陕西洛川中更新统下部黄土入渗规律研究

通过对陕西洛川凤栖镇剖面黄土与红色古土壤8个层位的入渗实验及孔隙度与CaCO3含量测定,研究了黄土与古土壤入渗特征和地下水富集条件。结果表明,陕西洛川西沟L4、L5、L6和L7黄土的稳定入渗率较大,4个层位的平均值为0.65 mm min-1;S4、S5、S6和S7古土壤稳定入渗率较小,4个层位的平均值为0.37 mm min-1;黄土层达到稳定入渗的时间较短,一般为60~90 min,红色古土壤达到稳定入渗的时间较长,一般为90~120 min。黄土层含水空间发育好、渗透性强和利于成为含水层,这是冷干的气候动力条件决定的。红褐色古土壤层含水空间发育较差、渗透性弱和利于成为隔水层,这是温湿的气候动力条件决定的。将洛川西沟剖面渗水实验数据用三种入渗公式分别进行拟合得出,通常采用的三个经验公式均适用于描述40万~70万a间发育的黄土和红色古土壤层的入渗规律。本文的研究拓宽了第四纪气候变化理论应用的新领域,表明更新世气候变化在黄土地层土壤水和地下水资源富集条件、富集规律和水资源开发利用研究中有重要应用价值。     

李家岗下蜀黄土剖面的反射光谱研究

采用色度学方法,系统研究了下蜀黄土典型剖面的反射光谱特征。结合磁化率、微量元素Ｒｂ、Ｓｒ的含量和比值,讨论了色度参数的古气候意义,初步把下蜀黄土形成以来的古气候划分为３个波动旋回。下蜀黄土和黄土高原色度参数的对比,揭示了长江中下游地区更强的化学风化作用和成壤强度。     

黄土丘陵区退耕地土壤水分入渗特征及影响因素

为评价退耕还林（草）工程的成效及认识下垫面改变对土壤水文过程的影响,采用圆盘入渗仪以4．6、8年退耕地为对象,长芒草草地为对照在黄土丘陵区分层（表层、20cm、40cm）研究退耕地土壤水分入渗特征,并探讨其影响因素。结果表明：1）较短年限退耕地表层土壤入渗能力较天然草地差,而下层入渗能力较天然草地强;2）退耕地下层的初始入渗速率是表层的1．2—1．4倍,稳定入渗率是表层的1．9—2．8倍,饱和导水率是表层的1．9—3．0倍;3）随着退耕年限增加,表层土壤入渗能力下降,而下层入渗能力增强;4）土壤结皮阻碍退耕地表层土壤的入渗。     

淮河上游全新世黄土-古土壤序列元素地球化学特性研究

在野外考察研究的基础上,对河南禹州全新世风成黄土-古土壤剖面系统采样,利用X-荧光光谱仪测定了常量元素和微量元素的含量及其变化,并与磁化率曲线、粒度变化曲线对比分析发现:常量元素氧化物比值钾钠比、残积系数和以Rb为代表的微量元素含量等随剖面层次呈规律性变化,即在古土壤层(S0)中含量最高,表土层(MS)中次之,在黄土层(L1、Lt、L0)中最低。硅铝率和Sr的含量表现出相反的变化规律。表明在全新世古土壤层和表土层形成时期,气候温暖湿润,成壤作用和次生粘化作用较强;在黄土堆积时期,气候比较干旱,沙尘暴频繁,成壤作用微弱。这些化学参数与磁化率曲线可以进行对比,表明成土过程中元素的迁移变化受全新世以来气候变化和成壤环境变化的控制。与黄土高原腹地的洛川剖面相比,淮河上游禹州剖面中绝大多数常量元素的含量较高,而绝大多数微量元素的含量偏低,磁化率也显著偏低,绝对值差别很大,粒度组成当中细沙成分含量很高,这说明淮河上游黄土物质来源与黄土高原地区明显不同。联系全新世时期黄河频繁泛滥、改道、沉积与黄淮平原盛行东北风形成流沙地的事实,认为淮河上游的黄土是黄河泛滥沉积物质经过风沙活动改造,由东北风力系统搬运而来的近源粉尘堆积,再经过就地风化或者成土改造而形成。     

