吴攀，谢良胜，2

(1．贵州大学资源与环境工程学院，550003，贵阳;2．贵阳市环境保护局，550002，贵阳)

论黔西北麻窝山岩溶盆地土壤堆积记录
——兼答张信宝先生

吴攀1，谢良胜1，2

(1．贵州大学资源与环境工程学院，550003，贵阳;2．贵阳市环境保护局，550002，贵阳)

针对张信宝先生用137Cs断代法计算黔西北麻窝山岩溶盆地土壤沉积速率，以及对谢良胜等研究成果提出的质疑，笔者从黔西北麻窝山岩溶盆地环境现状、环境演变、土壤堆积、137Cs活度等方面进行论述。认为:易地堆积土壤来源的不确定性导致土壤层中137Cs来源复杂，不能根据其峰值确定沉积年代，但可以作为定性判定土壤侵蚀强度的依据;在资料匮乏和无测站数据时，沉积量测量法是盆地型喀斯特山区土壤侵蚀计算的有效方法;麻窝山特殊的环境地质条件为喀斯特石漠化系统研究提供理想场所。

岩溶盆地;137Cs活度;土壤堆积;麻窝山

为探讨资料较为匮乏的喀斯特山区的土壤侵蚀模数，建立表征石漠化程度的新方法，课题组经多次考察研究和谨慎严密推敲，建立了利用“沉积量测量法”计算盆地型喀斯特流域土壤侵蚀模数的新方法［1］，于2009年6月向《中国水土保持科学》投稿。2009年底在“973”项目年会(南京)上，笔者向大会汇报该研究成果，张信宝先生认为本研究结论与其研究结果不一致，提出质疑。为保证学术严谨性，课题组马上通知《中国水土保持科学》编辑部暂缓发表该文，随后，我们在中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室对采集的4个沉积剖面样品的137Cs活度进行测定，测定的数据佐证了该方法的正确性，并将研究成果刊发于《中国水土保持科学》2010年第2期。此后，张信宝先生［2］在《中国水土保持科学》2010年第6期上提出质疑。这里，笔者对黔西北麻窝山岩溶盆地环境现状、环境演变、土壤堆积、137Cs活度等方面的研究进展作全面论述，旨在统一该区环境演化问题认识和推动该区相关环境问题的研究。

1 麻窝山岩溶盆地及其环境现状

为开展“973”项目课题研究，课题组在黔西北的威宁县一带考察时发现极具特色的麻窝山盆地型流域，盆地位置等在文献［1，3］中已有交代。盆地四周山体基岩裸露，盆地中有大量红土堆积，山脚岩缝间残存着明显的红黏土痕迹(图1)，初步判断盆地中土壤为山上土层流失堆积为主。通过对比该区域的1∶5万(迤那 G-48-28-D，1956 年航摄)和1∶1万(勺戛 G-48-〈47〉，1990 年航摄)地形地质图，发现盆地中最低点海拔前者为2 229.0 m，后者为2 234.5 m，前后相差达5.5 m。分析认为，除了测量误差造成外，这期间盆地最低点海拔差异应该与水土流失引起的土壤堆积有关。此外，该区不同年代的卫星图片(1988年的 Landsat数据与2009年的ALOS数据)对比显示，这期间该区水土流失严重，石漠化过程明显。野外的踏勘过程发现，该区出露地层岩石为泥盆纪(D3)白云质灰岩，流域沟壑纵横，存在多条通往盆地的巨大洪积沟，沟底基岩裸露，沟壁土层松软坍塌(图2)，山脚至山坡多处树根显露(图3)，反映该区土壤侵蚀量巨大。课题组在盆地内布置钻孔4个和33个浅井，用锤击法钻取土芯，总进尺达78 m(4个钻孔分别为12、16、19和31 m)。取得的土芯剖面分层明显。上部为典型的红黏土，与下部的石灰土颜色界线清楚(图4)，同时下部还发现有多层贝壳类生物残骸(图5)，表明历史上盆地曾处于湖沼环境。基于此，认为麻窝山小流域是研究喀斯特石漠化进程和古气候演化的理想场所。自2008年7月以来，课题组先后4次对麻窝山地区进行较大规模的野外调查和样品采集工作。

2 麻窝山岩溶盆地环境演化过程

由于记录当地环境变化文献资料的匮乏，对近50年来盆地周边生态环境变化主要采用走访调查的方式获得。当地老人对近几十年来岩溶盆地环境变化的记忆是清晰的，通过对当地20多位50～85岁居民的认真走访和仔细询问(音像资料)，该地区的环境状况及其演变过程大致如下。

20世纪70年代以前，盆地处于湖沼环境，常年积水且水位较深，产鱼虾，仅北部有小部分土地用于耕种。盆地周边森林植被茂盛，生长有以松树(Pinus)和刺叶高山栎(Quercus spinosa David ex Franch，当地居民称之为姜子树)为主的大量乔木与灌木，其中部分的树木直径超过80 cm。从盆地内还无法看到山体的覆盖土壤，见不到岩体裸露。

