第四纪黄土高原侵蚀环境演变及驱动机制研究

Severe soil erosion on the Loess Plateau restricted the social and economic sustainable development in the middle and lower reaches of the Yellow River. Uncovering the process, factors and dynamics of erosion evolution at different spatio-temporal scale is fundamental to controlling the severe soil erosion, predicting the trends of the Loess Plateau. Such studies were restricted by the lack of the continuous sedimentary archive, which recorded the history of erosion evolution.The Luyang Lake, located in the Fen-wei graben, south to the Loess Plateau . Its continuous sediments at least from middle Miocene are mostly come from the erosion of the Loess Plateau. It not only recorded the erosion evolution of the Loess Plateau, but also documented the regional tectonic movements, climate change, vegetation evolution ,formation and evolution of the Yellow River.This study takes the Luyang Lake as a window, aiming at uncovering the process, factors and dynamics of erosion evolution at different spatio-temporal scale of the Loess Plateau. The results will provide new scientific basis for the ecological restoration, environmental governance, and resource development of the Loess Plateau.

黄土高原强烈土壤侵蚀制约了黄河中下游地区社会与经济可持续发展。为深刻理解黄土高原侵蚀环境现状，预测和评估侵蚀环境未来变化趋势，亟需深入研究黄土高原地质历史时期不同时空尺度侵蚀环境演变过程、影响因素及驱动机制。千沟万壑的黄土高原是长期堆积-侵蚀作用的结果，其自身很难保存侵蚀环境演变的信息。连续完整的侵蚀环境演变记录的缺失制约着黄土高原地质时期侵蚀环境演变的研究。位于渭河盆地的卤阳湖晚新生代以来发育了连续稳定的湖相沉积，不仅保存了流域侵蚀环境演变的重要信息，同时也记录了区域构造活动、气候变化、植被演化、古三门湖的演变以及黄河水系的演化过程。为此，本项目以卤阳湖湖相沉积记录为窗口重建黄土高原侵蚀环境演变过程，探索黄土高原不同时空尺度侵蚀环境演变的影响因素与驱动机制，可为黄土高原生态修复、环境治理、资源开发提供新的科学依据。

黄土高原土壤侵蚀是关系黄河中下游安全以及黄土高原区可持续发展的重要生态问题。学术界对黄土高原土壤侵蚀问题的由来、地质历史时期的发展规律以及土壤侵蚀的驱动机制和影响因素，还存在许多争议，主要原因在于缺乏下游的地质沉积记录证据。本研究通过科学钻探对黄土高原南部关中盆地卤阳湖区进行了3个不同深度岩芯采样分析，通过古地磁、光释光等定年手段计算不同时期的沉积速率，并通过碳酸盐、粒度、磁化率等气候环境代用指标剖面进行了详细的气候环境变化分析。主要结论包括:.（1）卤阳湖1号钻岩芯400 m (5.23 Ma)沉积速率计算结果表明，湖区沉积速率在2.58 Ma后有明显上升，与黄土古土壤剖面底界年龄一致。卤阳湖区5.23 Ma以来的沉积速率在4.18-3.58 Ma、2.5-1.7 Ma、1.07-0.78 Ma、0.78-0.12 Ma、0.12-0.09 Ma、67-63 ka、13-9.8 ka，这7个时期有明显加快，其中后6个时期与青藏高原自青藏运动（2.58 Ma开始）以来的抬升活动具有明显的对应关系，说明黄土高原土壤侵蚀周期在长时间尺度上受控于青藏高原的构造隆升作用。第四纪以来卤阳湖区沉积速率以0.12 Ma为界可划分为前后两个阶段，2.58-0.12 Ma期间，卤阳湖沉积速率变化微弱增加，变化范围在3-10 cm/ka，0.12 Ma后。.（2）卤阳湖2号钻50 m岩芯将近15万年的沉积序列表明，12万年前后构造强烈抬升的同时，也恰好对应黄土-古土壤S1阶段，属温湿气候期，该阶段在卤阳湖上游地区侵蚀面分布广泛，在下游三门峡地区则发生了黄河彻底贯通的重大环境事件。.（3）卤阳湖东滩2.8 m的人工剖面研究结果表明近三万年来，卤阳湖区湖泊水位经历了低-高-低的变化过程，与该区末次冰盛期以来的干-湿-干的气候变化序列一致，表明卤阳湖区水位变化主要受控于东亚夏季风影响。全新世后期4.6 ka 后的干旱气候造成了卤阳湖的大面积萎缩，为卤阳湖的快速消亡创造了条件。在此基础上，2 ka后围湖造田，捞硝晒盐等湖区周边人为活动的快速增加，是导致卤阳湖沉积速率快速上升，退化为盐碱滩，并逐渐消亡的原因。