6.1 研究结论

6.1 研究结论

1.研究区物理侵蚀评估

(1)使用核素137Cs法对研究区开展的侵蚀研究,首先解决了该方法是否适用于喀斯特地区侵蚀研究的问题,研究区18个剖面137Cs平均面积比活度达到了875,背景值为960,两者相差仅为85,说明该地区土壤对137Cs具有很好的吸附性,而且该地区不可能存在严重的地下漏失现象,地表侵蚀类型仍以坡面侵蚀为主,也为GeoWEPP等基于坡面侵蚀原理为基础水蚀预测模型的应用提供了理论支持。建立一个根据非农耕地土壤剖面137Cs浓度扩散变化和侵蚀速率之间关系的定量模型。该模型是在传输简化模型基础上进行改进,通过分析土壤表层在侵蚀作用下137Cs扩散通量变化,基于扩散的移动边界原理推导而成,结果对比显示,该模型得到的侵蚀速率数据可靠,方法更加便捷、有效。

通过对双龙塘和新中村两个采样区四个坡地的137Cs面积比活度的分析,结果表明地形和人为耕作因素对坡地侵蚀的空间分布有重要的影响,地形陡峭人为扰动少的坡地侵蚀以M形式分布,地形平缓人为扰动大的坡地侵蚀以W形式分布。研究区18个剖面侵蚀模数平均值为696t/(km2·a),略大于研究区最大允许土壤侵蚀模数500t/(km2·a),说明该地区整体水土保持工作进展良好,没有发生严重的水土流失,但是少数几个耕地剖面侵蚀模数达到了1000t/(km2·a)以上,这点仍需值得注意。

(2)双龙塘两个山顶剖面使用宇生核素10Be估算出近5000年以来该地区的土壤侵蚀模数约为28.6t/(km2·a)和10.92t/(km2·a),远低于近期的该地区的侵蚀模数696t/(km2·a),两者之间的较大的差异可能与气候的变化和人类活动影响有关。贵州威宁麻窝山石漠化地区近5万年以来土壤侵蚀模数约为10t/(km2·a),与本书10Be结果对比,说明在早期地质时期贵州全省喀斯特地区的侵蚀速率可能处于相同的水平,而近期的人为扰动的强度的不同使得两个地区的侵蚀速率开始出现差异。

(3)在高精度1∶1万地形图的数据支持下使用GeoWEPP模型对双龙塘个坡地侵蚀空间分布进行模拟。结果表明,坡面顶部以微度侵蚀为主,随海拔降低侵蚀强度逐渐增大,接近泥沙输出点位置以沉积作用为主。通过与137Cs采样点结果比对,两者在坡地侵蚀空间分布的结果上比较吻合,但在侵蚀模数上两者差别较大,可能跟模型输入参数及模型的适用范围有关。

2.坡地元素迁移特点

重点对双龙塘自然坡地山顶侵蚀剖面XP(1)、山腰侵蚀-沉积剖面XP(2)和山脚沉积剖面XP(3)的26种微量元素的迁移性质进行研究,结果可以从元素和剖面两个角度进行讨论:

(1)从元素的角度来看,Zr、Hf、Ta和Nb四种元素从山顶到山腰,以物理迁移形式为主,其余元素在三个剖面均发生不同程度的化学迁移。其中Sr、V、As、Ni四种元素在三个剖面迁移系数均接近-1,几乎全部被淋失。Cd、Co、Be、Li、Cu、U等元素迁移系数接近-0.5,Cs在三个剖面中以迁入为主。多数活化元素在侵蚀剖面的迁移系数大于沉积剖面,只有W、Sb、U、Pb四种元素并没有表现出这种规律性,可能跟迁移过程中受到黏土颗粒、有机质等吸附、人为活动影响有关。

(2)从剖面的角度来看,活化元素易在XP(1)剖面富集,不活化元素易在XP(3)剖面富集,体现了风化产物在迁移过程中受机械、化学分异作用的控制影响。Li、V、Cs、Th、U、Pb、Co七种元素在三个剖面元素迁移变化的波动性XP(1)>XP(2)>XP(3),反映了风化程度和外界环境对元素在剖面迁移的影响。

多数活化元素在XP(1)剖面的迁移系数要大于XP(2)和XP(3)剖面,说明XP(2)和XP(3)剖面的元素化学淋失量要高于XP(1),原因可能有两点:①XP(2)和XP(3)两个剖面化学侵蚀强度高于XP(1)剖面;②风化产物从XP(1)搬运至XP(2)和XP(3)剖面过程中已经受到化学侵蚀作用,遭到淋失。

3.研究区物理和化学侵蚀对比

从地表侵蚀过程来看,研究区物理侵蚀模数696t/(km2·a)与亚洲大陆平均侵蚀模数300t/(km2·a)处在同一数量级下,根据流域侵蚀环境作用力不平衡原理,可以推断研究区以化学侵蚀作用大于物理侵蚀作用。除此之外,137Cs在次表层以下富集的特征和XP(1)、XP(2)和XP(3)三个剖面多数元素表现出来的较强化学迁移性也很好地说明了这点。

4.研究区石灰土成土物质来源和成土方式

通过两个山顶采样点XPB(2)和XPB(3)的较高的长期成土速率,在结合研究区的地质岩性特点,证明了碳酸盐岩风化成土是研究区石灰土成土物质来源的可能性。研究区18个石灰土剖面的侵蚀分布特点表明,在地形陡峭的山顶和山腰部位成土方式以原位侵蚀-风化成土为主,山脚和谷地以流体携带-堆积-成土为主,单一的原位风化成土剖面在研究区未曾发现,可能跟地形因素有关。另外,2XP(1)剖面137Cs面积活度高出背景值近5倍,说明在地形平缓的山顶也有可能发生强烈的堆积物次生成土作用。