盛恩國　劉斌

摘 要：紅楓湖水庫位于貴州高原中部，巖溶地貌發(fā)育廣泛，該地區(qū)特有的巖石和生態(tài)特征，導致該區(qū)土壤侵蝕嚴重，對生態(tài)環(huán)境和水庫安全產(chǎn)生了嚴重影響。通過分析貴州高原中部紅楓湖水庫沉積巖性和粒度指標，探討了紅楓湖建庫以來流域土壤侵蝕變化過程。結(jié)果表明1991～2008年，流域土壤侵蝕作用顯著增強，可能與人類活動顯著加強有關(guān);2008年以來，流域土壤侵蝕作用顯著減弱，可能與政府出臺嚴格的保護和治理措施導致流域人類活動減弱有關(guān)。

關(guān)鍵詞：土壤侵蝕;水庫沉積物;粒度

土壤侵蝕可導致水庫淤積、生態(tài)環(huán)境破壞、土壤肥力下降等一系列環(huán)境問題，嚴重制約著社會可持續(xù)發(fā)展。水庫作為流域物質(zhì)遷移的匯聚地，其沉積物能夠良好地記錄流域土壤侵蝕變化過程。因而，可通過水庫沉積物代用指標研究，反演流域土壤侵蝕過程。目前，利用水庫沉積物代用指標來探討流域土壤侵蝕變化過程的研究已經(jīng)廣泛地開展。

貴州高原巖溶發(fā)育廣泛，巖溶地貌占貴州省面積約73%，由于近幾十年人為毀林，造成森林覆蓋面積顯著下降，加上貴州省年平均降水量高達1100～1300mm，這些因素共同導致了該區(qū)土壤侵蝕嚴重，石漠化趨勢加劇，該地區(qū)已經(jīng)成為地球化學敏感和生態(tài)環(huán)境脆弱的地區(qū)。該地區(qū)長期土壤侵蝕數(shù)據(jù)較少，重建該地區(qū)長期的土壤侵蝕歷史，能夠為土壤侵蝕防治提供理論依據(jù)。為了更好地理解本地區(qū)土壤侵蝕長期變化特征，本文擬選擇貴州高原中部紅楓湖水庫沉積物為研究對象，探討流域土壤侵蝕狀況及其驅(qū)動因素。

一、研究區(qū)概況

紅楓湖地處貴州高原中部，為一河道型人工深水湖泊，是長江支流烏江水系貓?zhí)拥谝患夒娬尽＜t楓湖現(xiàn)主要用來供應(yīng)貴陽城市生活用水，兼工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉、調(diào)蓄洪水、發(fā)電、旅游用途。紅楓湖水域面積約45 km，流域面積約1551 km，平均水深約23 m。紅楓湖入湖河流主要包括羊昌河、麻線河、后六河、桃花園河、麥包河。湖水經(jīng)由唯一出口大壩下泄流入貓?zhí)印?/p>

紅楓湖年平均降水量1200 mm，年均溫20℃，6～9月降水占年降水量的近70%，多以陣雨或暴雨形式。紅楓湖位于喀斯特地區(qū)，流域主要出露二疊系、三疊系的碳酸鹽巖。流域土壤主要以黃壤和石灰土為主。特有的生態(tài)脆弱性決定了該區(qū)域易發(fā)生嚴重的水土流失和石漠化。同時，不合理的土地利用和地表植被覆蓋的減少，會對土壤侵蝕產(chǎn)生放大效應(yīng)。

二、研究材料與方法

（一）樣品采集

紅楓湖為一人工河流型水庫，庫區(qū)無挖沙和清淤等人為擾動。我們利用重力采樣器在紅楓湖北湖壩前采集了沉積柱狀巖芯（64cm）。巖芯水-沉積物界面清晰無擾動。巖芯現(xiàn)場按1 cm間隔連續(xù)分樣，密封后帶回實驗室稱重，然后用冷凍干燥機處理后稱重備用。

（二）研究方法

沉積物粒度測定步驟：稱取適量樣品加入HO溶液以去除有機質(zhì);加入適量稀鹽酸，以去除碳酸鹽;加蒸餾水靜置，倒掉上層液體，加六偏磷酸鈉溶液，超聲振蕩以分散顆粒;用Malvern Mastersizer-2000激光粒度儀測定粒度。測量粒徑范圍為0.02～2000 μm，重復測量誤差<3%。

