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.     

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。     

赣南红壤丘陵区137Cs示踪土壤侵蚀对土壤养分元素的影响

赣南红壤丘陵区是我国土壤侵蚀与土地退化比较严重的地区,以南丰县为例,应用137 Cs示踪技术探讨不同土地利用方式下土壤侵蚀与养分元素的关系。结果表明:(1)湿地松林、桔园、水田3种土地利用方式作用下土壤中137 Cs与养分元素分布差异显著,在垂直剖面上,湿地松林137 Cs含量呈指数递减分布,水田与桔园137 Cs含量因人为干扰在耕层内均匀分布;有机质与137 Cs有相似的分布特征;全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量均呈现一定表聚性。(2)位于坡地的2种土地利用方式中,湿地松林137 Cs、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量均表现为下坡>上坡>中坡;桔园137 Cs活度表现为中坡>下坡>上坡,全氮、碱解氮、速效磷表现为下坡>中坡>上坡,而速效钾、有机质最大值均出现在上坡。(3)相关性分析表明,土壤137 Cs与有机质、全氮、碱解氮显著正相关,表明小流域有机质、氮元素可能与137 Cs有相同的物理运移方式,pH与137 Cs显著负相关,速效磷、速效钾则与137 Cs不相关。(4)3种土地利用方式中位于小流域谷地的水田137 Cs、有机质、全氮、碱解氮含量最高,坡地上桔园坡面137 Cs与土壤养分元素含量均高于湿地松林地,表明一定程度的坡改梯桔园种植模式能有效缓解土壤侵蚀与养分流失,改善区域生态环境。     

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。     

~(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。     

基于137Cs示踪的丹江口市农用地土壤侵蚀与有机质流失分析

运用137Cs示踪技术探讨了丹江口市小流域不同土地利用方式的土壤侵蚀,并分析了137Cs含量与有机质和重金属含量之间的关系。结果表明:农用地土壤侵蚀速率从大到小依次为沟谷旱地>坡耕地>菜田>水田>草地>灌丛,耕作土的侵蚀强度多为中度和强度侵蚀,非耕作土则是微度和轻度侵蚀;不同土地利用方式对土壤有机质和重金属分布影响很大,有机质含量分布规律为草地>灌丛>菜田>水田>沟谷旱地>坡耕地;Pb与Ni含量为灌丛>草地>坡耕地>沟谷旱地>菜田>水田;Cr与Cu含量为灌丛>菜田>坡耕地>草地>沟谷旱地>水田;Zn含量为灌丛>菜田>草地>坡耕地>沟谷旱地>水田。对137Cs含量与土壤有机质、重金属含量进行回归分析的相关系数均在0.7以上,说明在景观简单的小流域,可以利用137Cs含量和数学模型预测土壤有机质和重金属的含量变化。     

薄层黑土微生物生物量碳氮对土壤侵蚀—沉积的响应

研究土壤侵蚀—沉积对土壤微生物生物量的影响可以为科学评估土壤侵蚀的环境效应提供依据。以典型薄层黑土区——黑龙江省宾州河流域为研究区,利用土壤137Cs含量估算侵蚀速率,通过分析流域不同位置和不同坡面部位土壤微生物生物量碳和氮含量以及土壤侵蚀强度的差异,揭示土壤微生物生物量对土壤侵蚀—沉积的响应规律。结果表明:流域不同位置和不同坡面部位土壤微生物生物量的分布存在明显差异,并呈现出与土壤侵蚀—沉积空间分布相反的变化趋势。土壤侵蚀速率在流域的分布为上游中游下游,在坡面的分布为坡中部坡上部坡下部;土壤微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和微生物生物量氮(Microbial biomass nitrogen,MBN)在流域表现为下游中游上游,在坡面表现为坡下部坡上部坡中部。回归分析表明,MBC、MBN、有机质(Organic matter,OM)和全氮(Total nitrogen,TN)含量随土壤侵蚀强度的增大而减少。土壤侵蚀对土壤微生物生物量的分布有重要影响,土壤侵蚀—沉积过程引起土壤养分的迁移和再分布是导致侵蚀区和沉积区土壤微生物生物量分布产生差异的重要原因。     

