化学家发明30年来石漠化时间和空间衍生和变化规

日期:2019-05-09编辑作者:亚洲城ca88手机版官网

受国际原子能机构和国家原子能机构的委托,12月10日-22日,我校承办了亚太地区“基于环境放射性核素信息的农田-景观土地退化推演研讨会(RAS5055-9002-01)”。12月10日上午,研讨会在生命科学学院二楼会议室开幕,来自孟加拉、中国、印度、印度尼西亚、马来西亚、蒙古、缅甸、巴基斯坦、菲律宾、韩国、俄罗斯、斯里兰卡和泰国等13个国家的代表和学院师生代表60余人参加了开幕式。

西南喀斯特地区生态环境十分脆弱,严重的水土流失导致了石漠化的广泛发生。准确掌握坡面及流域尺度的土壤侵蚀定量特征,对制定石漠化防治措施具有重要的意义。然而,喀斯特坡面的土壤侵蚀受控于土壤岩石的空间分布、地下溶蚀空间的发育等,具有复杂的地貌效应和尺度效应,地表土壤侵蚀空间分布定量方法难以直接借鉴其他类型区的成功经验,需要开展因地制宜的研究。

    准确、可靠的喀斯特山地土壤流失量数值,对正确认识喀斯特山地石漠化的过程和机制,判别喀斯特山地石漠化严重程度,确定其土壤侵蚀量非常重要。日前,在国家自然科学基金委的支持下,中科院地化所副研究员白晓永在成都山地所研究员张信宝和地化所研究员王世杰的指导下,在“岩溶洼地泥沙沉积信息对土地石漠化进程的记录与响应的研究”上获得重大进展。
    土壤侵蚀是造成喀斯特脆弱生态环境的重要营力,也是形成喀斯特石漠化的重要原因,喀斯特地区水土流失引起的一系列重大生态环境问题,不但引起土地生产力下降,严重制约了区域社会经济的可持续发展,导致一些地方出现了“一方水土养不活一方人”的现象,成为中国农村贫困面最广、贫困人口最多、贫困程度最深的地区,而且,入江泥沙沉积,对国家重点工程安全运行及长江、珠江中下游生态安全带来严重威胁。因此,喀斯特流域侵蚀与产沙问题是水土保持工作最为关心的问题之一,也是开展水土流失动态监测需要解决的关键问题之一。
    此前,一些科学家老前辈对西南喀斯特地区的土壤侵蚀现状进行了前期探索性的研究。但总体来说,国家对西南喀斯特地区水土流失基础研究投入严重不足,侵蚀泥沙研究基础薄弱,径流小区和小流域实测资料有限,不同研究者给出的土壤流失量数值往往差别很大。传统水土流失监测方法有太多的局限性,很难适用于喀斯特地区。
    白晓永举例说,水文站观测法投资大、历时长,测得的数据只能反映整个流域的侵蚀产沙状况,不能得到流域内不同地貌单元或土地利用类型上的侵蚀量;插针(桩)法会容易受耕作活动的影响,而且每年侵蚀一般只有几毫米,误差大;径流小区法费工费时,需要大量的人力物力投入,只能得到整个坡面的侵蚀量,不能揭示不同坡面部位侵蚀强度。因此,正确认识喀斯特地区的土壤侵蚀过程和机理困难重重。
    幸运的是,峰丛洼地是喀斯特地区的独特地貌。洼地沉积物含有丰富的信息,真实地记载了洼地过去气候、环境变迁的信息,人类活动对洼地环境的影响也保存在该地质记录中。在缺乏长期监测记录的情况下,洼地沉积物可以用来重建洼地及其流域过去变化的历史,为喀斯特环境整治与生态修复的重要科学依据。
    据此,白晓永等人以贵州高原典型的岩溶洼地为研究对象,使用137Cs和210Pbex示踪技术为主要手段,对岩溶洼地沉积的泥沙进行断代分析,探讨了泥沙中赋存的信息对土地石漠化进程的记录与响应。他们测算了不同地区岩溶洼地土壤的沉积速率和流域的侵蚀速率,探讨了137Cs面积活度空间的分布差异及其环境指示意义。
    此外,他们通过前期广泛调研、结合室内计算机图件分析与野外实地探勘的方法,选择了荔波县洞落洼地、普定县石人寨洼地、马官洼地、威宁县邓家洼地等,开展了喀斯特洼地泥沙堆积的137Cs示踪研究。
    “我们基于岩溶洼地沉积物对石漠化过程的反应特点,测算了贵州岩溶地区的土壤允许流失量及其分布规律和特点,研究了岩溶地区土壤允许流失量与石漠化发生率的关系。”白晓永说。
    另外,白晓永等人基于岩溶洼地沉积物对区域石漠化景观格局变化的响应,探讨了近30年来石漠化时空演变历史过程中的规律和特点,该成果受到国家林业局的重视。(记者  彭科峰)

