基于湖泊（水庫）沉積物分析的土壤侵蝕研究

文/尚 敏

作為衡量不同時(shí)間內(nèi)環(huán)境恢復(fù)狀況的關(guān)鍵指標(biāo)，湖泊沉積物具有很強(qiáng)的分辨率和極廣的地理覆蓋面積，能夠顯示各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的多種信息。綜合目前研究狀況來看，分辨率較高、研究時(shí)間短是基于湖泊（水庫）沉積物分析的土壤侵蝕研究的顯著特征，能夠準(zhǔn)確的分析自然環(huán)境受人為因素、自然因素而發(fā)生的變化，探究變化規(guī)律，進(jìn)一步總結(jié)土壤侵蝕的過程，從而采取有效的措施進(jìn)行治理，做好相關(guān)的預(yù)防工作，達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境，合理、可持續(xù)利用水土資源的目的。本文主要闡述了如下四種湖泊（水庫）沉積物分析的土壤侵蝕研究方法。

由人為因素、自然因素共同導(dǎo)致的土壤侵蝕是一個(gè)全球性環(huán)境問題，而湖泊（水庫）匯聚了一定區(qū)域內(nèi)的地表物質(zhì)，通過這些不斷長期積累的沉積物，可以對土壤侵蝕狀況進(jìn)行連續(xù)、準(zhǔn)確的分析，為研究土壤侵蝕過程提供可靠的依據(jù)。

湖泊（水庫）沉積物的環(huán)境磁學(xué)研究

在分析土壤侵蝕時(shí)應(yīng)用最為廣泛的一種途徑就是沉積物的環(huán)境磁學(xué)研究方法，湖泊（水庫）沉積物的磁性跟土壤的物質(zhì)分異及運(yùn)移有直接的關(guān)系，還會(huì)因沉積速率、陸源物質(zhì)輸入的不同而發(fā)生變化。自環(huán)境磁學(xué)方法在土壤侵蝕領(lǐng)域應(yīng)用以來，得到了飛速的發(fā)展，在湖泊（水庫）沉積物分析的土壤侵蝕研究中的作用日益凸顯，不僅不會(huì)破壞樣品的完整性，更加便于操作，檢測時(shí)間明顯縮短。此外，環(huán)境磁學(xué)研究方法在經(jīng)濟(jì)性和多用性方面也比其他方式更具優(yōu)勢，可以得出研究所需的環(huán)境信息，有效的判斷沉積物的來源，通過該研究方式獲取的信息數(shù)據(jù)還能體現(xiàn)出人為因素的影響及流域環(huán)境變化。

通過定量分析的環(huán)境磁學(xué)研究方式，可以獲得全面、準(zhǔn)確的環(huán)境信息，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，譜分析方法、多變量分析法為湖泊（水庫）沉積物分析的土壤侵蝕研究提供了可靠的保障，促進(jìn)了研究的進(jìn)一步深化。R.Thompson等人在其研究中指出，沉積物出現(xiàn)磁性增加現(xiàn)象的關(guān)鍵因素是土壤水土流失，而在對沉積物磁性進(jìn)行分析后，可以發(fā)現(xiàn)流域侵蝕強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化，掌握人類開墾活動(dòng)和自然變化狀況。

湖泊（水庫）沉積物中放射性同位素示蹤技術(shù)

土壤再分配過程及特征可以通過放射性同位素示蹤技術(shù)體現(xiàn)出來，因此在湖泊（水庫）沉積物分析方面發(fā)揮著極其重要的作用，為人們了解土壤侵蝕的形成提供了技術(shù)支持。一定流域中的環(huán)境變化信息都會(huì)儲(chǔ)藏在湖泊（水庫）沉積物中，通過放射性同位素可以清晰、準(zhǔn)確的了解沉積物的時(shí)間，借助沉積通量、沉積速率特征獲得土壤侵蝕強(qiáng)度等級。210Pb和7Be都是自然界產(chǎn)生的一種天然放射性核素，半衰期分別為22.3年和53.3天，而137Cs是一種人工放射性核素，其半衰期為30.17年，這三種放射性核素能夠作為測定土壤侵蝕的重要示蹤元素。

