土壤样品中~(137)Cs和~(210)Pb活度分析比对研究

本文介绍了国际原子能机构(IAEA)组织的5个土壤样品中137Cs和210Pb活度分析的国际比对结果。本实验室比对用HPGe低本底γ谱仪对土壤样品进行测量,用LabSOCS(Laboratory Sourceless Calibration Software)进行系统无源效率刻度。通过IAEA的评价指标对结果进行评价表明,所测定的5个土壤样品中137Cs和210Pb活度结果都满足达标的要求,成功通过了IAEA的比对。IAEA公布的所有参加的18个实验室的比对结果显示,137Cs活度测定结果有82%的实验室属可接受,而210Pb活度测定结果只有33%的实验室属可接受。对这次国际比对总结分析经验和不足:137Cs与210Pb相比,其分析不确定性相对小,分析误差容易控制;210Pb是土壤中本身存在的放射性核素,其穿透能力较低,受土壤母质和本底的影响,其分析误差不容易控制。     

农耕地土壤~(210)Pb_(ex)含量对侵蚀速率变化的响应模型

论文在分析了农耕地土壤侵蚀速率改变后土壤中210Pbex含量变化的基础上,检讨了现行的计算农耕地土壤侵蚀速率210Pbex法存在的问题误区。根据质量平衡原理建立了农耕地土壤210Pbex含量对侵蚀速率变化的响应模型,证明长期以来普遍认为的"210Pbex法测定值为100a或200a以来的较长期的平均土壤侵蚀速率"的看法是不正确的。并用模型模拟计算了侵蚀速率变化后农耕地210Pbex含量的响应过程,结果表明农耕地土壤侵蚀速率发生变化后,土壤的210Pbex面积活度迅即响应,随着时间的增加呈指数变化。侵蚀速率增大的,土壤中210Pbex面积活度降低;减小的,210Pbex面积活度增加。210Pbex可以替代137Cs用于农耕地土壤侵蚀速率的测定。210Pbex不但可以测定持续耕种100a以上农耕地的侵蚀速率,也可以用于调查近期土地利用变化的土壤侵蚀响应。     

土壤剖面中~(210)Pb_(ex)的分布特征及其在土壤侵蚀示踪中的应用

210Pb由于在环境中特殊的分配关系及其在土壤中迁移性小、极易被土壤细颗粒吸附等特性而被视为良好的示踪剂,210Pb的沉降具有连续性和相对稳定性,可示踪百年尺度的平均土壤侵蚀速率。具有初始分布及其在未扰动土壤剖面中均呈现出土表含量最高,随深度增加含量减少的分布特征。在耕作土壤中由于耕作混合作用210Pbex呈均匀分布。评述了目前用到的210Pbex侵蚀模型重量逼近模型和质量平衡模型,210Pbex与其它核素(137Cs、7Be)复合示踪研究土壤侵蚀和泥沙来源是核素示踪的一大亮点。提出了210Pbex示踪土壤的优点和应用210Pbex示踪应注意的问题。     

基于土壤~(137)Cs监测的土壤侵蚀与有机质流失——以密云水库为例

本文运用137Cs核素示踪技术,研究北京重要的水源供应地密云水库周边地区及白河上游地区土壤侵蚀状况与有机质流失状况及其相互之间的量变关系。试验结果表明:0～20cm土层中山坡上137Cs含量低于坡中、坡下,但若山顶具有缓坡或山角下具有陡坡则137Cs含量变化规律相反。根据水利部标准与土壤137Cs监测结果,密云水库周边大部分地区基本属于轻度侵蚀和中度侵蚀,部分地区侵蚀情况严重,达到了剧烈侵蚀的程度。不同土地利用方式对土壤有机质分布有很大影响,有机质含量分布为灌丛>林地>果园>农田;上游地区有机质含量高于水库周边地区土壤,表明人为活动加剧了土壤侵蚀和有机质的流失。对于景观单一,地域较小的采样区进行三次曲线数学模拟,其相关系数高达0.9左右,表明在监测土壤137Cs、210Pb含量变化的同时,可以利用小区域数学模型直接预报预测土壤有机质含量的变化。     

