本发明属于土壤侵蚀与水土保持科研领域，具体涉及一种河成石灰华中提取水土流失信息的方法。
背景技术：
：：石灰华(英文：travertine或tufa)又称钙华，是在地表由岩溶泉、河、湖水沉积形成的大孔隙次生碳酸钙,一般具有多孔隙的海绵状结构，以及薄层壳状、块状构造。石灰华作为地表次生碳酸钙沉积物，蕴含着丰富的气候环境信息，而受到环境学者尤其是岩溶学者的极大关注。长期以来，因为人类活动的影响，包括开垦、农用化肥、农药、工厂的建设等，对天然河流造成了明显的污染，主要表现在水土流失造成的泥沙量的增加、以及河水中各类污染物的增加，导致国家大量的环境治理的投入。因为人类活动在一定的流域内进行，所产生的土壤侵蚀效应将在河流中的泥沙含量中有所体现，随着石灰华的连续沉积，泥沙将随之附着在石灰华的沉积物中，因此，在石灰华的沉积过程中，记录了大量的泥沙等信息，河成石灰华也就保留了流域内土壤侵蚀的定量信息。通过对石灰华近期沉积物的研究，可揭示人类活动对土壤侵蚀产生的影响(速度、程度等)；研究将揭示河成石灰华沉积物中泥沙含量等与河水泥沙含量的相关性，为流域环境的治理提供科学依据。技术实现要素：针对河成石灰华中蕴含的水土流失信息，本发明提供一种河成石灰华中提取水土流失信息的方法。技术的关键是河成石灰华样品获取，分析测试与泥沙信息获取，年代信息的率定。本发明一种河成石灰华中提取水土流失信息的方法，具体包括以下步骤：(1)样品的采集：滴水岩采样点采集石灰华块样，采集完样品后，在采样点(如图1所示)放置沉积底物以得到钙华的沉积；(2)样品的预处理：将采集回来的样品进行预处理；(3)泥沙含量的测定：a.将刮离的样品研磨成粉末状，过100目的筛子；b.将研磨好的石灰华样品和滤纸放入烘箱内烘至恒重(105℃)，取出置于干燥器内冷却；c.冷却后用电子天平(0.0001g)称量各样品2g，倒入洗净的三角瓶里，对应编号；d.用移液管取过量的65％hno3(本次实验为20ml)，沿三角形内壁缓慢加入三角瓶中，待没有气泡冒出，将三角瓶移至恒温电热板上加热，以至caco3等完全消解；e.消解完后取下冷却，冷却后，将三角瓶中混合液体转入漏斗中过滤(漏斗中滤纸已烘干称量并编号)，同时用去离子水冲洗滤纸中的滤渣；f.将带滤渣的滤纸放入烘箱内烘至恒重(105℃)，取出放入干燥器内冷却并称重；g.计算出滤渣的重量即为泥沙的重量；(4)年龄的确定：年龄的确定采用平均法得出年代数据。本测年方法需做前述假定。在采样点放置沉积底物(大于5块)以得到钙华的沉积。沉积底物为打上圆孔(便于放置)的长方体白云岩试块，试块放置一至三年取回，可以视石灰华沉积情况以一年为周期，逐年取回测试，最后算取平均值，作为测年样品。取回的试块采用测积法测出其体积，具体步骤如下：a.将取回的试块自然风干；b.试块风干后，将其放入装满水的烧杯内，并接下溢出的水；c.用电子天平称量水的重量，再根据：质量＝体积/密度，算出水的体积即为取回试块的体积(v)；d.根据：h＝沉积前后体积差/钙华沉积所占的面积，算出试块上石灰华的厚度即为石灰华一年生长的厚度；根据各采样点取回的石灰华的总厚度及在采样点放置的试块上沉积的石灰华厚度，便可算出石灰华的沉积年限；再根据刮离样品的厚度，采用平均法，即可算出所刮离的各个样品沉积的具体年龄；(5)滴水岩剖面泥沙含量分析；(6)滴水岩剖面沉积年龄分析；(7)滴水岩流域土壤侵蚀趋势分析。上述的的一种河成石灰华中提取水土流失信息的方法，其中步骤(1)所述的沉积底物为打上圆孔的长方体白云岩试块，长3cm，宽2cm，高0.8cm。上述的的一种河成石灰华中提取水土流失信息的方法，其中步骤(2)所述的样品预处理方法，包括以下步骤：a.为了记录方便，将从滴水岩剖面编为a剖面；b.对a剖面进行打磨，便于绘制剖面图；c.用小铲刀将各样品表面的苔藓等植物铲除，测量钙华块样(a剖面)的厚度为14cm；d.把石灰华安放在玻璃上，用刀片对样品进行刮离。因为石灰华样品由表及里有很明显的层理，可根据层理从表到里对样品进行刮离，刮下的样品装入容积15ml的玻璃瓶中，并进行编号。本发明与现有技术相比，具有明显有益效果，从以上技术方案可知:本发明通过对石灰华近期沉积物的分析测试、泥沙信息获取、年代信息的率定，从而揭示人类活动对土壤侵蚀产生的影响(速度、程度等)；研究将揭示河成石灰华沉积物中泥沙含量等与河水泥沙含量的相关性，为流域环境的治理提供科学依据。