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1、三峡水库水位变化前、后土壤磁性变化规律 0引言 三峡水库于2010年首次实现了175m的蓄水目标,自此在汛限水位145m及最高水位175m之间形成了高差30m,面积约350km²,岸线长度近5500km,夏季出露冬季淹没的反枯洪规律消落带[1-2].这是目前世界上面积最广、水位涨落幅度最大、对环境变化最为敏感且人类活动影响最为频繁与强烈的消落带[3-4].其形成之后,原本未经历过长期水淹的土壤在长期高压淹水与高温干旱出露的交替变化影响下,不仅陆地生态环境和陆生生态系统已经发生了质的变化,也
2、会引起土壤性质的剧烈改变[5-7].土壤是岩石圈表层与大气圈、水圈、生物圈长期相互作用的产物,它是环境历史信息的载体,记录了其形成过程中的丰富信息.由于土壤中不同程度地存在一些磁物质,如磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿、针铁矿等,它们的形成演化与母质和所处环境相关[8-9].具体来说,土壤磁性不同程度地受土壤矿物、容重、含水量、质地、结构等物理性质和pH值、有机质含量等化学性质的影响,可反映母质、气候、植被、水文和人类活动等综合信息[10-11].此外,土壤磁性研究还具有测量所需样品少、灵敏度高、分辨率高、重复
3、性好、成本低、简便快速、对样品无破坏等优势,所以非常适合做土壤结构及成分的测量和评定.近年来,土壤磁学作为一门较新的多学科交叉应用科学,在环境学和土壤学中的应用越来越广泛,甚至已经成为全球环境变化研究的主要方法之一[12-16]. 库区内水土保持、环境治理和生物多样性维持等,对于三峡工程长期安全运行的保障以及长江中下游的防洪与生态安全具有特殊而重要的战略意义.目前关于消落带生态环境、土地利用、灾害预防等问题是研究的热点,但针对水土环境变化问题的基础研究还不多,尤其是当地土壤磁性的变化方面[17-19]
4、.本文着力解决以下3个问题:(1)调查研究区内土壤磁性背景值范围,考察相近土地利用类型土壤磁性在测区内不同地点分布的稳定程度;(2)查清消落带内土壤磁性空间分布特点及与带外土壤磁性差异情况;(3)寻找造成磁性差异的原因.笔者在三峡库区内,包括消落带内外选择了18条典型的紫色土监测断面,经过现场测量、取样和实验室测试分析,以揭示三峡水库水位变化前、后土壤磁性变化规律,并分析其影响原因. 1研究区域背景 1.1区域概况 研究区选在重庆市忠县石宝寨镇新政村至共和村一线,三峡库区长江干流左岸,中心坐标为3
5、0°24'53″N、108°10'25″E.它靠近中国科学院三峡库区忠县水土流失与面源污染观测试验站,这里人地关系紧张,水土流失严重,森林覆盖率低,地质灾害频发,污染严重,属于长江上游生态脆弱区,已被选为库区环境治理试点地区之一.此处的土壤无论在种类上还是利用类型等方面在库区内均有一定的代表性,适合开展基础研究. 区内出露岩层多为侏罗系沙溪庙组(J2s)砂岩、粉砂岩及泥岩互层,地形地貌属典型浅丘,呈西北高、东南低山势走向.主要采样范围及部分测线分
6、布见图1.经踏勘所知,采样区属紫色岩地区,消落带坡度均不大,峭壁和陡坡较少.新政村消落带实验区附近主要以滩坡为主,部分地段属陡坡,坡度多介于13°~25°之间;共和村消落带实验区附近也以滩坡为主,但坡度更缓,间有部分台阶地,坡度多介于10°~20°之间.坡度较小就使得当地土壤的重力侵蚀作用较低,主要以水力侵蚀为主,有利于研究单纯江水作用对消落带土壤的影响,同时也利于野外测量与采样. 1.2土壤特性 研究区内土壤种类较单一,以紫色土为主,它多是以中生界三叠系、侏罗系、白
7、垩系及新生界第三系的岩层作为母岩发育而成的一类非地带性土壤.由所采样品分析,多为沙溪庙组砂岩、粉砂岩和泥岩快速风化而形成的典型中性紫色土,土壤特性方面在整个三峡库区西部具有普遍性[20].相同测线不同高度的土壤颜色和结构变化不大,且分布均匀.紫色土成土作用迅速,矿物组成复杂,矿质养分较丰富,土质偏壤性,耕性和土壤生产性能良好.四川盆地内作物多、出产丰富,也与该种土壤的存在密不可分[21-22]. 2材料与方法 2.1野外调查与采样 在现场先用捷克ZH公司产SM-30型便携式磁化率仪快速判断土壤磁性
8、(体积磁化率κ)强弱分布情况,根据测试结果于消落带内及消落带水位之上,兼顾不同土壤利用类型如草地、耕地、林地等,来选取测线.采样线距根据需要从20~200m不等,同测线各测点间高程一般相隔2m.采样时需清除表层植被,用环刀取表土以备测量土壤容重、质量含水量等指标.供磁测的表土样品均由4到5个按对角线法采取的小样混合而成.选取具体采样点时尽可能避开明显的侵蚀区,另外还应注意避开石制田坎附近区域,因为那里泥沙往往淤积较厚,会抵消江水
