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三峡水库消落带是目前世界上面积最广、水位涨落幅度最大、人类活动影响最为频繁与强烈的消落带,且水位涨落呈反季节枯洪规律。消落带形成后的初期阶段,其陆地生态环境、陆生生态系统尤其是生物群落与土壤特性等将发生巨大变化。目前针对消落带植被重建和土壤侵蚀的研究较多,而对消落带土壤特性变化等方面研究较少。土壤磁学作为一门较新的多学科交叉应用科学,在近些年的环境学和土壤学中应用的越来越广泛。土壤磁性能够综合反映土壤矿物、容重、含水量、质地、结构等物理性质和pH值、有机质含量等化学性质。由于土壤磁性研究具有测量样品用量少、灵敏度高、分辨率高、重复性好、成本低、简便快速、对样品无破坏等优势和特点。近年来,土壤磁性在考古、全球环境变化、占气候演变等研究领域广泛应用,成为表征土壤发育、生物气候的替代性指标。本研究选择了3个典型的紫色土消落带监测断面,通过现场和实验室土壤磁性与其他土壤特性的测试分析,揭示三峡水库水位变化与干湿交替作用引起的土壤磁性变化规律及其因素。本文主要结论如下:
(1)从三峡库区消落带内所有监测断面的土壤磁性分布结果来看,其整体上呈现随淹没水深的增加而增高的特征。如共和村附近消落带表土质量磁化率(X)值在较高位置(169至175 m)与当地背景值相近,约20到30(10-8m3/kg),中段(169至157 m)附近开始缓缓下降至15到20(10-3m3/kg)左右,而到海拔较低处,尤其是到157 m以下逐步快速地提高到100(10-8m3/kg)以上,总体的上升幅度达5倍以上。其它磁性指标如IRM、SIRM、ARM、(Bo)CR和X-T曲线等,分别从不同角度反映出消落带中低水位土壤相对中高水位有磁性强度增强、磁性矿物晶粒减小、强磁性矿物增多等趋势。
(2)消落带土壤磁性以质量磁化率(X)值为代表,随受干湿交替的频次增加而增高。三峡库区在夏季保持低水位和冬季保持高水位时,都会在各自位置频繁涨落,从而使得消落带上部和下部的土壤受到干湿交替的反复作用。而对中部土壤影响频率有限且时间较短,从而会造成上下两部分土壤磁性的增强。又因为目前是三峡蓄水初期,2010年才正式达到175米高程,从年限上讲,消落带上部土壤接受干湿交替作用小于下部,从而其磁性增强效果还远不及下部明显。另外在消落带中部,土壤磁性都呈现一定程度下降趋势,这就使得目前土壤磁性在消落带中呈现“两端高中间低”的规律。这与消落带中粘粒、粉粒的体积百分含量分布呈明显正相关关系,与土壤背景磁性研究相对照后判断是江水作用引起。因当地土壤细粒部分磁性相对更强,而消落带土壤细粒部分则更多的集中在了下部。另外,消落带内表土容重也随着海拔降低而小幅度增大。
(3)干湿交替作用不仅导致土壤理化性质变化,还导致了土壤矿物组成发生显著的变化。由消落带表土所得的频率磁化率(x fd%)与低频质量磁化率(xlf)相关关系分布规律可得消落带不同水位土壤的主要磁性矿物发生了变化。磁化率较强的分布于消落带下部,其磁性矿物组成与中上部产生了明显的区别。经x-T曲线等磁性参数表明,消落带下部土壤中含有了中上部不存在的新的磁性矿物纤铁矿和磁铁矿。前者是消落带土壤在一段时间的氧化还原环境交替作用下产生的,经实地勘测寻找后也发现了它的踪迹。但纤铁矿常温下一般不具备强磁性,欧洲部分国土所有土壤类型的磁化率测定;初步阐明了土壤磁化率在土壤剖面、颗粒组成及地理分布的一般规律,并已开始试图寻找土壤磁性化合物的形成、转化M)等磁性参数等实验证实,消落带下部土壤存在浑圆状的磁铁矿,海拔越低越容易找到,而中上部基本没有发现。推测为上游重工业等燃烧化石燃料所产生的浑圆状磁铁矿顺江而下,在频繁的干湿交替的过程中吸附和沉积在了土壤颗粒上的,是外来磁性物质的主要输入来源。