210Pb具有容易被土壤微粒吸收和遷移性小的特點(diǎn)，普遍作為土壤侵蝕速度的示蹤元素，又因?yàn)槠淠軌蚍€(wěn)定、連續(xù)的在土壤中沉積，所以同其他示蹤元素相比，210Pb在揭示百年尺度的平均土壤侵蝕速率方面占據(jù)著獨(dú)特的地位。210Pb最初被應(yīng)用在Krishnaswamy和Lal等學(xué)者的研究中，對該元素在沉積速率方面的價(jià)值進(jìn)行驗(yàn)證，取得了良好的效果，此后210Pb逐漸被人們所熟知，并普遍應(yīng)用于實(shí)踐研究中。

由于半衰期較短，7Be無法產(chǎn)生長期積累效應(yīng)，可以作為季節(jié)性環(huán)境微粒示蹤劑，在湖泊（水庫）沉積物分析的土壤侵蝕研究中發(fā)揮作用。目前利用7Be示蹤價(jià)值展開的沉積物研究已經(jīng)得到了實(shí)證和廣泛的應(yīng)用，并發(fā)現(xiàn)其還可以用來揭示沉積物中污染物的來源，并體現(xiàn)土壤季節(jié)性侵蝕同湖泊沉積作用的耦合關(guān)系。白戰(zhàn)國等研究學(xué)者在對百花湖季節(jié)性水質(zhì)惡化機(jī)理進(jìn)行研究時(shí)，分析7Be示蹤元素在匯水區(qū)表土層、沉積物中的積累值的差異，二者在研究結(jié)果中的積累比值約為3∶1，由此可知湖泊沉積物主要是由流域的有機(jī)質(zhì)土壤在搬運(yùn)的作用下形成的，從而體現(xiàn)出土壤侵蝕同湖泊沉積物中污染物之間的關(guān)系。

近年來，137Cs在核素示蹤技術(shù)中獲得了較快的發(fā)展，利用該元素可以更好的進(jìn)行土壤運(yùn)移、沉積及侵蝕研究，擁有較高的可靠性，利用137Cs比活度的最大值在湖泊（水庫）沉積物中的分布情況，對土壤侵蝕程度、沉積速率研究提供了可靠的依據(jù)，且經(jīng)過不斷的研究和實(shí)踐，已經(jīng)成為當(dāng)前應(yīng)用技術(shù)中成熟度較高的一種。20世紀(jì)90年代，Jerry C.Ritchie等人在研究中表明，從1954年始的湖泊（水庫）沉積物沉積速率分析中137Cs起到非常重要的作用，將詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息用于土壤侵蝕速率研究，在沉積型循環(huán)、完全侵蝕等研究中具有顯著的優(yōu)勢。

湖泊（水庫）沉積物的元素地球化學(xué)研究

湖泊（水庫）沉積物由多種物質(zhì)構(gòu)成，存在無機(jī)碳酸鹽的結(jié)晶、溶蝕現(xiàn)象，自生、內(nèi)生及外源這三種途徑是碳酸鹽的產(chǎn)生途徑，同時(shí)沉積物含有的生物殘骸也會(huì)有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化、分解過程。氮、有機(jī)碳等物質(zhì)進(jìn)行分解作用的時(shí)，在大量微生物的作用下，會(huì)產(chǎn)生一些元素，這些元素易被轉(zhuǎn)化。環(huán)境變化信息、碳氮比能夠在湖泊（水庫）沉積物中穩(wěn)定的儲(chǔ)存，沉積物的來源不同，碳氮比也會(huì)存在較大的差異。

