浅谈贵州高原水库沉积记录的流域土壤侵蚀历史

盛恩国　刘斌

摘 要：红枫湖水库位于贵州高原中部，岩溶地貌发育广泛，该地区特有的岩石和生态特征，导致该区土壤侵蚀严重，对生态环境和水库安全产生了严重影响。通过分析贵州高原中部红枫湖水库沉积岩性和粒度指标，探讨了红枫湖建库以来流域土壤侵蚀变化过程。结果表明1991～2008年，流域土壤侵蚀作用显著增强，可能与人类活动显著加强有关;2008年以来，流域土壤侵蚀作用显著减弱，可能与政府出台严格的保护和治理措施导致流域人类活动减弱有关。

关键词：土壤侵蚀;水库沉积物;粒度

土壤侵蚀可导致水库淤积、生态环境破坏、土壤肥力下降等一系列环境问题，严重制约着社会可持续发展。水库作为流域物质迁移的汇聚地，其沉积物能够良好地记录流域土壤侵蚀变化过程。因而，可通过水库沉积物代用指标研究，反演流域土壤侵蚀过程。目前，利用水库沉积物代用指标来探讨流域土壤侵蚀变化过程的研究已经广泛地开展。

贵州高原岩溶发育广泛，岩溶地貌占贵州省面积约73%，由于近幾十年人为毁林，造成森林覆盖面积显著下降，加上贵州省年平均降水量高达1100～1300mm，这些因素共同导致了该区土壤侵蚀严重，石漠化趋势加剧，该地区已经成为地球化学敏感和生态环境脆弱的地区。该地区长期土壤侵蚀数据较少，重建该地区长期的土壤侵蚀历史，能够为土壤侵蚀防治提供理论依据。为了更好地理解本地区土壤侵蚀长期变化特征，本文拟选择贵州高原中部红枫湖水库沉积物为研究对象，探讨流域土壤侵蚀状况及其驱动因素。

一、研究区概况

红枫湖地处贵州高原中部，为一河道型人工深水湖泊，是长江支流乌江水系猫跳河第一级电站。红枫湖现主要用来供应贵阳城市生活用水，兼工业用水、农业灌溉、调蓄洪水、发电、旅游用途。红枫湖水域面积约45 km，流域面积约1551 km，平均水深约23 m。红枫湖入湖河流主要包括羊昌河、麻线河、后六河、桃花园河、麦包河。湖水经由唯一出口大坝下泄流入猫跳河。

红枫湖年平均降水量1200 mm，年均温20℃，6～9月降水占年降水量的近70%，多以阵雨或暴雨形式。红枫湖位于喀斯特地区，流域主要出露二叠系、三叠系的碳酸盐岩。流域土壤主要以黄壤和石灰土为主。特有的生态脆弱性决定了该区域易发生严重的水土流失和石漠化。同时，不合理的土地利用和地表植被覆盖的减少，会对土壤侵蚀产生放大效应。

二、研究材料与方法

（一）样品采集

红枫湖为一人工河流型水库，库区无挖沙和清淤等人为扰动。我们利用重力采样器在红枫湖北湖坝前采集了沉积柱状岩芯（64cm）。岩芯水-沉积物界面清晰无扰动。岩芯现场按1 cm间隔连续分样，密封后带回实验室称重，然后用冷冻干燥机处理后称重备用。

（二）研究方法

沉积物粒度测定步骤：称取适量样品加入HO溶液以去除有机质;加入适量稀盐酸，以去除碳酸盐;加蒸馏水静置，倒掉上层液体，加六偏磷酸钠溶液，超声振荡以分散颗粒;用Malvern Mastersizer-2000激光粒度仪测定粒度。测量粒径范围为0.02～2000 μm，重复测量误差<3%。

三、研究结果

（一）沉积岩性描述

北湖坝前沉积岩芯岩性在61cm处出现显著变化，61cm以下为建坝前棕黄色土壤层，61cm以上为建库后湖相沉积物。因而我们将61cm沉积地层对应建库蓄水年代1960年，利用采样年代（0cm，2016年）和建库蓄水年代（61cm，1960年），采用线性内插方法，获得沉积岩芯年代序列（1960～2016年）。

