137Cs 示踪技术背景值研究进展与建议

利用环境核素137Cs示踪技术研究土壤侵蚀被越来越多的科研人员所采用,而背景值的确定是利用该技术研究土壤侵蚀的前提和根本,直接关系到侵蚀速率计算的准确与否。本文从137Cs背景值采样点的选取方式,137Cs全球空间分布预报模型以及影响137Cs沉降因素等方面进行了总结性综述,对137Cs背景值研究应注意的问题和今后研究重点提出了建议。     

~(137)Cs示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用综述

作为研究土壤侵蚀的新方法137Cs示踪技术具有许多优越性,因而在土壤侵蚀研究中具有广阔的应用前景。介绍了国内外采用137Cs示踪技术对土壤侵蚀进行研究的现状,并对137Cs示踪技术应用前景进行了展望。     

中国季风区土壤137Cs背景值研究

 通过测定山东沂蒙山区、江苏苏南丘陵区以及云南滇池流域背景点样品中土壤137Cs活度,探讨了土壤剖面中137Cs的分布状况,发现不同地区不同质地的土壤137Cs 的分布深度有所不同。非耕地137Cs活度呈指数型分布,且与分布深度表现出很强的相关关系;耕地中137Cs活度呈深度分异上的均一性。确定了这几个地区137Cs的背景值分别为1 737.1、1847.2和918.0 Bq/m2。地区土壤137Cs背景值的确定使得 137Cs示踪技术研究土壤侵蚀退化状况、侵蚀和沉积的空间分布成为可能,为土壤资源的可持续利用、土壤侵蚀的经济损益评估及水土保持措施评价等提供有力的技术支持。     

辽东湾沿岸土壤中~(137)Cs背景值及分布特征研究

在辽东湾沿岸区域采集了20个土壤表层样和7个非耕作土壤剖面样(其中一个为标准剖面),通过对采集的土壤样品中的137 Cs进行测量与分析,确定该区域土壤中137 Cs的背景值,并探讨了土壤中137 Cs的分布特征。结果表明,研究区137 Cs的背景值为(1 704±40)Bq/m2;表层土壤中137 Cs的比活度范围为0.84～19.90Bq/kg,不同土地利用类型表层土壤中的137 Cs比活度有明显差异,比活度高低依次为:草地>盐碱地>耕地;非耕作土壤剖面中137 Cs的总量范围为65～1 535Bq/m2,大部分土壤剖面中137 Cs呈指数递减分布,且剖面中的137 Cs发生不同程度的流失,而受到沉积扰动作用的剖面中137 Cs分布无规律。通过探讨辽东湾沿岸区域土壤中137 Cs的背景值及137 Cs的分布特征,为利用137 Cs示踪技术定量研究该区域物质输移和辽东湾沉积物来源提供依据。     

南方红壤区土壤~(137)Cs在不同土地利用类型下的分布研究

137Cs作为土壤侵蚀的示踪剂得到广泛的应用,研究发现不同地区土壤中,137Cs分布有一定差别。以南方红壤为研究对象,对滇池流域不同土地利用下137Cs分布状况进行了研究。结果显示:137Cs空间分布的变化规律受地形空间分异因素的影响。在水平方向上,137Cs空间分布的差异是由于含137Cs土壤颗粒中重新分布和迁移流失造成的;在垂直方向上,剖面分布特征明显,不同土地利用类型由于人类活动以及自然下渗作用而有含量与深浅的差别。这对137Cs示踪土壤侵蚀的模型选择、土壤侵蚀程度判断甚至重新建模都具有积极的指导意义。     

~(137)Cs技术研究岩溶高原湿地小流域土壤侵蚀特征

运用137Cs技术研究了威宁草海沙河小流域不同土地利用方式和地貌部位的土壤侵蚀特征。结果表明:研究区137Cs的背景值为879Bq·m2;农耕地土壤剖面中137Cs中呈均匀分布,非农耕地土壤剖面中呈指数递减分布;不同土地利用方式下,137Cs的面积活度值从大到小为灌丛地人工草地农耕地,土壤侵蚀模数值为农耕地草地灌丛地;不同地貌部位土壤中,137Cs面积活度值从大到小为下坡中坡上坡,侵蚀模数值变化为上坡中坡下坡。小流域年均侵蚀模数为:1254.9t·(km2·a)-1,灌丛地侵蚀模数为462.6t·(km2·a)-1,人工草地为630.4t·(km2·a)-1,农耕地为3311.8t·(km2·a)-1。因此,在小流域水土流失综合治理过程中,农耕地是治理的重点。     