青藏高原隆升的气候环境效应与黄土高原构造侵蚀

青藏高原的隆升使亚洲地区乃至全球范围的气候特征发生了巨大变化。其中,22 Ma B.P.改变了东亚地面行星风系并出现季风效应;8.5 Ma B.P.东亚季风效应增强,干旱化程度的加剧,黄土高原风尘堆积开始;3.6 Ma B.P.起,青藏高原隆升对全球气候变化的驱动与放大作用增强;1.2 Ma B.P.以来,青藏高原隆升对亚洲现代冬夏季风气候效应逐级增强。第四纪以来青藏高原的隆升,使黄土高原发生了阶段性抬升与构造变形,并引起多种黄土地质灾害与水土侵蚀,其中,黄土高原的抬升,导致侵蚀基准面下降,为重力侵蚀、沟谷溯源侵蚀和流水侵蚀提供了有利条件;构造变形会造成黄土产生构造裂隙、节理,增大黄土的侵蚀速率,促进黄土的坍塌和滑坡等侵蚀灾害的发生;地形突变带、活动断裂带、地震活动带等稳定性条件差的黄土分布区,是黄土侵蚀最剧烈的地区。     

黄土高原地区森林与黄土厚度的关系

气候较干旱的黄土高原地区的植被类型和黄土高原厚度关系密切。森林植被分布于基岩山地和薄层黄土区。黄土有效水孔隙度高，水分入渗浅，土壤蒸限消耗水分较多，厚层黄土区的土壤水分条件不能满足森林植被的需要，因此厚度黄土区无森林植被分布。基岩山地和薄层黄土区的植被恢复可以林木为主，厚层黄土分布区应以 浅根草灌为主。     

黄土高原地区黄土裂隙发育特征及其规律研究

黄土中存在大量不同规模、不同成因、不同性质和不同时期的裂隙，不同裂隙之间的互相穿插、切割形成立体的网络裂隙系统。这些裂隙是分割黄土的结构面，是侵蚀土壤、洞穴的优势面，是孕育地质灾害的控制和分离面，是地下水的运移通道和储存场所，对其进行研究具有重要的科学和工程实践意义。本文对黄土裂隙进行了综合分类，系统总结了黄土高原地区自然营力作用下不同黄土裂隙的基本特征和发育规律，认为通常意义的黄土垂直节理主要是由黄土中的一部分不同成因的原生和次后期的垂向裂隙在黄土堆积过程中逐渐“生长”而成的。     

黄土高原褐土和黑垆土剖面中Rb和Sr分布与全新世成土环境变化

对黄土高原 3个土壤剖面Rb和Sr分布规律的研究表明 ,全新世不同阶段的黄土和土壤中Rb和Sr分布存在明显的差异 ,Rb/Sr比值的变化反映了成土环境和成土作用强度的变化。全新世早期 ,气候比较温和干燥 ,风尘堆积速率降低 ,土壤发育表现为边沉积边成土 ;全新世中期 ,气候温暖湿润 ,沙尘暴很少发生 ,风尘堆积速率极低 ,生物风化成土作用达到最强 ,以至于在黄土高原面发育黑垆土 ,在关中盆地形成褐土。到了 3 10 0多年前 ,气候恶化变干 ,风尘堆积速率加快 ,土壤严重退化。从区域上看 ,冬季风对黄土高原南部的环境效应比夏季风对北部的环境效应要强 ;黄土高原南部季风场强的变化较北部大。     

环洞庭湖区两种典型红土理化特性比较研究

通过环洞庭湖区两种典型成因红土的野外勘察与取样、室内磁化率、粒度、微量元素(Li、Rb、Sr、Ba)分析,进行两种不同成因的红土理化性质的比较。研究结果表明,风成成因的红土粒度比基岩风化成因红土明显较细,风成成因红土以粉砂为主,基岩风化型红土为砂和粉砂为主;两种成因红土受到长江中游地区高温高湿的气候条件影响,磁化率均显示为低值,明显低于黄土高原黄土和长江下游下蜀黄土;微量元素Li/Ba、Rb/Sr比值显示为高值,显著高于黄土高原黄土和长江中下游地区下蜀黄土,表明两种红土均经历了强烈的风化淋溶过程,但基岩风化型红土的风化成壤强于风成成因红土,可能基岩风化型红土经历了更长的风化成壤过程。     

