红土和Q₃ 红土 )发育土壤的磁性增强现象及其物理机制进行了讨论。结果表明 :(1)铁磁性矿物是土壤磁性的主要载体,它们是成土过程中形成的稳定单畴 (SSD)和超顺磁性 (SP)态的次生磁性矿物,没有显示重要的反铁磁性矿物的贡献;(2 )土壤磁化率 (χ)的高低与成土过程产生的稳定单畴和超顺磁性颗粒呈极显著正相关,指示了风化成土作用的强度,磁化率可作为反映成土环境变化的代用指标;(3)频率磁化率 (χfd) 5 %可作为土壤中的超顺磁性颗粒存在与否的临界值,土壤 χfd值的高低同样反映了风化成土作用的强度,可用作研究第四纪环境变化的有用工具之一。     

西藏纳木错晚更新世以来湖面变化和湖相沉积中粘土矿物显示的环境信息

通过对西藏海拔最高、面积最大湖泊-纳木错周缘湖相沉积、湖岸堤的野外调查和湖岸阶地的水准测量,发现在纳木错沿岸拔湖48m以下,发育有6级湖岸阶地,拔湖48~139.2m发育有高位湖相沉积。湖相沉积物的同位素测年结果表明,纳木错湖泊发育与藏北高原东南部古大湖演化可划分为3个阶段:①116~37kaB.P.间的古大湖期;②37~30kaB.P.间的外流湖期;③30kaB.P.以来的纳木错期。根据纳木错晚更新世以来湖相沉积中粘土矿物的X光衍射分析结果,以及采用比值法、高岭石法和衍射峰法的研究,探讨了粘土矿物所显示的环境变化信息。粘土矿物成分变化表明,该区已具备了寒温带干旱、半干旱区的气候环境特征。为研究青藏高原的湖泊演化、气候变化、古地理变迁及其隆升过程等提供了新资料。      

越南岸外上升流区48万年来高分辨率的生源组分记录及其古海洋学意义

南海西部越南岸外MD05-2901孔沉积物分析显示,该孔覆盖氧同位素1-12期,底界年龄约为48万年。生源组分记录显示表层古生产力冰期高、间冰期低,体现间冰期海平面下降、陆源物质输入增强的影响。生产力在末次冰期达到最高,体现末次盛冰期海陆差异增强,东北风发育对生产力提高的促进作用。碳酸钙含量变化呈现冰期早期含量低、冰消期和间冰期含量高的趋势。其冰消期的高值在MIS1/2、MIS3/4和MIS5/6分界处,与浮游有孔虫碳同位素低值对应,揭示该地区的碳酸钙沉积旋回是“稀释旋回”。同时碳酸钙含量变化领先于同一地区浮游有孔虫氧同位素的变化,证明低纬海区碳酸钙泵作用对大气二氧化碳浓度和温度有影响。滤波分析结果显示碳同位素存在23 ka的岁差周期和偏心率长周期,生源组分的含量变化显示出典型的岁差周期,体现南海季风环流的轨道响应,证明低纬热带过程是调节气候变化的重要因素。     

地文期与地文期研究

在20世纪初期至中期,地文期研究帮助解决了中国新生代地形发育和地层划分的相对时序难题。由于W.M.Davis侵蚀循环学说适用于追溯作整体抬升的高原的“构造运动、过程和阶段”发育特征,所以,如今地文期研究对取得青藏高原隆起历史证据、寻求云贵高原喀斯特发育历史与高原地文发育各阶段间的对应关系,以及重建新生代早期中国地理环境等重要理论与实践问题都具有重要意义。随着地球科学的发展与科学技术的进步,侵蚀循环在理论和方法上应当作些相应补充和修正:侵蚀期所对应的堆积物———初始冲积、断块抬升区边缘的相关沉积,以及年代学问题等,均需要作进一步的研究。