基于~(137)Cs、~(210)Pb和CSLE的三峡库区小流域土壤侵蚀评估

综合应用137Cs和210Pb技术和中国土壤流失方程CSLE(Chinese soil loss equation)进行三峡库区腹地工农沟小流域土壤侵蚀的定量评价研究,尝试基于核素示踪技术计算的土壤侵蚀模数评估CSLE在库区林地小流域的估算效果。结果表明:(1)借助210PbexCRS计年模式获得了工农沟塘库沉积柱芯不同质量深度的沉积年代,与137Cs 1963年断代结果相比基本一致,定年结果可靠;(2)基于核素示踪技术(137Cs和210Pb)计算的小流域2002—2014年土壤侵蚀模数为269.09t/(km2·a),侵蚀强度属于微度侵蚀,年土壤侵蚀量为22.87t/a;(3)依据CSLE和考虑沟蚀因子的CSLE估算的小流域2002—2014年土壤侵蚀模数分别为256.07t/(km2·a)和317.53t/(km2·a),年土壤侵蚀量分别为21.77t/a和26.99t/a;(4)与核素计算的结果相比,CSLE和考虑沟蚀因子的CSLE的估算精度均≥80%,说明采用CSLE估算库区林地小流域土壤侵蚀量结果合理。     

桂西北倒石堆型岩溶坡地土壤的137Cs分布特点

为了查明岩溶坡地土壤的137Cs分布特点,以判别137Cs法是否适用于岩溶坡地土壤流失量的测定,在桂西北开展了倒石堆型岩溶坡地土壤137Cs分布特点的研究.结果表明,无侵蚀的岩溶坡地土壤137Cs空间分布具有土壤的137Cs面积活度远低于区域本底值、表层土壤<2 mm样品的137Cs比活度高、137Cs空间分布变异大等特点.产生这种现象的主要原因是:(1)粒度粗,土层薄,137Cs吸附总量有限;(2)岩溶坡地裸石面积比例大,137Cs降尘核爆期间流失比例高;(3)土壤中碳酸盐颗粒的溶蚀,促进了吸附137Cs尘埃的洗失等.合理解释无侵蚀岩溶坡地表层土壤的137Cs面积活度低于137Cs本底值的现象,对评价137Cs法测定岩溶坡地土壤流失量的适用性至关重要.研究表明,不宜用现行的137Cs示踪方法测定岩溶坡地的土壤流失量.     

用137Cs示踪法研究密云水库周边土壤侵蚀与氮磷流失

运用137Cs核素示踪技术,研究密云水库周边地区及白河上游地区土壤侵蚀与氮、磷流失状况及其相互之间的量变关系.研究结果表明:从土壤表层(0～20 cm)137Cs分布规律基本符合地形地貌的变化规律,山坡上部的137Cs含量低于山坡中部与坡下部,但是如果山顶具有缓坡或山角下具有陡坡,则137Cs含量变化规律相反.根据土壤137Cs监测数据结果判定该地区基本属于轻度侵蚀和中度侵蚀,部分地区侵蚀情况达到剧烈程度.不同景观与土地利用方式对土壤氮、磷分布有巨大影响:有机质、全氮、水解氮含量均是以灌丛土壤最高,林地次之,与流域内137Cs分布规律相符合;而农田中全磷、速效磷含量最高.不同区域土壤养分含量不同:水库上游地区土壤氮素、磷素含量均低于水库周边地区.证明不合理的人为活动严重的增强了土壤侵蚀程度与养分流失量.回归模拟了土壤中137Cs、(210Pb)与全氮、全磷、水解氮、速效磷含量之间的数学模型.这些模型在区域较小、景观单一的范围内可以定量分析、预报预测各采样区的全磷和有效态氮、磷含量的变化趋势.简化了监测与分析测试程序.扩大了核素示踪技术的应用范围.     