三、研究結(jié)果

（一）沉積巖性描述

北湖壩前沉積巖芯巖性在61cm處出現(xiàn)顯著變化，61cm以下為建壩前棕黃色土壤層，61cm以上為建庫后湖相沉積物。因而我們將61cm沉積地層對應(yīng)建庫蓄水年代1960年，利用采樣年代（0cm，2016年）和建庫蓄水年代（61cm，1960年），采用線性內(nèi)插方法，獲得沉積巖芯年代序列（1960～2016年）。

（二）粒度指標分析

沉積巖芯粒度參數(shù)主要包括平均粒徑（μm）、粘土含量（<4 μm，%）、粉砂含量（4～63 μm，%）、砂含量（>63 μm，%）。

沉積巖芯平均粒徑平均值為8.751μm，變化范圍為5.879～15.325μm;粘土含量平均值為43.76%，變化范圍為25.61%～60.78%;粉砂含量平均值為55.96%，變化范圍為39.13%～74.39%;砂含量極低，平均值僅為0.28%，變化范圍為0～2.27%。

四、討論

（一）粒度指標指示意義

研究表明，沉積物粒度與湖泊水位變化密切相關(guān)，湖泊水位高時，研究點位距湖岸距離增加，輸入到研究點位的粗顆粒物質(zhì)減少，沉積物平均粒徑減小;反之，當湖泊水位低時，研究點位距湖岸距離減小，輸入到研究點位的粗顆粒物增加，沉積物平均粒徑增加。有研究表明，沉積物粒度與降水量多寡密切相關(guān)，當降水量多時，地表侵蝕增加，輸入到研究點位處的粗顆粒物質(zhì)增加，沉積物平均粒徑增加;反之，降水量減少時，流域土壤侵蝕減弱，輸入到研究點位處的粗顆粒物質(zhì)減少，沉積物平均粒徑減少。

紅楓水庫屬深水人工型喀斯特水庫，湖岸陡峭，加之水庫成庫時間較短，水位變化較小，我們認為水位波動不是沉積物粒度變化的主要影響因素，沉積物主要靠湖區(qū)降水形成的地表徑流輸入，因此，我們認為沉積物粒度變化主要受湖區(qū)地表徑流強度影響，而湖區(qū)地表徑流強度主要受湖區(qū)降水強度影響。

（二）流域土壤侵蝕歷史及其驅(qū)動因素探討

通過對沉積巖芯粒度參數(shù)分析，將紅楓湖建壩以來土壤侵蝕歷史分為以下幾個階段：

第1階段（1960～1976年），此時段平均粒徑、粉砂含量和砂含量相對較低，粘土含量處于高值階段，表明此時期流域土壤侵蝕作用相對較弱。此階段處于水庫演化早期階段，流域人類活動相對較弱，植被覆蓋度相對較高，因而流域土壤侵蝕作用相對較弱。

第2階段（1976～1991年），較前一階段，平均粒徑、粉砂含量和砂含量明顯增加，粘土含量減少，表明此時期流域土壤侵蝕作用相對較強。此階段正好對應(yīng)我國改革開放和農(nóng)村改革（家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制），流域人類活動逐漸增加，因而流域土壤侵蝕作用相對較強。

第3階段（1991～2008年），平均粒徑、粉砂含量和砂含量較之前明顯升高，沉積物粒度參數(shù)明確地指示了此階段粒度變粗，表明流域土壤侵蝕作用顯著加強。文獻記錄表明，1991年之后流域人類活動顯著增強。通過與社會經(jīng)濟指標對比發(fā)現(xiàn)，人為活動造成了流域土地利用發(fā)生改變，植被覆蓋度降低，造成了此階段土壤侵蝕加強。

第4階段（2008～2016年），此階段平均粒徑、粉砂含量和砂含量相對較低，粘土含量處于高值階段，土壤侵蝕作用較弱，可能對應(yīng)著流域人類活動顯著減弱。歷史文獻記錄表明，2008年以來隨著兩湖一庫管理局成立，政府出臺了嚴格的保護和治理措施，造成了此時間段沉積物粒度顯著變細，流域土壤侵蝕作用顯著減弱。

基于沉積物粒度參數(shù)的詳細分析，我們解譯出紅楓湖建壩以來流域土壤侵蝕變化過程，結(jié)果表明，紅楓湖流域土壤侵蝕經(jīng)歷了顯著的強弱變化過程，其中，1976～1991年，流域土壤侵蝕作用逐漸加強，對應(yīng)人類活動逐漸增強;1991～2008年，紅楓湖流域土壤侵蝕呈現(xiàn)出顯著加強趨勢，可能與人類活動顯著加強有關(guān);2008年以來隨著兩湖一庫管理局的成立，政府出臺了嚴格的保護和治理措施，導致流域人類活動顯著減弱，流域土壤侵蝕明顯減弱。

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