附图说明图1：滴水岩采样点剖面图；图2：滴水岩剖面单位质量泥沙含量；图3：滴水岩石灰华沉积年龄；图4：a83到a1单位滴水岩石灰华泥沙含量变化趋势；图5：a145到a84单位滴水岩石灰华泥沙含量变化趋势；图6：1937年左右到1991该土壤侵蚀的变化趋势；图7：1991年左右开始该土壤侵蚀的变化趋势；图8：本发明操作流程图。具体实施方式(1)样品的采集a.采样地点：滴水岩又名落水岩，位于贵阳市东北部的乌当区，处于南明河上游。本区以中山地貌、丘陵地貌为主，地势比较平缓，属亚热带季风性湿润气候，夏无酷暑，冬无严寒，光热水同季。b.样品的采集：2007年9月，在如图1滴水岩采样点剖面图所示滴水岩采样点采集石灰华块样，编号a剖面，带回实验室，用于分析钙华微层里中的泥沙含量。采集完样品后，在采样点放置沉积底物以得到钙华的沉积。沉积底物为打上圆孔(便于放置)的长方体白云岩试块，长3cm，宽2cm，高0.8cm，每月一次进行野外考察，观察试块上钙华的沉积情况。本采样点试块放置一年取回，作为测年样品。(2)样品的预处理从野外采集的钙华块样，带回实验室自然风干。之后进行预处理，具体步骤如下：a.为了记录方便，将从滴水岩剖面编为a剖面。b.对a剖面进行打磨，便于绘制剖面图。c.用小铲刀将各样品表面的苔藓等植物铲除，测量钙华块样(a剖面)的厚度为14cm。d.把石灰华安放在玻璃上，用刀片对样品进行刮离。因为石灰华样品由表及里有很明显的层理，可根据层理从表到里对样品进行刮离，刮下的样品装入容积15ml的玻璃瓶中，并进行编号。具体刮离情况如下：滴水岩剖面层理清楚，根据石灰华沉积的层理，从表层长有青苔处开始刮离，刮了14cm，共145个样。0～2cma1、a2……a682～3cma69、a70……a833～6cma84、a85……a1136～7cma114、a115……a1217～8cma122、a123……a1288～9cma129、a130……a1369～10cma137、a138……a14010～11cma141、a14211～12cma14312～13cma14413～14cma145(3)泥沙含量的测定本研究所测的泥沙是指石灰华中不溶解于硫酸、硝酸、盐酸或其他强酸的部分。实验药品：65％hno3、去离子水实验仪器：电子天平(0.0001g)、三角瓶、漏斗、慢速滤纸、移液管、洗瓶、恒温电热板、干燥器、烘箱。实验步骤：a.将刮离的样品研磨成粉末状，过100目的筛子；b.将研磨好的石灰华样品和滤纸放入烘箱内烘至恒重(105℃)，取出置于干燥器内冷却；c.冷却后用电子天平称量各样品2g，倒入洗净的三角瓶里，对应编号；d.用移液管取过量的65％hno3(本次实验为20ml)，沿三角形内壁缓慢加入三角瓶中，待没有气泡冒出，将三角瓶移至恒温电热板上加热，以至caco3等完全消解；e.消解完后取下冷却，冷却后，将三角瓶中混合液体转入漏斗中过滤(漏斗中滤纸已烘干称量并编号)，同时用去离子水冲洗滤纸中的滤渣；f.将带滤渣的滤纸放入烘箱内烘至恒重(105℃)，取出放入干燥器内冷却并称重；g.计算出滤渣的重量即为泥沙的重量。(4)年龄的确定年龄的确定采用平均法得出年代数据。本测年方法需做前述假定。在采样点放置沉积底物(大于5块)以得到钙华的沉积。沉积底物为打上圆孔(便于放置)的长方体白云岩试块，试块放置一至三年取回，可以视石灰华沉积情况以一年为周期，逐年取回测试，最后算取平均值，作为测年样品。取回的试块采用测积法测出其体积，具体步骤如下：a.将取回的试块自然风干；b.试块风干后，将其放入装满水的烧杯内，并接下溢出的水；c.用电子天平称量水的重量，再根据：质量＝体积/密度，算出水的体积即为取回试块的体积(v)；d.根据：h＝沉积前后体积差/钙华沉积所占的面积，算出试块上石灰华的厚度即为石灰华一年生长的厚度。根据各采样点取回的石灰华的总厚度及在采样点放置的试块上沉积的石灰华厚度，便可算出石灰华的沉积年限。再根据刮离样品的厚度，采用平均法，即可算出所刮离的各个样品沉积的具体年龄。(5)滴水岩剖面泥沙含量分析从图2可以看出，滴水岩石灰华中单位质量泥沙含量拟合线为：y＝0.0009x2-0.1504x+12.802，r2＝0.1946。根据拟合方程可知，滴水岩石灰华剖面中从老到新(a145—a1)单位质量泥沙含量可分为两个变化阶段。