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。     

黄土高原水蚀风蚀交错带坡耕地土壤风蚀特征

黄土高原水蚀风蚀交错带受风力及水力共同作用,是世界上土壤侵蚀最严重区域之一。研究通过选取神木县六道沟流域迎风坡和背风坡4块坡耕地,所选样地进行留茬和翻耕处理,利用~7Be示踪技术测试表层土壤样品(0—20 mm),估算土壤风蚀速率,以期阐明坡面风蚀速率空间分布特征,明确有效防治风蚀的农田耕作措施。结果表明:迎风坡风蚀速率显著高于背风坡(p0.05),留茬可显著减少坡面风蚀速率(p0.05),迎风坡翻耕地、迎风坡留茬地、背风坡翻耕地和背风坡留茬地平均风蚀速率分别为778.2,388.4,78.5,4.7 t/(km~2·a)。风蚀速率沿坡面由上而下均呈现递减趋势,且留茬地更为显著。4块样地风蚀速率等值线的局部形变显示了坡面的微地貌变化,其中以留茬地更为明显且出现高侵蚀中心和沉积中心。因此,为有效防治该区域的土壤风蚀,建议采取秋收后留茬、春季播种前翻耕的方式,并根据坡向和作物类型等调整留茬高度。     

黄土高原小流域泥沙来源的复合指纹识别法分析

流域泥沙来源分析对流域治理及水土保持措施评价有重要意义。通过在陕北选定的汇水区内采集的主沟道沟壁、坡地果园、坡耕地及支沟道土壤样品中17种物质的分析,利用Kruskal-WallisH-test和多元判别分析,筛选出土壤全N,低频磁化率χIf、Cu、137Cs和226Ra组成复合指纹识别因子,利用混合模型,对一次洪水携带的泥沙来自4种源地的贡献比进行了动态分析,结果表明:洪水发生时间段内,主沟道发生了重力侵蚀,对今后定量化研究黄土区的重力侵蚀提供了手段。通过加权平均,总体上,本次洪水携带的总泥沙有33.7%来自主沟道,60.0%来自坡地果园,3.0%来自小块的坡耕地以及3.3%来自支沟道。混合模型拟合优度检测值为0.91,证明在黄土高原可以应用复合指纹识别方法研究洪水泥沙来源,并且能对重力侵蚀产沙进行定量分析。     

次降雨过程中侵蚀泥沙分形维数的变化特征

采用室内人工模拟降雨试验,设计试验坡度为10°、15°、20°、25°,降雨强度为90和120 mm/h,坡长为5和7m,研究不同降雨条件下降雨过程中侵蚀泥沙分形维数的变化特征。结果表明:1)侵蚀泥沙分形维数与黏粒、粉粒体积分数呈极显著正相关,与砂粒体积分数呈极显著负相关;2)侵蚀泥沙分形维数随降雨强度增强有减小趋势,受坡度、坡长影响变化规律不明显,在5 m坡长条件下,侵蚀泥沙分形维数随着降雨历时的延长有先降低后升高趋势,7 m坡长条件下,10°、15°坡度情况下,侵蚀泥沙分形维数随降雨历时变化规律不明显,而在20°、25°坡度情况下,侵蚀泥沙分形维数有随降雨历时增大趋势;3)坡度为10°的条件下,细沟出现后侵蚀泥沙分形维数明显小于细沟出现前,在坡度为15°、20°、25°条件下,细沟出现后侵蚀泥沙分形维数明显高于细沟出现前。     

核素示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用进展

介绍了单核素 (137Cs、2 10 Pb和7Be)、复合核素 (7Be、2 10 Pb、2 2 6 Ra和137Cs)及稳定性稀土元素 (REE)示踪技术在土壤侵蚀速率、泥沙沉积速率、侵蚀产沙时空分布和侵蚀类型转变等研究中的应用现状 ,并对各方法做了简要评价。     

用^137Cs法研究农耕地坡面土壤侵蚀空间分布特征初报

运用＾１３７Ｃｓ示踪法和网格点采样法对陕北典型的农耕地坡面的土壤侵蚀空间分布特征进行了研究，发现在坡脊和坡沟，随坡长的增长，＾１３７Ｃｓ含量分布呈增加，减少，再增加的波动趋势，而侧坡则呈相反的波动趋势，并利用新的公式计算了农耕地的侵蚀模数。     