黄土高原小流域淤地坝系统水收支过程的数值解析

黄土高原的淤地坝系统对各小流域水资源再分布发挥着重要的作用。为了分析淤地坝系统的年水收支过程,选取位于黄土高原北部六道沟流域的一座淤地坝系统为研究对象,基于实际的地理条件开发了该淤地坝系统水利计算模型。通过对观测地下水位数据的数值模拟,验证了模型的实用性。2006年的数值计算结果表明：地表径流量、蒸散发量、入渗量以及地下水流出量分别占淤地坝系统总来水量的36.0%、49.3%、11.6%及3.1%。由结果可知：淤地坝系统对水资源再分布的影响主要体现在减少地表径流,增加蒸发及入渗。研究为黄土高原北部淤地坝系统水文循环过程的研究提供了一种实用的数值计算方法。     

黄土高原土壤干燥化问题探源

以黄土沉积环境的旱化和黄土形成的三种风化类型为切入点 ,通过古今类比分析 ,探究了黄土高原土壤干燥化的黄土地质渊源。其次 ,讨论了土壤干燥化的土壤物理学成因。土壤水分物理特性 ,因受黄土粒度组成的制约而呈现出明显的方向性变化 ,即从西北向东南 ,土壤持水性能渐次增高 ,土壤蒸发性能渐趋降低 ,以田间持水量作为参照状态 ,则会发现黄土高原土壤经常处于水分亏缺状态。土壤干层的形成是干扰和破坏植物演替序列及其土壤水分生态基础造成的后果 ,从而引起土壤干燥化的趋强化发展 ,最后 ,从气侯变化入手 ,对黄土高原土壤干燥化趋势进行了预估     

High-resolution studies of the oldest cultivated soils in the southern Loess Plateau of China

The Holocene loess–soil sequence on the Chinese Loess Plateau constitutes an excellent record of evolution of soil formation, monsoonal climate, eolian dust accumulation and influences of arable farming of over 8000 years. A high-resolution soil profile on the Zhouyuan loess tableland to the west of Xi'an was studied using particle-size analysis, measurement of magnetic susceptibility, total Fe, TOC and CaCO₃. The results provide new insights into the roles of eolian dust deposition and human impact of cultivation on soil development in this environmentally sensitive zone. Several loess layers are found interbedded with cinnamon soils in the profile. This has been caused by changes in rainfall and intensity of dust deposition that is forced by changes in balance between the northwest continental monsoon and southeast maritime monsoon of East Asia during the Holocene. The processes of soil formation were interrupted several times by intensified dust-fall and climatic aridity in the last 11,500 years. The initial clearance of forest for arable farming occurred at ca. 7500 years BP on the loess tableland. It was contemporaneous with the arrival of the wetter and warmer climate of the Holocene Megathermal (8500–3100 years BP). Thereafter, arable farming has been maintained during both the time of soil formation and that of intensified dust accumulation, though there could be temporary cessation or reduced intensity of cultivation in the drier intervals because of lack of rainfall and soil moisture. Increased intensity of dust accumulation has been ongoing since ca. 3100 years BP in the Loess Plateau. A loess deposit of 40–80 cm has overlaid the Multiple or single-welded cinnamon soils on the flat land over the plateau.     

西安地区全新世气候变化与土壤侵蚀研究

为了揭示西安地区全新世环境变化和黄土地层的侵蚀期,利用野外调查和化学分析等方法,研究了西安地区全新世黄土与古土壤发育时的气候变化和不同气候阶段的土壤侵蚀。通过野外调查,在西安白鹿塬区发现了在黄土塬区很少见到全新世中期古土壤分为3个层次,整个全新世黄土剖面可分为5层,表明黄土塬区全新世气候变化与沙尘暴活动与河谷地区一样可分为5个阶段。土层氧化物、微量元素、CaCO3含量和磁化率测定结果显示,西安白鹿塬区全新世8 500~6 000年和5 000~3 100年古土壤发育时较10 000~8 500年、6 000~5 000年和3 100年以来的黄土发育时夏季风活动强,降水量多,气候湿润,沙尘暴活动弱。中全新世8 500~6 000年间发育的S02古土壤中Fe2O3和Al2O3有一定富集,该层土壤类型相当于黄棕壤,指示当时年平均降水量较现今多150 mm左右。虽然沙尘暴活动很弱的间冰期是黄土地层理论上的侵蚀期,但是实际上这一时期的土壤侵蚀很弱。全新世黄土的侵蚀主要发生在气候冷干时期,不是发生在温湿时期。全新世中期6 000~5 000年间的黄土侵蚀率一般大于堆积率,使得广大地区全新世中期的薄层黄土在绝大多数地区受到侵蚀而消失。全新世中期薄层黄土发育时气候变冷干引起的植被退化是当时土壤侵蚀加强和出现侵蚀期的原因。     