137Cs和210Pbex双核素示踪"三北"防护林区退耕前后坡地土壤侵蚀变化

为查明"三北"防护林建设前后农耕地和退耕地土壤保持效益变化，利用137Cs和210Pbex双核素示踪技术，选择了防护林建设较为成功的张家口坝上地区（风力侵蚀区）作为典型区，研究了农耕地以及退耕地土壤137Cs和210Pbex的剖面变化规律及其示踪的土壤侵蚀变化。结果表明：1）由于耕作的混匀作用，农耕地土壤剖面中137Cs和210Pbex均呈均匀态分布；退耕地土壤剖面中137Cs和210Pbex则表现为表层（0～5cm）浓度最高、下层（5～25cm）浓度均相对较低且分布相对均匀的形态，这表明退耕后坡地土壤137Cs和210Pbex剖面形态均会发生一定变化，退耕驱动土壤137Cs和210Pbex剖面变化导致运用土壤核素估算侵蚀模型在该区域难以适用；2）基于土壤137Cs和210Pbex剖面变化规律，利用210Pbex质量平衡方程，提出了退耕地土壤210Pbex土壤侵蚀估算模型；3）利用137Cs比例模型估算退耕地土壤侵蚀速率为27.94±11.92 (t/hm2·a)，农耕地侵蚀速率为29.11±14.42 (t/hm2·a)，而利用修正后的210Pbex转换模型估算得到"三北"防护林区退耕地造林前平均侵蚀速率为82.16±14.36 (t/hm2·a)，造林后平均侵蚀速率为-41.28±33.91 (t/hm2·a)；农耕地造林前平均侵蚀速率为68.55±22.11 (t/hm2·a)，造林后平均侵蚀速率-8.52±47.32 (t/hm2·a)。这表明137Cs示踪技术主要表征了1963年以来该区坡地土壤侵蚀和沉积的平均结果，而210Pbex示踪技术则可以较好地示踪防护林建成前后的土壤侵蚀变化。此外，研究结果也表明，相比于"三北"防护林建成之前，建成之后该区农耕地和退耕地的土壤侵蚀速率均呈显著下降趋势，且均由前期的风沙侵蚀转变成了风沙沉积。     

过筛粒径大小对HPGeγ谱仪测定137Cs和210Pb的影响

2.00mm通常被作为实验室测定土壤中环境放射性核素137Cs和210Pb比活度时土壤样品过筛粒径,但有关不同过筛粒径对测量准确性的影响评价鲜有报道。本研究选择了褐土、栗钙土和紫色土等3种代表性土壤,经4种过筛粒径2.00、1.00、0.50和0.25mm处理后,利用HPGeγ谱仪测定了处理土样中的137Cs和210Pb比活度。137Cs测量结果显示,相比2.00mm的粒径,0.25mm粒径能减少样品中137Cs分析精度达到可接受值的时间,同时对比活度测量值具有积极影响;对210Pb而言,过筛粒径的减小会造成分析精度达到可接受值时间的延长,但对比活度的测量值影响并不显著。研究结果在提高利用HPGeγ谱仪准确测定环境样品中的137Cs和210Pb比活度方面具有重要意义。     

江西红壤丘陵区~(137)Cs和~(210)Pb_(ex)与有机质关系的研究

以江西省余江县中科院红壤试验基地三分场附近的低山丘陵区为研究区,应用核素示踪技术和化学方法相结合的手段,对研究区土壤样品中有机质、137Cs、210Pbex含量的剖面分布及其相关性做了分析,结果表明:在耕层深度内,有机质和137Cs含量呈显著的正相关关系,而210Pbex含量波动比较大,与有机质含量相关性较小;137Cs空间分布上的变化规律受地形空间分异的控制,除坡脚外不同部位有机质含量和137Cs含量相关系数呈现坡上部﹥坡中部﹥坡下部的特点。     

标准物质对HPGe γ谱仪测定环境放射性核素210Pb和137Cs的影响

为评价不同标准物质效率刻度对环境放射性核素测定准确性的影响,应用具有无源效率刻度（LabSOCS）功能的高纯锗（HPGe）γ谱仪,比较用褐土、黄壤、黄土和紫色土4种土类与供测试土壤栗钙土作为标准物质进行效率刻度获得的210Pb和137Cs比活度之间的差异。选用的5种土类为标准物质对测试土壤中210Pb测定的准确性有显著影响,这是由于标准物质中能够显著影响210Pb测定结果的一组元素Si、Fe和Na,尤其是Fe含量相对于测试土壤存在很大差异（相对差异在94％~166％之间）。不同标准物质对土壤中137Cs测定准确性的影响较小,这是由于不同标准物质中与137Cs比活度显著偏相关（P<0.01）的O和Na含量差异较小（小于10％）。结果表明：标准物质对137Cs测定影响不大,选择与测定样品的化学元素相近的标准物质进行效率刻度,可以提高环境样品中210Pb测定的准确性。     