开幕式由我校生命科学学院中科院百人计划获得者李勇教授主持,副校长杨林教授致开幕辞,介绍了我校的基本情况,强调了本次研讨会对中国防治土地退化和我校生态学科发展的重要意义。开幕式结束后,与会代表参观了校史馆、生物标本馆和国家级生命科学实验教学示范中心。

近期,中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特站生态修复研究团队博士生冯腾在研究员陈洪松和王克林的指导下,通过校正通用土壤流失方程并应用137Cs示踪技术,定量探讨了喀斯特峰丛洼地小流域土壤侵蚀特征。研究首先针对喀斯特坡面水土流失过程极其不连续的特征,利用2006-2010年间环江喀斯特站径流小区的监测数据,通过调整汇流面积阈值的设置成功校正了RUSLE模型中的坡长因子。随后,以两个不同干扰程度的峰丛洼地小流域为研究对象,应用校正后的模型,估算了2006-2011年间各小流域的土壤侵蚀量空间分布特征和洼地内的泥沙堆积速率,并利用洼地内土壤垂直剖面的137Cs分布特征验证了模拟结果的可靠性,轻微干扰和中度干扰小流域的平均地表土壤侵蚀速率分别估算为10和22 t km2 y-1。研究结果表明人为干扰程度的增大显著加剧了喀斯特小流域的土壤侵蚀,研究流域内坡面的汇流面积阈值在1m2左右,坡长因子远小于非喀斯特地区,建议在应用RUSLE模型估算喀斯特坡面地表土壤侵蚀速率时必须首先校正坡长因子。该研究丰富了喀斯特坡面地表土壤侵蚀速率的研究数据,并为应用RUSLE模型有效估算喀斯特流域地表土壤侵蚀速率提供了技术参考。

研讨会期间,生命科学学院李勇教授、成都山地研究所张信宝研究员、俄罗斯的Valentin Golosov教授分别作了综合运用Cs-137,Pb-210和Be-7示踪技术,研究小流域土壤侵蚀和沉积时空再分布动态;流域尺度的环境放射性核素采样,以研究土壤和泥沙时空再分布动态和运用FRN;常规示踪化合物技术建立沉积物来源指纹图谱、侵蚀模型并制图等系列报告,这些内容对制定样品标准化采集和实验室分析的标准操作规范,运用散落的环境放射性核素示踪和其它技术评价小流域土壤侵蚀空间再分布和泥沙来源示踪、FRN示踪侵蚀模型与制图等方面具有重要意义。

上述研究成果以Soil erosion rates in two karst peak-cluster depression basins of northwest Guangxi, China: Comparison of the RUSLE model with 137Cs measurements 为题发表在Geomorphology亚洲城ca88手机版官网, 期刊上。该研究得到了国家重点基础研究发展计划,中科院西部行动计划和国家自然科学基金项目的资助。

此外,各国代表在卢龙斗院长等学院领导陪同下前往我校灵宝土壤侵蚀与景观生态实验站-柿子湾小流域进行了两天的考察采样。研讨会还对应用放射性同位素研究土壤侵蚀的取样、样品分析,误差修订以及相关模型应用进行了热烈讨论和探讨,制定了基于FRN信息的亚太地区农田-流域尺度评价土地退化的野外采样和室内分析标准。

论文链接

(生命科学学院 李英臣)

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