黄土高原第四纪期间水土流失的地质记录和基本规律

黄土高原保存有许多第四纪期间水土流失的地质记录,这些记录表明,50万年以来,黄土高原至少有5个水土流失十分强烈的时期,它们分别出现在0.70～0.50Ma B.P、0.2～0.25Ma B.P、0.14～0.08Ma B.P、0.01～0.015Ma B.P和0.006～0.002Ma B.P等气候温暖湿润的阶段,说明影响黄土高原水土流失的主要原因是气候条件。     

黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展

枯枝落叶层是林地垂直结构中参与水文循环过程的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用。黄土高原经过20年植被快速恢复,枯落物覆盖使近地表植被特征和生态过程变化明显,这必将影响地表土壤水分入渗、产汇流等水文和土壤侵蚀过程。为全面掌握黄土高原地区林地枯枝落叶层的水土保持效应研究动态,系统回顾了林地枯枝落叶层在凋落动态、蓄积量变化、截留降雨、阻延地表径流、提高土壤抗蚀抗冲能力和增加土壤入渗等方面的研究历史。分析了目前林地枯枝落叶层研究中存在的若干问题,提出未来黄土高原地区应加强野外坡面枯落物原位长期监测和降雨试验研究,开展多地貌、多尺度研究,关注天然林和人工林枯枝落叶层水土保持功能的对比研究,以及水文物理过程模型建立和参数确定,并重视林地枯枝落叶层的保护和监管。     

郧西县庹家湾黄土剖面色度参数特征及其古气候重建

通过对湖北省郧西县庹家湾黄土剖面的色度参数分析,并结合磁化率、粒度、铷锶比(Rb/Sr)指标揭示汉江上游地区风成黄土的色度特征及其与气候变化的关系。应用X-rite VS450型分光测色仪对庹家湾黄土剖面色度参数进行了测量。结果表明:庹家湾黄土剖面红度a*的变化与沉积物氧化铁含量呈显著正相关,平均值由高到低依次为S_0(6.34)MS(5.52)L_t(5.18)L_0(4.98)L_1(4.82)T_(1-al_2)(3.66);亮度L*的变化与氧化铁含量和有机质含量均呈负相关,其中氧化铁含量对L*的影响更大,L*在黄土层出现了峰值;色调角h*在古土壤层呈现低值(68.64°),黄土层呈现高值,a*/b*与h*特征相反,在古土壤呈现高值(0.39),黄土层呈现低值;其中在马兰黄土L_1中存在两层弱古土壤层L_1-S_2、L_1-S_1,其色度参数特征较L_1具有较高的a*值和a*/b*值及较低的L*值和h*。黄度b*指示该区域气候变化有一定的局限性,h*、a*/b*、L*和a*均可作为良好的气候替代指标,a*值和a*/b*值越大指示气候越暖湿,成壤作用越强,L*值和h*越大指示气候越冷干,成壤作用越弱。h*、a*/b*、L*和a*共同记录了该地区晚更新世以来气候经历了晚更新世末期的干冷、全新世早期逐渐回暖、全新世中期的温暖湿润、全新世晚期气候逐渐干冷,在马兰黄土形成时期,气候出现了短暂的温暖湿润期(27.5~21.5ka B.P.)。     

新构造运动对黄土高原环境变迁的影响

新构造运动是黄土高原区域环境变迁的主导性因素。25Ma以来青藏高原的阶段性强烈隆升,导致了东亚季风气候的形成和加强,黄土高原乃至整个西北地区气候向干旱化趋势演化。黄土高原及其周边地区的阶段性隆升或沉降与气候演化的共同作用,导致了黄土堆积沉积的跳跃式阶段性扩展。黄土高原的地貌演化可以黄河水系的诞生为界限(1.67～1.43MaB.P.)划分为二个阶段:古湖泊低地阶段和高原河流阶段。     

