石漠化地区土壤侵蚀作用的大气成因10Be同位素地球化学示踪研究

The karst rocky desertification is a very serious environmental issue in the southwestern China and there is trend of spreading. Determination of the long-term soil erosion rate helps to understand the history of the long-term rock weathering process and stability of the soil. The project intends to estimate the long-term soil erosion rate in hill slope and the Earth surface denudation rate on a small catchment scale by joint application of cosmogenic nuclide 10Be and its stable isotope 9Be in China’s karst rock desertification areas, and to develop atmospheric origin 10Be-9Be coupling tracer technique, so as to provide basic data and information for the prevention and treatment of rocky desertification. The Earth surface denudation rate on a small catchment scale determined by active 10Be/9Be ratio method may provide a new perspective of the investigation of chemical weathering process in limestone areas. Investigations on factor affecting soil erosion rate such as environmental conditions (eg. acid rain) and land use in the rocky desertification area may provide scientific methodology and basis for sustainable development of such areas.

我国西南石灰岩地区喀斯特石漠化现象相当严重且有蔓延趋势。长时间尺度土壤侵蚀速率测定有助于了解岩石风化历史和土壤的长期稳定性。本项目拟通过联合利用大气沉降成因的宇宙射线成因核素10Be和其稳定同位素9Be对我国喀斯特石漠化地区进行的长时间尺度土壤侵蚀速率测定，开发10Be-9Be耦合示踪技术，为石漠化地区的防治提供基础数据资料。利用活性10Be/9Be比值研究小流域地表侵蚀作用可为研究石灰岩地区化学风化作用提供一个新的视野。开展不同环境条件（如酸雨）以及土地利用方式对石漠化地区土壤侵蚀速率的影响研究可为这类地区的可持续发展提供科学方法和依据。

本项目通过联合利用大气沉降成因的宇宙射线成因核素10Be和其稳定同位素9Be对我国喀斯特石漠化地区进行长时间尺度土壤侵蚀速率测定，开发10Be-9Be耦合示踪技术，为石漠化地区的防治提供基础数据资料。对西南石漠化地区土壤和水体的研究表明,（1）贵州石漠化地区乌江和北盘江水系沉积物中大部分重金属元素含量高于国家土壤环境质量标准一级壤限值。其中As和 Cd的高超标率（98.3%和87.4%）表明人为活动的强度较高；(2)化学风化过程中铍的行为相对惰性,不易迁移,倾向于留在风化壳中，其含量接近地壳丰度值；（3）以溶解态进入河流的铍很少,因此河水中的溶解态铍含量很低。天然水体中铍的溶解态和颗粒相浓度相差6倍，以颗粒相形式为主；（4）水电站大坝上下游悬浮态活性Be浓度变化是平稳的，这对使用10Be与活性铍的比值法测定地表侵蚀速率具有重要意义。. 2020年本项目受到了的COVID-19防疾影响，将结题推迟到2021年12月底。2021年，由于项目负责人因突发中风住院6个月，研究被进一步延误。尽管该项目的大部分实验都得到了很好的实施，但本项目委托法国AMS（加速器质谱）实验室进行的10Be测试仍在进行中，在AMS测定完成之后将获取更多数据。因此，本报告仅对铍以及常量和微量元素的现有研究成果进行总结和报告，涉及核素10Be的研究成果将陆续补充发表。