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。     

典型黑土区农业流域土壤侵蚀-沉积对土壤养分和酶活性的影响

研究农业流域土壤侵蚀—沉积对土壤养分和酶活性的影响可为土壤侵蚀退化评价提供重要科学依据。选择典型薄层黑土区的宾州河流域为研究区,在流域上游、中游和下游各选取2个代表性坡面,基于¹³⁷Cs示踪技术估算土壤侵蚀—沉积速率,分析流域和坡面尺度土壤侵蚀—沉积对土壤养分(有机质、全氮和速效磷)和土壤酶活性(转化酶、脲酶和碱性磷酸酶)的影响。结果表明:(1)土壤侵蚀速率在流域上游最大,分别是流域中游和下游的1.9,11.2倍;坡面尺度上土壤侵蚀速率在坡中部最大,分别是坡上部和坡下部的1.3~2.6,2.8~12.2倍。(2)在流域尺度上,土壤有机质空间分布与土壤侵蚀速率空间分布呈相反的变化趋势,土壤全氮和速效磷含量在流域下游皆大于流域中游;坡面尺度上土壤有机质、速效磷含量、转化酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均表现为坡下部>坡中部,说明农地土壤侵蚀降低土壤养分含量和酶活性。(3)流域沉积区土壤沉积速率对土壤有机质、速效磷含量、脲酶和碱性磷酸酶活性有显著影响。(4)土壤有机质和速效磷含量对土壤脲酶和碱性磷酸酶活性有显著影响,表明土壤侵蚀—沉积引起的土壤养分再分布是造成土壤酶活性空间分异的重要原因。     

川北山区坡耕地土壤活性有机碳对土壤侵蚀的响应

为探明侵蚀对坡耕地土壤活性有机碳的影响,利用137 Cs示踪技术,并结合土壤理化分析,研究了川北山区坡耕地土壤侵蚀所引起的土壤再分配对土壤有机碳与活性有机碳空间变异性的影响。结果表明,川北山区坡耕地土壤侵蚀是水蚀和耕作侵蚀共同作用的结果,强烈的耕作导致坡上部发生严重的土壤侵蚀;侵蚀对坡耕地土壤有机碳与活性有机碳分布影响较大,土壤有机碳与活性有机碳含量与137 Cs含量呈显著正相关,坡上部土壤有机碳与活性有机碳含量贫瘠,而在坡下部相对富集。因此,山区坡耕地土壤肥力的空间分布特征在今后的土地施肥管理中应引起关注。     

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。     

北京山区果园水平阶整地措施的水土保持效益

坡地果树产业已成为北京山区市县农业的重要组成部分.坡地果园坡度大,地表覆盖低,土壤侵蚀严重.水平阶整地是北京山区坡地果园的重要水土保持措施之一,定量测算坡地果园土壤侵蚀速率和水平阶整地措施的水土保持效益对于实现资源环境和经济的可持续协调发展具有重要的实际意义.分别采集北京山区无措施（昌平）和水平阶整地措施（密云、怀柔）后的土壤样品,通过测定137 Cs面积活度换算土壤侵蚀速率,估算北京山区坡地果园水平阶整地措施的水土保持效益.结果表明：昌平、密云和怀柔坡地果园的土壤侵蚀速率分别为5 331、2 494和1 970 t/（km2·a）,水平阶整地措施减少50％的土壤侵蚀量,可起到降低土壤侵蚀的作用;但是由于年久失修,没能完全发挥其应有的水土保持功效.     

阳洼流域土壤137Cs的空间分布及侵蚀研究

利用137Cs示踪技术,研究了宁南黄土高原阳洼流域土壤137Cs的空间分布和侵蚀特征.研究结果表明,流域137Cs背景值为1 966.99 Bq/m2,流域内不同土地利用方式下土壤137Cs比活度不同,且有比较明显的137Cs比活度分异.流域内林草地土壤剖面137Cs呈现指数分布模式,坡耕地剖面的137Cs则呈均匀分布模式.不同土地利用方式下土壤137Cs的面积活度表现为沟台＞林草地＞农耕坡地,其中农耕坡地、沟台地土壤侵蚀、沉积表现出较大的变异,变异系数达65%以上.阳洼流域土壤侵蚀模数与137Cs比活度呈现出相反的分布趋势,但都明显具有斑块状和条带状分布的特点.流域土壤以中、强度侵蚀为主,中、强度侵蚀面积占流域总面积的46%,在流域土壤侵蚀防治中坡耕地仍是治理的关键.     