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。     

宁南黄土高原阳洼流域137Cs分布及侵蚀特征研究

利用137Cs示踪方法,对宁南黄土高原阳洼流域土壤137Cs分布及土壤侵蚀进行了初步研究。结果表明:流域137Cs基准值为(1 966.99±112.06)Bq/m2。流域内林草地土壤剖面137Cs呈指数型分布,坡耕地137Cs在耕层内呈均一分布。受坡位影响,坡耕地上坡137Cs质量活度为中、下坡的25.14%~27%。流域内坡耕地土壤侵蚀最高,平均为3 889.95 t/km2,自然荒坡最小,仅为坡耕地的17.83%,坡耕地是流域泥沙的主要侵蚀溯源区。阳洼流域土壤侵蚀存在明显的空间格局,不同土地类型下土壤137Cs面积活度、土壤侵蚀模数呈斑块状镶嵌分布,以靠近流域西南边界、中部及东南部区域土壤侵蚀模数最大,平均侵蚀速率在3 405.59~7 080.73 t/(km2.a),沉积与侵蚀明显区域间有过渡区域。坡度是影响该流域土壤侵蚀空间变化的主导因子,但土壤侵蚀速率并不简单随坡度增加而增大,它还受土地利用方式、坡位、降雨等因素影响。     

基于~(137)Cs示踪法的太湖流域典型山地土壤侵蚀规律分析

在生态环境敏感区—太湖周边选择两个地质构造不同的山体,运用137Cs示踪法分析了137Cs分布和土壤侵蚀规律。结果表明:沉积岩山体黄棕壤的137Cs含量表层大于底层,岩浆岩山体黄红壤137Cs含量中部高,表层和底层低。岩浆岩山体坡面的土壤侵蚀变化情况为:坡顶>坡上部>坡中部>坡底;沉积岩山体坡面土壤侵蚀变化为:坡中部>坡下部>破上部。研究区土壤侵蚀整体而言为微度或轻度侵蚀,在太湖周边区域未经人为扰动的山体表土移动运输程度很小,不会对山前平原和太湖水体造成明显影响,土壤流失不显著。     

基于3S和~(137)Cs技术的三峡库区小流域泥沙输移比研究

用3S技术对重庆忠县石宝寨的菱角塘小流域进行侵蚀单元的划分,通过137 Cs示踪技术配合GIS空间插值法,评估小流域1963年以来的地面侵蚀量;同时,以137 Cs定年法为主要研究手段,确定塘库不同层位的淤积泥沙的年龄,计算1963年以来小流域塘库泥沙淤积量,从而获得小流域以塘库入口为观测断面的泥沙输移比。研究结果表明:(1)不同土地利用类型的土壤侵蚀量差异明显,从1963-2013年这50年间,小流域侵蚀总量为7 240.5t,林地侵蚀总量为2 095t,坡耕地土壤侵蚀总量为5 145.5t,是林地侵蚀总量的2.45倍;(2)用137 Cs定年法进行计算得出小流域塘库淤积总量为1 927.5t,输出库外的泥沙643t;(3)计算菱角塘小流域1963年以来的泥沙输移比为0.36,小流域的低泥沙输移比说明流域内在坡面下方集中分布的水田以及修建的塘库能够很好拦蓄流域上部坡面的侵蚀产沙。     

江苏省句容地区137Cs背景值研究

土壤侵蚀问题是当今世界面临主要环境问题之一,137Cs示踪作为一种应用于土壤侵蚀研究比较成熟的方法,其背景值的确定是前提.本研究通过两个疑似背景值点样品的采集,探讨了耕地土壤剖面137Cs活度的分布特征、增加样品的采集数量,并且与其他研究者的研究进行对比,确定江苏省句容地区137Cs的背景值为1820.36 Bq/m2.此活度与江苏省其他地区的背景值接近,可以用该背景值进行土壤侵蚀速率以及农业非点源污染负荷估算.     