而拟合线对称轴x＝-b/2a，因此以x＝83.6为分界点，从a145到a84总体呈下降趋势，其中a136、a128、a96偏离拟合线较远，且单位质量泥沙含量较高，分别为19.11％、24.62％、14.45％；从a83到a1总体呈上升趋势，其中a58、a36、a9偏离拟合线较远，且单位质量泥沙含量较高，分别为16.69％、16.66％、16.61％。在总的变化中，a128单位质量泥沙含量最高，为24.62％，a82和a113单位质量泥沙含量最低，均为2.87％。(6)滴水岩剖面沉积年龄分析滴水岩测年试块放置时间是2008年3月份，取回时间是2009年3月份，野外放置时间1年。实验测得滴水岩沉积试块上石灰华体积约为0.9cm3，沉积面积约4.5cm2，计算求得沉积厚度约为0.20cm/a，沉积速率约为0.51g·a-1·cm-2(表1、2)。根据河成石灰华刮离情况(表3)，即可算出各样品的沉积年龄(图3)。表1石灰华沉积试块体积数据处理表table5-1volumedataprocessingtableoftravertinesedimentontestingblock表2石灰华沉积试块重量数据处理表table5-2weightdataprocessingtableoftravertinesedimentontestingblock表3中各刮离间距间所刮样品的厚度为平均值，均相等。从表3看出，刮离厚度为14cm，共145个样，且由表及里同等厚度刮样数逐渐减少，其中最表层的2cm刮了68个，到最里层1cm刮1个样。这主要是因为刮离样品之前不知道石灰华的沉积速率，而在本文中主要研究的是近期情况。表3滴水岩石灰华刮离情况由图3可知，滴水岩石灰华刮离样品沉积年龄由表及里逐渐增加，最老部分a145的沉积年龄约为70a。其中a68约为10a，a83约为15a、a103约为25a、a113约为30a、a121约为35a、a128约为40a、a136约为45a、a140约为50a、a142约为55a、a143约为60a、a144约为65a。(7)滴水岩流域土壤侵蚀趋势分析根据前述滴水岩石灰华中泥沙含量的拟合分析：滴水岩石灰华剖面中从老到新(a145—a1)单位质量泥沙含量可分为两个变化阶段，从a145到a84总体呈下降趋势，从a83到a1总体呈上升趋势，由此绘出滴水岩石灰华泥沙含量变化趋势图。滴水岩石灰华泥沙含量变化趋势，其中图4为a83到a1单位质量泥沙含量变化趋势，图5为a145到a84单位质量泥沙含量变化趋势。从图4可知，从a145到a84总体呈下降趋势，趋势线为：y＝0.0621x+0.7112，r2＝0.0824；从a83到a1总体呈上升趋势，趋势线为：y＝-0.0693x+11.578，r2＝0.2415。石灰华沉积中泥沙含量总体呈现出高—低—高的变化趋势。滴水岩石灰华中泥沙含量变化趋势表征其流域内土壤侵蚀变换趋势，因此两者趋势线一样。根据采集滴水岩石灰华的时间(2007年7月)及石灰华沉积年限，即可推算出滴水岩流域近几十年的土壤侵蚀变化趋势。滴水岩流域土壤侵蚀变化趋势，从图6中可看出，滴水岩流域内近70年来土壤侵蚀的变化趋势，从1937年左右到1991年左右，该流域内土壤侵蚀呈下降趋势，趋势线为：y＝0.0621x+0.7112，r2＝0.0824(图7)，斜率0.0621；从，该流域内土壤侵蚀日渐严重，趋势线为：y＝-0.0693x+11.578，r2＝0.2415(图6)，斜率-0.0693。这主要是因为上世纪90年代以来，贵阳市人口迅速增加(表5)和城市化发展加剧人类活动以及降雨侵蚀力变化(表4)造成的。其间，部分泥沙含量明显增大，这主要是大量降水的原因，a58就是很好的例子。a58沉积年限大约在距2007年8到9年，正好是1998年，而1998年我国发生了历史上罕见的洪水灾害，特别是长江，发生了1954年以来又一次全流域型的大洪水。表4贵阳不同时期年平均降雨侵蚀力(单位：mj·mm·hm-2·h-1·a-1)气象站1951～1970年1971～1950年1991～2002年贵阳4045.33613.34760.7资料来源：许月卿等土地利用变化的土壤侵蚀效应评价2008表5解放后贵阳全市人口历年增长情况表资料来源：贵阳市城市建设志和贵州年鉴。当前第1页12当前第1页12