1970年左右，当地生产队组织村民在盆地南部(吴家老包)利用3年时间打通1条高2 m、宽1 m、长约900 m的泄流洞将盆地内湖沼水排出，并在盆地内开始耕种，山上的植被依然茂盛，无明显变化。

20世纪70年代后期至80年代初，特别是实行土地家庭联产承包制后，当地居民大量砍伐周围山上的树木售至临近的云南省昭通县。由于当地生产队管理松懈，未对乱砍乱伐行为进行制止，致使在随后的2～3年内粗壮树木几乎被砍伐殆尽，山上只剩下多以直径5 cm(手腕粗——当地老人口述)左右为主的树木。由于植被覆盖度的急剧减小，山体和岩石逐渐裸露，流域内大量表土随降雨从盆地周边的冲沟汇入盆地内。据当地村民回忆，降水量较大时，流失土壤在冲沟底部的堆积高度可齐胸(超过1 m)。随后的几十年里，村民不断砍伐开荒、挖掘山上所剩的树根和草根，导致植被完全破坏，山上基岩逐步暴露直至今天的现状。

进入21世纪以来，随着退耕还林和坡改梯工程的实施，对减缓当地水土流失和缓解石漠化进程起到一定的积极作用。

3 137Cs活度及其指示意义

基于张信宝先生［2］利用137Cs数据(1个剖面，137Cs峰值活度位于深度40 cm处)对我们的研究提出了质疑，在此就这一问题进行详细讨论。

大气核试验和核泄漏产生的137Cs进入大气层后，经过一定的滞留期均匀沉降到地表［4］。根据137Cs沉降规律，1954—1986年共有 4次沉降峰值［5］，其对应的年份分别为 1954、1959、1964 和1986年。137Cs一旦与土壤接触就会被土壤颗粒强烈吸附并固定，导致其含量在沉积土壤剖面不同深度界限明显，可以根据其活度变化定量分析土壤沉积速率［6］，亦可通过土壤中137Cs值与本底值的变化程度推断土壤流失量［5］;但是，应用137Cs法研究土壤侵蚀存在一定局限性［7］，即在短期内有片状和大面积表土流失的土壤中，由于发生土壤易地堆积，导致土壤原层序错乱，不宜再用其进行土壤沉积速率的 定量研究。

我们对所采集的4个剖面上部土壤样品的137Cs活度进行了测试(采用美国CABERRA公司S-100多道能谱仪测定)，结果表明，4个剖面中从地表到222 cm处的不同深度均不连续地测出137Cs。由于采样条件限制，每个样品代表的深度不一致，最短的为25 cm，最长的达到87 cm。在剖面WM-1中的100～125和150～175 cm处检出137Cs，分别为2.0和4.2Bq/kg;WM-2剖面中的20～107和147～188 cm处检出137Cs，分别为2.4和3.8 Bq/kg;剖面 WM-3中检出的137Cs分布最深，分别在149～187和187～222 cm处检测到137Cs，分别为2.9和1.3 Bq/kg;而剖面WM-4中仅在0～40 cm处能检出活度为4.8 Bq/kg的137Cs，其余样品均低于检测限(图6)。

由于研究区水土流失严重，流域地形地貌差异以及植被状况不同，土壤侵蚀程度和过程存在较大差异。研究区盆地堆积土层中137Cs的可能来源有:一是原地沉降;二是在土壤侵蚀过程中，从流域其他地方伴随水土流失带来的易地堆积，也有可能是二者的叠加。盆地内4个剖面中检测出137Cs活度的深度变化差异非常大。笔者认为:正是流域土壤侵蚀导致盆地堆积土壤层序错乱，无法判断其中的137Cs来源是原地沉降，还是来源于易地堆积，或是二者叠加;因此，该区不适宜用137Cs活度对盆地堆积的土壤进行断代。基于上述对麻窝山岩溶盆地环境演化过程的调查和钻孔(浅井)揭示的现象，我们在建立沉积量测量法计算盆地型喀斯特流域土壤侵蚀模数时，认为盆地水土流失加剧应该从土地家庭联产承包制(1980年)开始的推断更为合理。事实上，剖面中137Cs峰值出现的剖面深度可定性地说明，有137Cs沉降以来盆地内土壤的堆积量是很大的，这也正好支持我们用沉积量测量法［1］计算的侵蚀土壤堆积厚度(平均1.33 m)。

图6 堆积土壤剖面137Cs深度分布Fig．6 137Cs contents at different depth of sediment in the Mawoshan Karst Basin