在對土壤侵蝕程度進(jìn)行分析時(shí)，可以以湖泊（水庫）沉積物中的總氮和總碳為依據(jù)。因?yàn)橥寥涝诔霈F(xiàn)水土流失的狀況下，其中的氮、有機(jī)物等物質(zhì)也會(huì)被遷移，長時(shí)間后就會(huì)發(fā)生富集，如果土壤侵蝕速度較慢，陸地上只有少量的植被殘骸會(huì)沉積在水體中，泥沙、沉積物中的總氮和總碳含量較少，而在湖泊（水庫）土壤侵蝕速度加快后，大量的陸地植被和生物殘骸都會(huì)被帶入水中，導(dǎo)致泥沙、沉積物中的總氮和總碳含量明顯增多。所以這就顯表明，土壤侵蝕速率、侵蝕狀況可以通過湖泊（水庫）沉積物中陸地上的物質(zhì)輸入量來體現(xiàn)，而這些陸地上的植物殘骸能夠以沉積物中的總氮和總碳含量來揭示。

湖泊（水庫）沉積物分析中，采用元素地球化學(xué)法研究土壤侵蝕狀況，雖然能夠通過數(shù)據(jù)信息直觀的體現(xiàn)土壤侵蝕程度，使研究更具可靠性和準(zhǔn)確性，但是該方法也存在一定的弊端，檢測步驟相對比較繁瑣，需要一些特定的設(shè)備和儀器，這些儀器價(jià)格較高，使得成本投入較大，所以應(yīng)用范圍有限。

湖泊（水庫）沉積物監(jiān)測粒度分析

湖泊（水庫）沉積物監(jiān)測粒度分析是一種較為成熟的技術(shù)，在研究海洋沉積物搬運(yùn)方向、水動(dòng)力條件、物質(zhì)運(yùn)輸途徑和了解沉積環(huán)境等方面均有著廣泛的應(yīng)用，沉積環(huán)境、搬運(yùn)方法及搬運(yùn)介質(zhì)等是影響沉積物粒度的關(guān)鍵因素，要想掌握沉積物環(huán)境狀況，就需要從沉積物粒度入手。

實(shí)現(xiàn)重建古溫度、濕度的關(guān)鍵要素就是沉積物粒度，湖泊（水庫）沉積物監(jiān)測粒度分析方法具有經(jīng)濟(jì)合理、方便快捷的特點(diǎn)，且不會(huì)因外界生物作用而發(fā)生變化，能夠靈敏、精確的感知?dú)夂虻淖兓?，是一種獨(dú)特的研究方法。經(jīng)過多名專家、研究學(xué)者的證實(shí)，在水位不斷加深的過程中，水動(dòng)力條件就會(huì)呈現(xiàn)出從強(qiáng)到弱的變化趨勢，從水位較淺到水位較深的位置會(huì)相繼出現(xiàn)礫、砂、粉砂、粘土帶等形態(tài)的物質(zhì)，環(huán)帶狀沉積會(huì)出現(xiàn)在物湖泊（水庫）中，而沉積物粒度也會(huì)由大變小。樣本同湖泊（水庫）中心位置間的距離可以通過沉積物的粒度來判斷，同時(shí)該指標(biāo)還能反應(yīng)氣候和水位狀況，如粒度較小則表示氣候濕潤，水位較高。

綜上所述，由人為因素、自然因素共同導(dǎo)致的土壤侵蝕是一個(gè)全球性環(huán)境問題，而湖泊（水庫）匯聚了一定區(qū)域內(nèi)的地表物質(zhì)，通過這些不斷長期積累的沉積物，可以對土壤侵蝕狀況進(jìn)行連續(xù)、準(zhǔn)確的分析，為研究土壤侵蝕過程提供可靠的依據(jù)。隨著湖泊科學(xué)研究水平的不斷提高，融合多種學(xué)科知識的研究方法，進(jìn)一步加深了湖泊（水庫）沉積物分析的突然給侵蝕研究，實(shí)現(xiàn)了流域運(yùn)移方法、侵蝕途徑和沉積物分析的有機(jī)結(jié)合，將空間和時(shí)間研究進(jìn)行整合和轉(zhuǎn)換，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)研究方法的不足，大大增強(qiáng)了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，促進(jìn)了對土壤侵蝕領(lǐng)域的研究，為生態(tài)環(huán)境的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。