基于湖泊（水庫）沉積物分析的土壤侵蝕研究

文/尚 敏

作為衡量不同時間內環境恢復狀況的關鍵指標，湖泊沉積物具有很強的分辨率和極廣的地理覆蓋面積，能夠顯示各個時間段內的多種信息。綜合目前研究狀況來看，分辨率較高、研究時間短是基于湖泊（水庫）沉積物分析的土壤侵蝕研究的顯著特征，能夠準確的分析自然環境受人為因素、自然因素而發生的變化，探究變化規律，進一步總結土壤侵蝕的過程，從而采取有效的措施進行治理，做好相關的預防工作，達到保護生態環境，合理、可持續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、自然因素共同導致的土壤侵蝕是一個全球性環境問題，而湖泊（水庫）匯聚了一定區域內的地表物質，通過這些不斷長期積累的沉積物，可以對土壤侵蝕狀況進行連續、準確的分析，為研究土壤侵蝕過程提供可靠的依據。

湖泊（水庫）沉積物的環境磁學研究

在分析土壤侵蝕時應用最為廣泛的一種途徑就是沉積物的環境磁學研究方法，湖泊（水庫）沉積物的磁性跟土壤的物質分異及運移有直接的關系，還會因沉積速率、陸源物質輸入的不同而發生變化。自環境磁學方法在土壤侵蝕領域應用以來，得到了飛速的發展，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，不僅不會破壞樣品的完整性，更加便于操作，檢測時間明顯縮短。此外，環境磁學研究方法在經濟性和多用性方面也比其他方式更具優勢，可以得出研究所需的環境信息，有效的判斷沉積物的來源，通過該研究方式獲取的信息數據還能體現出人為因素的影響及流域環境變化。

通過定量分析的環境磁學研究方式，可以獲得全面、準確的環境信息，在科學技術發展的同時，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，促進了研究的進一步深化。R.Thompson等人在其研究中指出，沉積物出現磁性增加現象的關鍵因素是土壤水土流失，而在對沉積物磁性進行分析后，可以發現流域侵蝕強度的動態變化，掌握人類開墾活動和自然變化狀況。

湖泊（水庫）沉積物中放射性同位素示蹤技術

土壤再分配過程及特征可以通過放射性同位素示蹤技術體現出來，因此在湖泊（水庫）沉積物分析方面發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支持。一定流域中的環境變化信息都會儲藏在湖泊（水庫）沉積物中，通過放射性同位素可以清晰、準確的了解沉積物的時間，借助沉積通量、沉積速率特征獲得土壤侵蝕強度等級。210Pb和7Be都是自然界產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，普遍作為土壤侵蝕速度的示蹤元素，又因為其能夠穩定、連續的在土壤中沉積，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著獨特的地位。210Pb最初被應用在Krishnaswamy和Lal等學者的研究中，對該元素在沉積速率方面的價值進行驗證，取得了良好的效果，此后210Pb逐漸被人們所熟知，并普遍應用于實踐研究中。

由于半衰期較短，7Be無法產生長期積累效應，可以作為季節性環境微粒示蹤劑，在湖泊（水庫）沉積物分析的土壤侵蝕研究中發揮作用。目前利用7Be示蹤價值展開的沉積物研究已經得到了實證和廣泛的應用，并發現其還可以用來揭示沉積物中污染物的來源，并體現土壤季節性侵蝕同湖泊沉積作用的耦合關系。白戰國等研究學者在對百花湖季節性水質惡化機理進行研究時，分析7Be示蹤元素在匯水區表土層、沉積物中的積累值的差異，二者在研究結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質土壤在搬運的作用下形成的，從而體現出土壤侵蝕同湖泊沉積物中污染物之間的關系。

近年來，137Cs在核素示蹤技術中獲得了較快的發展，利用該元素可以更好的進行土壤運移、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，且經過不斷的研究和實踐，已經成為當前應用技術中成熟度較高的一種。20世紀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，將詳細的數據信息用于土壤侵蝕速率研究，在沉積型循環、完全侵蝕等研究中具有顯著的優勢。

湖泊（水庫）沉積物的元素地球化學研究

湖泊（水庫）沉積物由多種物質構成，存在無機碳酸鹽的結晶、溶蝕現象，自生、內生及外源這三種途徑是碳酸鹽的產生途徑，同時沉積物含有的生物殘骸也會有機碳的轉化、分解過程。氮、有機碳等物質進行分解作用的時，在大量微生物的作用下，會產生一些元素，這些元素易被轉化。環境變化信息、碳氮比能夠在湖泊（水庫）沉積物中穩定的儲存，沉積物的來源不同，碳氮比也會存在較大的差異。

在對土壤侵蝕程度進行分析時，可以以湖泊（水庫）沉積物中的總氮和總碳為依據。因為土壤在出現水土流失的狀況下，其中的氮、有機物等物質也會被遷移，長時間后就會發生富集，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被帶入水中，導致泥沙、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輸入量來體現，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，采用元素地球化學法研究土壤侵蝕狀況，雖然能夠通過數據信息直觀的體現土壤侵蝕程度，使研究更具可靠性和準確性，但是該方法也存在一定的弊端，檢測步驟相對比較繁瑣，需要一些特定的設備和儀器，這些儀器價格較高，使得成本投入較大，所以應用范圍有限。

湖泊（水庫）沉積物監測粒度分析

湖泊（水庫）沉積物監測粒度分析是一種較為成熟的技術，在研究海洋沉積物搬運方向、水動力條件、物質運輸途徑和了解沉積環境等方面均有著廣泛的應用，沉積環境、搬運方法及搬運介質等是影響沉積物粒度的關鍵因素，要想掌握沉積物環境狀況，就需要從沉積物粒度入手。

實現重建古溫度、濕度的關鍵要素就是沉積物粒度，湖泊（水庫）沉積物監測粒度分析方法具有經濟合理、方便快捷的特點，且不會因外界生物作用而發生變化，能夠靈敏、精確的感知氣候的變化，是一種獨特的研究方法。經過多名專家、研究學者的證實，在水位不斷加深的過程中，水動力條件就會呈現出從強到弱的變化趨勢，從水位較淺到水位較深的位置會相繼出現礫、砂、粉砂、粘土帶等形態的物質，環帶狀沉積會出現在物湖泊（水庫）中，而沉積物粒度也會由大變小。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，同時該指標還能反應氣候和水位狀況，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、自然因素共同導致的土壤侵蝕是一個全球性環境問題，而湖泊（水庫）匯聚了一定區域內的地表物質，通過這些不斷長期積累的沉積物，可以對土壤侵蝕狀況進行連續、準確的分析，為研究土壤侵蝕過程提供可靠的依據。隨著湖泊科學研究水平的不斷提高，融合多種學科知識的研究方法，進一步加深了湖泊（水庫）沉積物分析的突然給侵蝕研究，實現了流域運移方法、侵蝕途徑和沉積物分析的有機結合，將空間和時間研究進行整合和轉換，彌補了傳統研究方法的不足，大大增強了研究結果的準確性，促進了對土壤侵蝕領域的研究，為生態環境的發展奠定基礎。