4 麻窝山岩溶盆地研究意义及展望

有关麻窝山岩溶盆地剖面的相关地球化学研究［3，8-9］显示，麻窝山岩溶盆地是西南喀斯特石漠化生态环境研究的典型代表。

在短时间尺度上，人为扰动是导致该区石漠化的主因，盆地的堆积土壤记录着石漠化过程中人类活动和自然环境变化的相关信息，通过对堆积土壤进行系统研究可以对石漠化过程进行反演，从而为更加深入研究石漠化成因和环境响应提供依据。研究盆地中土壤堆积量可以揭示人类扰动与石漠化进程的关系，通过与137Cs示踪法及其他水土流失计算方法比较，沉积量测量法可以简捷而较为准确地计算土壤堆积量。研究盆地堆积土壤与山脊残留土壤的地球化学行为可以揭示石漠化地区人类活动带来的地球化学响应。结合多年的水文、气象及社会经济状况资料，对山脊上优势树种适生条件的研究，可为周边及类似石漠化地区的生态修复提供借鉴。

在长时间尺度上，通过盆地中湖沼沉积物(钻孔土芯)的元素地球化学研究、14C同位素以及孢粉分析等研究，可以较为准确地推演当地的古气候环境，特别是第四纪以来的气候及环境演化;通过湖泊沉积物中特征元素的变化还可以推演周边人类活动情况;通过湖沼沉积物与基岩的相关性研究，可以尝试找到成岩作用与风化作用的相关地球化学信息，等等:因此，对该岩溶盆地的研究在地学和环境学界必将具有重要的学术意义。

5 结论

重度石漠化地区麻窝山流域土壤侵蚀严重，水土流失后大量表土被搬运到盆地中堆积，易地扰动非常大，土壤堆积层序与源区剖面层序颠倒错位。差异侵蚀造成易地堆积土壤137Cs来源复杂，不能根据其活度峰值判断其沉积年代，也不能作为定量计算土壤侵蚀速率的依据;但可以作为定性判定土壤侵蚀强度的依据。作为研究成果之一的沉积量测量法，则是无资料数据和测站数据时盆地型喀斯特山区土壤侵蚀模数计算的重要方法。无疑，麻窝山特殊的环境地质条件为喀斯特石漠化系统研究提供理想场所。

［1］谢良胜，吴攀，顾尚义，等．盆地型喀斯特流域土壤侵蚀模数的沉积量测量法［J］．中国水土保持科学，2010，8(2):20-23

［2］张信宝．黔西北麻窝山岩溶盆地沉积物断代的质疑［J］．中国水土保持科学，2010，8(6):93-94

［3］谢良胜，吴攀，顾尚义，等．喀斯特山区红黏土在石漠化过程中的侵蚀与堆积记录:以乌蒙山脉麻窝山流域为例［J］．中国水土保持，2010(4):47-50

［4］郑永春，王世杰．137Cs的土壤地球化学及其侵蚀示踪意义［J］．水土保持学报，2002，16(2):57-60

［5］王宇飞，濮励杰．137Cs应用于我国土壤侵蚀研究评述［J］．南京大学学报:自然科学版，2002，38(6):803-812

［6］Owens P N，Walling D E，He Q．The behaviour of bomb-derived caesium-137 fallout in catchment soils［J］．Journal of Environmental Radioactivity，1996，32(3):169-191

［7］魏彦昌，欧阳志云，苗鸿，等．放射性核素137Cs在土壤侵蚀研究中的应用［J］．干旱地区农业研究，2006，24(3):200-206

［8］曹振兴．贵州威宁麻窝山岩溶盆地剖面中记录的环境信息研究［D］．贵阳:贵州大学，2011

［9］葛佳杰．喀斯特石漠化过程的土壤堆积记录研究:以威宁麻窝山为例［D］．贵阳:贵州大学，2011

Recording of soil sediment in the Mawoshan Karst Basin of Northwest Guizhou Province

Wu Pan1，Xie Liangsheng1，2
(1．College of Resources and Environmental Engineering，Guizhou University，550003，Guiyang;2．Guiyang Environmental Protection Agency，550002，Guiyang:China)

According to the average sediment accumulation rate calculated by Zhang Xinbao with137Cs dating method as well as doubt on the research results of Xie Liansheng etc．the basin environmental status，environmental evolution，soil sediment，137Cs activity in the Mawoshan Karst Basin of the Northwest Guizhou were represented and discussed again．The results indicated that the uncertainty of source of soil accumulation resulted in complex137Cs sources in soil layer．The peak value of137Cs could not be used to determine the deposition time，but it may be used as a qualitative criterion of soil erosion intensity．Measuring sediment is an available method to calculate the basin soil erosion in Karst mountainous area when there is no station data and lack of detailed information．Mawoshan Karst Basin with special environmental geological conditions is an ideal location for the studies on Karst rocky desertification．

Karst basin;137Cs activity;soil sediment;Mawoshan

2011-08-14

2011-09-30

项目名称:国家“973”计划项目课题“碳酸盐岩风化的生物地球化学过程与成土速率”(2006CB403202)

吴攀(1973—)，男，教授，博士生导师。主要研究方向:环境地球化学。E-mail:pwu@gzu．edu．cn

(责任编辑:程 云)