【摘 要】
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西南地区土层浅薄,是世界上最大的喀斯特连片分布区之一,正经历严重的水土流失。峰丛洼地是西南喀斯特区特有的一种地貌类型,由周围的峰丛和中间的洼地构成,这种地貌特征决定了其产流产沙具有明显的向心聚集性,洼地可视为水库、大坝或大型沉砂池,反映了流域侵蚀产沙的历史记录,因而是估算喀斯特小流域泥沙和养分沉积速率以及泥沙来源的理想场所。以西南古周峰丛洼地为研究对象,从洼地的三个沉积物剖面中收集了 194个土壤
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西南地区土层浅薄,是世界上最大的喀斯特连片分布区之一,正经历严重的水土流失。峰丛洼地是西南喀斯特区特有的一种地貌类型,由周围的峰丛和中间的洼地构成,这种地貌特征决定了其产流产沙具有明显的向心聚集性,洼地可视为水库、大坝或大型沉砂池,反映了流域侵蚀产沙的历史记录,因而是估算喀斯特小流域泥沙和养分沉积速率以及泥沙来源的理想场所。以西南古周峰丛洼地为研究对象,从洼地的三个沉积物剖面中收集了 194个土壤样品,利用喀斯特洼地沉积泥沙,使用核素定年模型重建了近60年来喀斯特流域侵蚀产沙的变化特征;同时从农田、裂缝和林地收集了 58个泥沙来源样品,采用基于45种地球化学元素的复合指纹识别法和等源多元混合模型,估算过去60年来泥沙来源的相对贡献及其变化趋势;并根据洼地近60年来土壤养分（SOC、TN和TP）、粒径（粘粒、粉粒和砂粒）、核素（137Cs和210Pbex）的剖面沉积特征,分析洼地养分沉积速率的动态变化趋势,明确土壤侵蚀对养分沉积的影响机制。主要得到以下结论:（1）利用137Cs和210Pbex反演了洼地近几十年（1949-2015）泥沙沉积速率的动态变化特征。与3种210Pbex定年模型—恒定沉降（CFCS）、恒定初始浓度（CIC）和恒定供给速率（CRS）相比,以137Cs为时标修正的CRS模型可很好的用于洼地沉积泥沙的断代。1949-2015年,泥沙沉积速率呈现先增加后急剧下降的趋势,这可能代表了西南喀斯特流域土壤侵蚀动态的总体趋势;1954-1956年泥沙沉积速率达到最大值,为8636.36 tyr-1;1999年“退耕还林”政策实施后,土壤侵蚀呈现快速下降的趋势,1999-2015年平均土壤侵蚀模数仅为80t km-2 yr-1,但仍大于容许土壤流失量（30-68 t km-2 yr-1）,该区的土壤侵蚀问题仍需得到足够重视。（2）运用复合指纹识别法确定了最佳指纹识别因子组合,并基于等源多元混合模型定量分析了洼地的泥沙来源。用于测定的45种金属元素指纹因子只有39种元素被检测出含量,通过Kruskal-Wallis H测试（P＜0.05）、逐步判别分析（DFA）,以及IsoSource模型计算软件的限制,最后筛选出五个识别因子（Cu/Pb、Cu/Cd、Cr/Ta、Cu/Bi和W/Ca）作为最优指纹因子组合,其累积判别率为86.2%。近60年来,农地是主要的沉积泥沙来源（89.2%）,其次是裂隙土（9.6%）和林地（1.2%）;与1949～1999年相比,裂隙土的泥沙贡献在1999～2015年达到最大值,约为20%;这说明1999年实施的“退耕还林”政策明显减少了农地的水土流失,因此可能对喀斯特洼地的泥沙沉积产生较大影响。（3）明确了喀斯特洼地养分（SOC、TN和TP）沉积速率的动态变化特征,揭示了土壤侵蚀对养分沉积的影响机制。养分浓度与粘粒含量呈显著负相关（P＜0.001）;与137Cs相比,210Pbex与SOC和TN的相关性更高;在未扰动的沉积泥沙剖面中,Pb/Cs比单一核素更能反映养分的时间变化;养分沉积速率在1953年之前有所上升,在1954-1956年达到最大值,然后在1957-2015年快速下降;泥沙沉积速率与养分浓度呈负相关（P＜0.01）,但与养分沉积速率呈正相关（P＜0.01）,因而在过去60年,养分沉积速率的时间变化可能主要是由土壤侵蚀所导致。修正后的CRS模型（C-CRS模型）能够准确地对喀斯特洼地沉积物进行断代,确定其剖面不同深度的沉积年代,进而计算不同时期的泥沙沉积速率。基于元素比作为识别因子的复合指纹识别技术能够识别喀斯特洼地沉积泥沙的来源,其中农地是最主要的的来源,裂隙土次之,林地贡献最少。养分沉积速率主要受到泥沙沉积速率而不是养分浓度的影响。1998年实施的“退耕还林”政策不仅显著减少了泥沙沉积速率,同时也影响了洼地的泥沙来源。本研究结果将有助于了解喀斯特洼地小流域的土壤侵蚀现状,控制和防止水土流失,为制定合理的的水土保持措施,促进小流域可持续发展提供科学依据。
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