盆栽-自然土生长试验研究小麦对土壤中137Cs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。     

利用137Cs示踪技术评价东北黑土侵蚀和沉积过程

Soil and water losses through erosion have been serious in the black soil region of Northeast China. Therefore, a sloping cultivated land in Songnen Plain was selected as a case study to： 1） determine the ^137Cs reference inventory in the study area; 2） calculate erosion and deposition rates of black soil on different slope locations; 3） conduct a sensitivity analysis of some model parameters; and 4） compare overall outputs using four different models. Three transects were set in the field with five slope locations for each transect, including summit, shoulder-slope, back-slope, foot-slope, and toe-slope. Field measurements and model simulation were used to estimate a bomb-derived ^137Cs reference inventory in the study area. Soil erosion and deposition rates were estimated using four ^137Cs models and percentage of ^137Cs loss/gain. The ^137Cs reference value in the study area was 2 232.8 Bq m^-2 with ^137Cs showing a clear topographic pattern, decreasing from the summit to shoulder-slope, then increasing again at the foot-slope and reaching a maximum at the toe-slope, Predicted soil redistribution rates for different slope locations varied. Among models, the Yang Model （YANG-M） overestimated erosion loss but underestimated deposition. However, the standard mass balance model （MBM1） gave predictions similar to a mass balance model incorporating soil movement by tillage （MBM2）. Sensitivity analysis of the proportion factor and distribution pattern of ^137Cs in the surface layer demonstrated the impact of ^137Cs enrichment on calculation of the soil erosion rate. Factors influencing the redistribution of fallout ^137Cs in landscape should be fully considered as calculating soil redistribution rate using ^137Cs technique.     

阴山北麓不同用地土壤有机质含量对抗风蚀的作用研究

随着人类对土地利用的强度不断增大,改变了自然土壤表层原有的性质,并对风产生不同的抗蚀效果。不同的土地利用方式下,土壤的有机质含量是不同的。土壤有机质影响土粒间微结构的胶结力和土壤结构体间的抵抗离散力,从而影响土壤的抵抗风蚀能力。通过对阴山北麓不同土地利用方式下的土地进行野外调查取样和室内理化分析,分析了土壤有机质含量变化过程,研究了土壤有机质含量对抗风蚀的影响。结果表明：土壤有机质含量与土壤抗风蚀强度成正相关关系,也就是随着土壤有机质含量的增加,土壤的抗风蚀强度增强,凡是有机质含量较高的土地利用类型,其土壤的抗风蚀强度较强,例如：人造林地的土壤有机质含量为3.904%,其土壤风蚀相对强弱指数是1.726;未成林林地的土壤有机质含量为2.775%,其土壤风蚀相对强弱指数是23.409;人造林地的土壤有机质含量高于未成林林地,而人造林地的土壤风蚀相对强弱指数小于未成林林地,也就是人造林地的抗风蚀强度大于未成林林地。因此,应当针对阴山北麓处于西北风主风向地带、风速大、土壤风蚀易发生的实际情况,合理保护和利用有限的土地资源,使土壤资源得以保护。     

137Cs tracing of the spatial patterns in soil redistribution,organic carbon and total nitrogen in the southeastern Tibetan Plateau

The southeastern Tibetan Plateau, which profoundly affects East Asia by helping to maintain the stability of climate systems, biological diversity and clean water, is one of the regions most vulnerable to water erosion, wind erosion, tillage erosion, freeze–thaw erosion and overgrazing under global climate changes and intensive human activities. Spatial variations in soil erosion in terraced farmland (TL), sloping farmland (SL) and grassland (GL) were determined by the ¹³⁷Cs tracing method and compared with spatial variations in soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (total N). The ¹³⁷Cs concentration in the GL was higher in the 0–0.03 m soil layer than in the other soil layers due to weak migration and diffusion under low precipitation and temperature conditions, while the ¹³⁷Cs concentration in the soil layer of the SL was generally uniform in the 0–0.18 m soil layer due to tillage-induced mixing. Low ¹³⁷Cs inventories appeared at the summit and toe slope positions in the SL due to soil loss by tillage erosion and water erosion, respectively, while the highest ¹³⁷Cs inventories appeared at the middle slope positions due to soil accumulation under relatively flat landform conditions. In the GL, the ¹³⁷Cs data showed that higher soil erosion rates appeared at the summit due to freeze–thaw erosion and steep slope gradients and at the toe slope position due to wind erosion, gully erosion, freeze–thaw erosion and overgrazing. The ¹³⁷Cs inventory generally increased from upper to lower slope positions within each terrace (except the lowest terrace). The ¹³⁷Cs data along the terrace toposequence showed abrupt changes in soil erosion rates between the lower part of the upper terrace and the upper part of the immediate terrace over a short distance and net deposition on the lower and toe terraces. Hence, tillage erosion played an important role in the soil loss at the summit slope positions of each terrace, while water erosion dominantly transported soil from the upper terrace to the lower terrace and resulted in net soil deposition on the flat lower terrace. The SOC inventories showed similar spatial patterns to the ¹³⁷Cs inventories in the SL, TL and GL, and significant correlations were found between the SOC and ¹³⁷Cs inventories in these slope landscapes. The total N inventories showed similar spatial patterns to the inventories of ¹³⁷Cs and SOC, and significant correlations were also found between the total N and ¹³⁷Cs inventories in the SL, TL and GL. Therefore, ¹³⁷Cs can successfully be used for tracing soil, SOC and total N dynamics within slope landscapes in the southeastern Tibetan Plateau.