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。     

大气散落核素复合示踪在土壤侵蚀科学中的应用

介绍了大气散落核素⁷Be、²¹⁰Pb_ex、¹³⁷Cs复合在土壤侵蚀和泥沙来源领域中的研究进展;阐述了核素比率应用的原理、特点及其能更为敏感地反映土壤侵蚀速率和过程等优点;说明多元素复合示踪在推断土壤不同侵蚀过程及估算土壤侵蚀速率方面的作用;论述了建立两核素相关深度曲线确定泥沙起源深度的应用原理和特点及其应用范围,并对各种方法进行了简单的评价.     

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。     

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。     

浑善达克沙地东南缘坡地风蚀速率变化的137Cs与210Pb复合示踪研究

【目的】坡地是人为活动频繁而生态较脆弱的地区，土壤侵蚀是造成丘陵区坡地土地流失的主要方式，因此探究丘陵区坡地不同位置和不同时间尺度风蚀速率的变化具有重要意义。【方法】以位于浑善达克沙地东南缘农牧交错带、生态环境脆弱、易受到土壤风蚀影响的内蒙古多伦县为研究区，选择一个植被类型为沙化草地的典型坡地，通过测量其坡顶、坡肩、背坡、坡麓等不同位置剖面的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb比活度，探讨坡地不同位置的剖面¹³⁷Cs、²¹⁰Pb含量及分布特征，计算坡地不同位置的土壤侵蚀速率。【结果】坡地¹³⁷Cs分布较深，²¹⁰Pb含量随深度增加呈负指数递减，¹³⁷Cs、²¹⁰Pb平均活度值较低，受长期风蚀的影响，样品中砂含量高。【结论】除坡麓处于沉积状态外，坡地不同位置均受到轻度或微度风蚀作用的影响，风蚀速率相对大小为：坡肩>坡顶>背坡>坡麓。20世纪60年代以来土壤侵蚀速率显著降低，生态环境质量总体向好。     

强度耕作对137Cs、210Pbex和有机质剖面分布的影响

很少有关于直接测定强度耕作侵蚀引起土壤退化过程的报道.我们的目的是确定应用137Cs和210Pbex直接定量评价耕作侵蚀对土壤有机质(SOM)坡面运移影响的可能性.我们在黄土高原陡坡耕地上进行了50次犁耕活动,并将与其相临的另一块陡坡耕地作为对照.在对照坡地不同坡位,137Cs浓度均匀分布于上部0～30 cm土层,而210Pbex浓度在坡上部和坡中部随土层深度增加呈现线性递减,在坡下部呈指数函数递减.0～30 cm土层中土壤有机质含量显著大于30 cm深度以下土层,并在坡中部和坡下部呈现与210Pbex类似的土壤剖面分布特征.与对照坡地比较,50次犁耕活动导致坡上部、坡中部0～45 cm土层的SOM含量分别降低了38%和47%,坡下部0～100 cm土层中的SOM含量却提高了18%.坡上部土壤剖面中137Cs浓度的加权平均值从1.48 Bq/kg降低到0.29 Bq/kg, 坡中部从2.53 Bq/kg减少到0.33 Bq/kg,坡下部从1.48 Bq/kg提高到2.81 Bq/kg.210Pbex浓度的剖面加权平均值在坡上部从27.71 Bq/kg下降到6.15 Bq/kg,在坡中部和坡下部分别从35.46 Bq/kg和25.53 Bq/kg降低到1.57 Bq/kg和19.40 Bq/kg.137Cs和210Pbex的剖面分布与SOM在p<0.001水平呈显著相关,相关系数R2值在对照坡地为0.81～0.86,在犁耕实验坡地为0.86～0.91.实验结果表明,环境放射性核素137Cs和 210Pbex在黄土高原陡坡地遵照同一物理运移机理,可直接应用于定量评价耕作侵蚀与土壤质量的关系.     