长武塬区降雨入渗特征

为了深入理解深厚黄土层的降雨入渗机制,在黄土高原塬区的长武试验站,应用TDR监测天然降雨下大型土柱土壤含水率的动态变化,并结合土柱底部出流量测定数据,分析天然降雨的入渗特征。结果表明:降雨对土壤含水率的影响主要集中在160 cm深度以上,且随深度增加而递减,至240 cm土层降雨峰值信息几近消失;湿润锋运移速率与降雨强度呈正相关关系,与土壤初始含水率成负相关关系,湿润锋运移深度同降雨量和降雨强度正相关;降雨对300 cm土壤水的补给行为普遍存在,入渗补给以活塞流方式为主;降雨入渗补给土壤水的滞后作用表现出对100～200 cm土壤水的补给滞后时间为15～18 d,对300 cm深度土壤水的补给滞后时间为30～45 d。研究结果对明确黄土塬区水循环机制具有一定参考意义。     

Periglacial cover-beds on the Swiss Plateau: indicators of soil, climate and landscape evolution during the Late Quaternary

Soils and the stratification of their parent materials were studied on the central Swiss Plateau. This area is characterized by glacial deposits varying from Late Glacial to pre-Würmian in age. Soils of all studied sites are developed within colluvial layers, the so-called cover-beds. In relation to the underlying deposits, we find a regular spatial distribution of cover-bed types. A surficial layer (Upper Layer) with relatively constant thickness (around 50 cm independent of relief position) covers Pleistocene sediments of any age. Therefore, it was formed mainly by cryoturbation/solifluction after the final glacier retreat from the Swiss Plateau (Younger Dryas or Oldest Dryas age). Layers that originate mainly from aeolian processes (Intermediate Layers) are restricted to areas outside the recessional moraines of the Berne-Stade (BS). Hence, they were formed merely up to the late Pleniglacial. They frequently consist of two distinct layers. Outside the glaciation of the Last Glacial Maximum (LGM), cover-beds in places overlie pre-LGM palaeosol relics (probably of Eemian age or even older). These are preserved even on higher relief positions, indicating that periglacial erosion during the Pleniglacial was only marginal. The palaeosol relics also occur on till of the so-called Older Wangen-Stade, which is commonly believed to represent the LGM, whereas we consider it to be older at least partly. Eventually, the distribution of soil types and their ecological characteristics are influenced considerably by cover-beds. As these beds reflect distinct phases of the Pleistocene, colluvial sediments provide a major tool for linking modern landscape characteristics to the Late Quaternary climate evolution.     

Characteristics and formation mechanism of pedogenic hematite in Quaternary Chinese loess and paleosols

Hematite is an important iron oxide mineral in loess–paleosol sequences in northwest China. Samples containing hematite and related minerals in the loess and paleosol units from Chinese Loess Plateau were investigated using powder X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and high resolution transmission microscopy (HRTEM). The results show that there are at least three genetic types of hematite in Quaternary loess–paleosol sequences of northern China: (1) Weathering products of Fe-bearing silicate minerals, such as chlorite and biotite, that precipitated as aggregates of hematite nano-crystals on mineral surfaces; (2) oxidation products of eolian magnetite grains with hematite nano-crystals closely associated with magnetite; (3) coarse (silt-sized) hematite grains present in the fresh loess. Hematite with a nanoporous texture indicates that dehydration of iron hydroxide ferrihydrite is the main mechanism for the formation of hematite coating during chemical weathering of Fe-bearing silicates. It is proposed that nano-phase hematite is primarily responsible for the red color of the paleosol units. Paleosol layers are also characterized by higher magnetic susceptibility and increased oxidation of eolian magnetite. It is proposed that the major contribution to magnetic susceptibility is from the nano-phase magnetite that may be related to microbial activity. This research demonstrates that the study of mineral characteristics, formation mechanisms and the relationship between hematite, other iron oxides, and Fe-bearing silicate minerals helps to understand better the geochemical process in loess, both before and after dust deposition. In addition our study helps to explain the correlation between magnetic susceptibility and paleoclimate in northern China during the Quaternary.