（二）粒度指标分析

沉积岩芯粒度参数主要包括平均粒径（μm）、粘土含量（<4 μm，%）、粉砂含量（4～63 μm，%）、砂含量（>63 μm，%）。

沉积岩芯平均粒径平均值为8.751μm，变化范围为5.879～15.325μm;粘土含量平均值为43.76%，变化范围为25.61%～60.78%;粉砂含量平均值为55.96%，变化范围为39.13%～74.39%;砂含量极低，平均值仅为0.28%，变化范围为0～2.27%。

四、讨论

（一）粒度指标指示意义

研究表明，沉积物粒度与湖泊水位变化密切相关，湖泊水位高时，研究点位距湖岸距离增加，输入到研究点位的粗颗粒物质减少，沉积物平均粒径减小;反之，当湖泊水位低时，研究点位距湖岸距离减小，输入到研究点位的粗颗粒物增加，沉积物平均粒径增加。有研究表明，沉积物粒度与降水量多寡密切相关，当降水量多时，地表侵蚀增加，输入到研究点位处的粗颗粒物质增加，沉积物平均粒径增加;反之，降水量减少时，流域土壤侵蚀减弱，输入到研究点位处的粗颗粒物质减少，沉积物平均粒径减少。

红枫水库属深水人工型喀斯特水库，湖岸陡峭，加之水库成库时间较短，水位变化较小，我们认为水位波动不是沉积物粒度变化的主要影响因素，沉积物主要靠湖区降水形成的地表径流输入，因此，我们认为沉积物粒度变化主要受湖区地表径流强度影响，而湖区地表径流强度主要受湖区降水强度影响。

（二）流域土壤侵蚀历史及其驱动因素探讨

通过对沉积岩芯粒度参数分析，将红枫湖建坝以来土壤侵蚀历史分为以下几个阶段：

第1阶段（1960～1976年），此时段平均粒径、粉砂含量和砂含量相对较低，粘土含量处于高值阶段，表明此时期流域土壤侵蚀作用相对较弱。此阶段处于水库演化早期阶段，流域人类活动相对较弱，植被覆盖度相对较高，因而流域土壤侵蚀作用相对较弱。

第2阶段（1976～1991年），较前一阶段，平均粒径、粉砂含量和砂含量明显增加，粘土含量减少，表明此时期流域土壤侵蚀作用相对较强。此阶段正好对应我国改革开放和农村改革（家庭联产承包责任制），流域人类活动逐渐增加，因而流域土壤侵蚀作用相对较强。

第3阶段（1991～2008年），平均粒径、粉砂含量和砂含量较之前明显升高，沉积物粒度参数明确地指示了此阶段粒度变粗，表明流域土壤侵蚀作用显著加强。文献记录表明，1991年之后流域人类活动显著增强。通过与社会经济指标对比发现，人为活动造成了流域土地利用发生改变，植被覆盖度降低，造成了此阶段土壤侵蚀加强。

第4阶段（2008～2016年），此阶段平均粒径、粉砂含量和砂含量相对较低，粘土含量处于高值阶段，土壤侵蚀作用较弱，可能对应着流域人类活动显著减弱。历史文献记录表明，2008年以来随着两湖一库管理局成立，政府出台了严格的保护和治理措施，造成了此时间段沉积物粒度显著变细，流域土壤侵蚀作用显著减弱。

基于沉积物粒度参数的详细分析，我们解译出红枫湖建坝以来流域土壤侵蚀变化过程，结果表明，红枫湖流域土壤侵蚀经历了显著的强弱变化过程，其中，1976～1991年，流域土壤侵蚀作用逐渐加强，对应人类活动逐渐增强;1991～2008年，红枫湖流域土壤侵蚀呈现出显著加强趋势，可能与人类活动显著加强有关;2008年以来随着两湖一库管理局的成立，政府出台了严格的保护和治理措施，导致流域人类活动显著减弱，流域土壤侵蚀明显减弱。

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