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。     

~(137)Cs示踪采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的影响

为更好地理解矿区土壤退化机理,该文利用137Cs技术研究了焦作矿区具有15a沉陷历史的采煤沉陷坡土壤侵蚀特征及其对土壤养分的影响。沉陷坡137Cs含量从坡顶到下坡逐渐降低,及至坡脚急剧增大且表现出最高的值。基于137Cs本底(1 645 Bq/m2),沉陷坡坡顶至下坡表现为土壤侵蚀,而坡脚为土壤沉积。沉陷坡土壤侵蚀高达3.75 kg/(m2·a),属于中度侵蚀。沉陷坡土壤黏粒含量沿下坡方向增加,表明水蚀的分选性搬运。与对照区相比,沉陷坡侵蚀区土壤总有机碳(total organic carbon,TOC)、水溶性有机碳(water-soluble organic carbon,WSOC)、全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量均出现了显著降低(P0.05);沉积区除WSOC显著降低(P0.05)外,其他养分含量变化不明显(P0.05)。在沉陷坡的侵蚀区,TOC与WSOC含量沿下坡方向逐渐减小,表现出与137Cs一致的分布格局;其他养分含量的坡面变化与137Cs分布不一致。相较于对照区,WSOC/TOC与碳氮比、碳磷比在沉陷坡侵蚀强烈的坡位分别出现了显著增大与降低(P0.05)。研究结果表明:1)焦作矿区自采煤沉陷坡形成以来发生了较严重的水蚀;2)侵蚀引起的土壤再分配影响沉陷坡土壤碳、氮、磷动态,其中,土壤再分配对土壤碳动态的影响最强;3)在土壤侵蚀作用下,采煤沉陷坡侵蚀强烈的坡位土壤有效态碳、氮、磷养分潜在的侵蚀风险大。采煤沉陷坡土壤侵蚀及其对土壤养分的不利影响应引起矿粮复合区土地整治的关注。     

雅鲁藏布江中游地区土壤侵蚀的137Cs示踪法研究

雅江中游地区林草地土壤侵蚀强度的137Cs示踪法研究表明,林草地土壤剖面的137Cs总量,可以很好地表征土壤的侵蚀程度.研究区137Cs本底值介于830.6～1 114.0Bq/m2之间;林草地平均土壤侵蚀强度介于341～1 971t/km2.a,影响林草地土壤侵蚀强度的主要因子为林草地覆盖度,其次为坡度.     

关于利用~(137)Cs测定土壤侵蚀和泥沙沉积速率的评述(续)

<正>1 为什么采用~(137)Cs2 ~(137)Cs的地表循环3 ~(137)Cs在侵蚀研究中的应用4 ~(137)Cs在泥沙淤积研究中的应用1961年,拉韦拉发表了一篇有关一个泥沙淤积垂直剖面中放射性β射线活性变化的报告。1971年,拉韦拉和普雷马茨利用这个剖面“通过搞清大气沉降的时间分布,对淤积速率进行了估算”。     

某放射性污染区盐生植物对~(137)Cs的吸收研究

植物修复技术适用于大面积、低活度的放射性污染治理,在一些大面积放射性污染区具有潜在的应用前景。本研究在某放射性典型污染区域取样,测量了该区域盐生植物及其生长土壤的137Cs含量,以生物富集系数(BC值)为指标,分析了不同核素土壤分布、K元素含量等因素对BC值的影响。研究结果表明,污染区植物对137Cs的吸收BC值在10-5~10-2数量级之间,多数区域由于核素分布不均匀而引起BC值下降,均匀分布则有利于核素的吸收。另外,BC值还与土壤K元素含量呈负相关。     

~(137)Cs在卧龙自然保护区土壤中的分布特征

对137Cs在卧龙自然保护区内不同生态系统土壤中的分布特征进行测量分析的结果表明:137Cs在耕地土壤中均匀分布,在其余6种非耕地土壤中呈明显的指数递减分布;非耕地土壤在0~10 cm土层内存在一个137Cs富集层,富集层以下137Cs含量有一个骤降的过程;137Cs在耕地土壤中的分布深度大于耕层厚度20 cm,在非耕地土壤中的分布深度在24 cm左右;137Cs的面积浓度在高山草甸土壤中最大,在适温灌丛土壤中最小,前者是后者的2.6倍。