基于高能水分特性法的土壤团聚体结构稳定性研究进展

土壤团聚体稳定性是影响土壤质量、入渗、抗侵蚀能力及根系生长的重要土壤物理性质,同时也是判断土壤是否退化的重要指标。目前国内外关于团聚体稳定性的研究以分析团聚体水稳性为主,团聚体结构稳定性相关研究较少,而使用高能水分特性法(HEMC)测定团聚体结构稳定性重现性高,可检测不同处理间微小差异且试验及计算过程精准可控,在国外已有较多研究。研究通过HEMC法分析了土壤改良剂、土地利用与土壤管理和不同土壤理化性质下团聚体结构稳定性的特征及影响因子,结果表明不同处理间土壤团聚体结构稳定性差异较明显,且有机质与黏粒含量是影响团聚体结构稳定性的主要因素,而国内还鲜有相关报道。该研究就HEMC方法的原理、测定过程、数据处理、指标计算及相关研究进展进行了总结,并结合我国大力提倡保护耕地资源、修复退化土壤及实施植被恢复的大背景,对利用该方法进行土壤结构、土壤质量、土壤抗蚀性等方面的研究提出了一些建议,期望能够推广利用该方法,为土壤质量演变、构建和评价健康土壤提供基础数据支持。     

确定137Cs背景值所需的采样点数与采样面积

137Cs背景值的确定是利用核示踪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。而大部分研究对137Cs背景值的确定均采取随机采样,没有统一的采样点数与确定的采样面积。本研究利用网格加密采样法,对未扰动地和长期耕种且未平整的农耕地各两块样地的137Cs背景值空间变异进行了分析,结果表明：在未扰动地与农耕地采样地块,137Cs采样点数与背景值空间变异系数都存在指数回归关系;在未扰动地块137Cs背景值存在较大空间变异性,且随着网格面积的扩大137Cs空间变异系数表现为增加趋势,在0.25m2范围内选取最少11个样点才能满足试验精度;在农耕地采样地块,因长期的耕种作用使得137Cs在耕层中混合相对均匀,137Cs背景值空间变异性显著变小,最少选取7个样点就能满足试验精度,且不受采样面积的影响。     

稀土元素示踪法在土壤侵蚀与泥沙来源研究中的应用

[目的]掌握稀土元素(REE)示踪土壤侵蚀和泥沙来源的方法,明确其不确定性来源,对正确运用该方法获得可靠的侵蚀速率和泥沙源地贡献结果具有重要意义。[方法]基于前人运用REE示踪土壤侵蚀速率和泥沙来源的研究成果,总结了REE示踪土壤侵蚀的基本技术路线及其在水蚀、风蚀和泥沙来源研究中的应用,探讨了REE示踪土壤侵蚀和泥沙来源研究中的不足。[结果]分析认为REE虽是理想的示踪剂,但REE示踪法仍存在影响示踪土壤侵蚀和泥沙来源准确性的关键方面需要改进,包括REE与土壤结合方式与机理、长期监测或复杂环境下随淋溶、径流的迁移以及植被吸收利用等。在未来研究中应重点关注大量释放REE对土壤、植物、环境健康的影响以及REE示踪法与复合指纹识别法的结合运用等。[结论]研究结果为提高REE示踪土壤侵蚀结果的准确性,运用该方法开展其他侵蚀类型研究,与复合指纹识别法结合辨别大区域的泥沙来源奠定基础。     

利用风洞实验研究~7Be示踪估算土壤风蚀速率的可行性

以黄土高原水蚀风蚀交错带沙黄土为研究对象,利用室内风洞模拟实验对7Be示踪估算土壤风蚀速率的可行性进行探讨。由于风蚀过程易带走土壤细颗粒,且7Be在土壤细颗粒中含量较高,所以利用7Be水蚀模型计算的土壤风蚀速率高于实测值。实验中发现样点风蚀后和风蚀前土壤颗粒比表面积之比与样点风蚀后7Be含量之间存在幂函数关系,基于此,提出颗粒校正系数(P)的计算式,并将P引入到7Be水蚀模型对其进行修正。计算分析发现,和实测值相比,利用修正模型计算的土壤风蚀速率误差均不超过5%,这说明经过修正的7Be水蚀模型能较准确地估算土壤风蚀速率,利用7Be示踪技术估算土壤风蚀速率是可行的。研究为进一步利用7Be示踪技术调查黄土高原水蚀风蚀交错带土壤风蚀问题奠定了基础。