COMPARISON OF THE DEPTH DISTRIBUTION PROCESSES FOR 137Cs AND lePbu IN CULTIVATED SOILS

探讨了^137Cs与^210Pbex在农耕地土壤深度分布过程的差异。基于^137Cs与^210Pbex的不同沉降过程,考虑到核素由犁耕层向犁底层的扩散,对农耕地土壤^137Cs与^210Pbex的深度分布过程进行了理论推导,并以杨凌符家庄麦田剖面的实测数据予以验证,同时讨论了实测符家庄麦田剖面^137Cs与^210Pbex深度分布的规律特征及其原因,以此阐明了^137Cs与^210Pbex在农耕地土壤深度分布过程的差异。^137Cs源于大气核试爆,没有持续沉降补充,犁耕层和犁底层土壤^137Cs深度分布一直处于随时间变化的非稳定态;而210Pbex是天然核素,存在大气沉降的持续补充,犁耕层和犁底层土壤^210Pbex深度分布最终呈稳定态。农耕地土壤^137Cs与^210Pbex深度分布的实测值曲线与理论值曲线的差异,尤其^210Pbex可能与耕作深度的变化历史或土地利用（覆被）变化有关。     

盆栽-自然土生长试验研究小麦对土壤中~(137)Cs的吸收

利用环境放射性示踪剂盆栽模拟试验研究了2种小麦对不同活度水平的纯自然江西红壤中137Cs的吸收规律。结果表明,除林地土壤基本不含137Cs外,小麦植株中137Cs均有一定程度的积累,且小麦对137Cs的浓集能力(用转移系数TF表示)随土壤活度水平的提高而增强,大致为扬麦12号:草地(116.36)>水稻旱(47.22)>旱耕(27.33)>林地(几乎没有);扬麦158号:草地(194.92)>水稻旱(16.54)>旱耕(13.41)>林地(几乎没有)。小麦植株各组成部分137Cs积累量大致为:根>茎秆和籽粒外壳>籽粒。小麦吸收的137Cs对估算土壤侵蚀量有很大影响,可为今后示踪模型的修正提供依据。     

应用环境放射性核素示踪技术研究农业立体污染的构思

如何进行有效的监测与防治农业立体污染,已经成为研究我国食品安全与人类生存环境的重大科学问题之一。本文从论述137Cs2、10Pbex7、Be的来源和示踪原理入手,提出了应用环境放射性核素示踪技术研究农业立体污染的新构思,主要包括:查明农业景观系统中污染物质的本底值,辨析污染物来源和传输路径,评价不同农艺措施和土地利用防治农业立体污染的有效性,建立基于环境核素示踪的农业立体污染分布式预测模型。     

近十年来核素示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用进展

随着核素示踪技术在土壤侵蚀研究中应用的深入,土壤侵蚀研究进入了一个快速发展阶段。本文阐述了近十年来137Cs2、10Pbex7、Be、复合示踪及REE-INAA示踪等几种主要核素示踪技术在土壤侵蚀速率、泥沙沉积速率、泥沙来源和坡面侵蚀过程等研究中的应用新进展,并对今后的研究方向和发展趋势进行了分析。     

In situ radiometric mapping of soil erosion and field-moist bulk density on cultivated fields

Abstract. Recent developments in in situγ ray spectrometry offer a new approach to measuring the activity of radionuclides such as ¹³⁷Cs and ⁴⁰K in soils, and thus estimating erosion or deposition rates and field moist bulk density (ρ_m). Such estimates would be rapid and involve minimal site disturbance, especially important where archaeological remains are present. This paper presents the results of a pilot investigation of an eroded field in Scotland in which a portable hyper pure germanium (HPGe) detector was used to measure γ ray spectra in situ. The gamma (γ) photon flux observed at the soil surface is a function of the ¹³⁷Cs inventory, its depth distribution characteristics and ρ_m. A coefficient, Q_Cs, derived from the forward scattering of ¹³⁷Cs γ ray photons within the soil profile relative to the ¹³⁷Cs full energy peak (662 keV), was used to correct the in situ calibration for changes in the ¹³⁷Cs vertical distribution in the ploughed field, a function of tillage, soil accumulation and ρ_m. Based on only 8 measurements, the agreement between in situγ ray spectrometry and soil sample measurements of ¹³⁷Cs inventories improved from a non significant r²=0.05 to a significant r²=0.62 (P<0.05). Erosion and deposition rates calculated from the corrected in situ¹³⁷Cs measurements had a similarly good agreement with those calculated from soil cores. Mean soil bulk density was also calculated using a separate coefficient, Q_K, derived from the forward scattering γ photons from ⁴⁰K within the soil relative to the ⁴⁰K full energy peak (1460 keV). Again there was good agreement with soil core measurements (r²=0.64; P<0.05). The precision of the in situ¹³⁷Cs measurement was limited by the precision with which Q_Cs can be estimated, a function of the low ¹³⁷Cs deposition levels associated with the weapons testing fallout and relatively low detector efficiency (35%). In contrast, the precision of the in situ ρ_m determination was only limited by the spatial variability associated with soil sampling.     

运用β多样性的测度方法探讨不同人为干扰强度对米槠林乔木层的影响

定量转换模型的选用是137Cs技术测量土壤侵蚀速率的一个关键,从最初的经验公式到现在的理论模型,形成了定量转换模型的两大主要类型。对常用模型建立的原理、适用范围和不足之处进行了分析。其中的质量平衡模型(包括不同的版本)因基于137Cs沉降、吸附、再分布等物理过程和相对精确而受到众多研究者的青睐。其局限性表现在:为方便计算而过度简化与实际过程或为充分考虑实际过程而过多引入无法准确测定的参数。剖面分布模型和扩散迁移模型与质量平衡模型有相似的缺点。由于各模型的假设原理和计算公式不尽相同,使用相同137Cs损失值估算出来的侵蚀速率差值甚至可以超过一个数量级。现有理论模型的完善和操作性较强的模型开发将是137Cs技术发展的主要方向之一。     

红壤丘陵区土壤137Cs含量与土壤颗粒组成的关系研究--以江西省丰城市为例

通过对江西省红壤地区的39个土壤剖面采样数据进行数理统计分析,发现在土壤表层20 cm范围内,不同土层137Cs含量与土壤粒径具有一定的相关性,其中与砂粒含量和粉砂粒含量具有正相关关系,与砾石含量和黏粒含量具有负相关关系。通过逐步回归分析发现,在各土层与137Cs含量关系最为密切是砂砾含量,两者呈现显著的正相关关系。同时建立了137Cs含量与砂砾含量的定量关系模型,并通过方差分析证明该模型可靠,但该模型应用于土壤侵蚀还需要进一步研究。     

采用~(14)C同位素标记植物的装置与方法

碳同位素(14C)示踪是研究植物残体有机碳在土壤中分解与转化较灵敏的方法,已被广泛用于土壤有机碳周转动力学研究。本文详细介绍了一种在密闭箱中采用14C同位素标记植物的装置和操作方法。该装置设备简单,操作方便可靠;该方法亦适合于采用13C1、5N等同位素对植物进行标记和示踪。     

川中丘陵区人工刨地耕作方式下紫色土坡耕地侵蚀速率的137Cs和210Pbex双核素示踪法研究

Purple soils are widely distributed in the Sichuan Hilly Basin and are highly susceptible to erosion, especially on the cultivated slopes. Quantitative assessment of the erosion rates is, however, difficult due to small size of the plots of the manually-tilled land, the complex land use, and steep hillslopes. 137Cs and 210Pbex (excess 210Pb) tracing techniques were used to investigate the spatial pattern of soil erosion rates associated with slope-land under hoe tillage in Neijiang of the Sichuan Hilly Basin. The 137Cs and 210Pbex inventories at the top of the cultivated slope were extremely low, and the highest inventories were found at the bottom of the cultivated slope. By combining the erosion rates estimates provided by both 137Cs and 210Pbex measurements, the weighted mean net soil loss from the study slope was estimated to be 3100 t km-2 year-1, which was significantly less than 6930 t km-2 year-1 reported for runoff plots on a 10°cultivated slope at the Suining Station of soil Erosion. The spatial pattern of soil erosion rates on the steep agricultural land showed that hoe tillage played an important role in soil redistribution along the slope. Also, traditional farming practices had a significant role in reducing soil loss, leading to a lower net erosion rate for the field.     

137Cs法测算梁峁坡农耕地土壤侵蚀量的初探

本文介绍了¹³⁷Cs法测算农耕地土壤侵蚀量的基本原理和方法。梁峁坡农耕地和梯田5个土壤剖面的¹³⁷Cs含量的测定结果表明,土壤剖面的¹³⁷Cs总量很好地表征了农耕地的侵蚀程度。根据卡钱诺斯基和奎因（Kachanoski and Quine）1987年分别提出的曲线和本文提出的公式求得的侵蚀模数值和实测资料分析值基本吻合。