核素比率在土壤侵蚀区的应用探讨--以210Pbex/137Cs为例

环境放射性核素7B e、137C s和210Pb为测量土壤侵蚀和沉积速率提供了一种重要的方法。在某些情况下,由于受各种因素的影响,单一核素进行示踪研究很难精确测量,而核素比率的方法作为有益的补充,能够精确测量土壤侵蚀量的多少。这篇文章介绍W a llbrink和M urray在S t.H e lens森林区用210Pbex/137C s方法测量土壤侵蚀的情况,了解国外的研究动态,对此也提出在应用核素比率法中应注意的问题和展望。     

宁镇地区137Cs与210Pbex 坡面分布特征的地统计学分析

为更加深入地揭示核素示踪土壤侵蚀的内在机理,在Arcgis Geostatistics模块的支持下,运用地统计学方法研究了宁镇地区137Cs与210Pbex的空间异质性及其坡面分布特征。研究结果表明:(1)核素所特有的理化性质决定了137Cs与210Pbex的空间异质性及其坡面分布格局的与众不同。137Cs与210Pbex较大的块金值说明了土壤侵蚀及耕作活动等随机性因素对其空间分布的决定性影响,这正是它们能够示踪土壤侵蚀的原因所在。(2)137Cs属中等程度的空间自相关,其坡面分布格局能够较好地反映出地形这一结构性因素在其中所施加的影响,示踪土壤侵蚀的结果也应更为全面、合理,并具有宏观性。210Pbex的空间相关性很弱,说明其对随机性因素的影响有着更为敏感的响应,在揭示坡面侵蚀的细部特征方面应能做得更好。(3)137Cs与210Pbex坡面分布格局存在较大的差异,这一方面说明两者在初始沉降布局、部分理化性质,以及对各种变异影响因素的响应等诸多方面还存在着不小的差异;另一方面也在提示,两者示踪土壤侵蚀进程的结果很难通过数学模型的调整而达成一致。     

东大河小流域林地土壤侵蚀及养分特征研究

为探究滇池流域自实施退耕还林工程以来的林地土壤侵蚀及养分流失特征,本研究以滇池西南部东大河小流域为研究靶区,利用放射性核素¹³⁷Cs示踪技术,对该区域内林地的土壤侵蚀模数进行估算,分析养分含量变化,并主要探讨了坡度、植被覆盖率及土壤颗粒组成对土壤侵蚀的影响。结果表明,林地土壤剖面中的¹³⁷Cs比活度呈指数下降趋势,以自然侵蚀为主。流域林地总侵蚀量为69.28×10³ t·a^-1, 侵蚀强度以轻度侵蚀为主,侵蚀模数介于1 039.40~2 402.12 t·km^-2·a^-1。东大河流域林地总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)总流失量分别为1 963.5、209.1、98.94 t·a^-1,土壤TOC、TN含量与¹³⁷Cs比活度呈极显著正相关关系,物理迁移特征相似。土壤养分流失与土壤侵蚀规律较为一致。土壤侵蚀强度以及养分流失空间差异性较大。土壤黏粒含量与土壤侵蚀呈极显著负相关关系,坡度及植被覆盖率在一定范围内对土壤侵蚀的影响明显,坡度为10~25°以及植被覆盖率小于40%的林地中侵蚀状况相对严峻,平均侵蚀量约为1 709.85 t·km^-2·a^-1,需加强10~25°山地植被保护。本研究为减少当地水土流失,恢复生态以及继续推动退耕还林工程,保证退耕还林工程的效益提供了参考依据。     

紫色丘陵区小流域土壤侵蚀产沙空间分布的137Cs法初步研究

该文通过紫色丘陵区响水滩小流域不同土地利用类型、不同坡度和坡长、不同地貌部位土壤剖面中137Cs含量的测定与分析,对其侵蚀空间分布进行了估算.研究结果表明:该流域137Cs含量的背景值为1870 Bq/m2;流域内坡耕地、林地的年平均侵蚀强度分别为4468、1759 t/(km2·a);土壤侵蚀量与坡长、坡度均指数相关;丘顶、丘坡和鞍部的年平均侵蚀强度分别为2125、4676、3625 t/(km2·a).结果表明土地利用类型、坡长和坡度、地貌部位对土壤侵蚀量影响很大,坡耕地是该流域泥沙的主要来源.     

Using Cs and Pbex for quantifying soil organic carbon redistribution affected by intensive tillage on steep slopes

Studying on spatial and temporal variation in soil organic carbon (SOC) is of great importance because of global environmental concerns. Tillage-induced soil erosion is one of the major processes affecting the redistribution of SOC in fields. However, few direct measurements have been made to investigate the dynamic process of SOC under intensive tillage in the field. Our objective was to test the potential of ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex for directly assessing SOC redistribution on sloping land as affected by tillage. Fifty plowing operations were conducted over a 5-day period using a donkey-drawn moldboard plow on a steep backslope of the Chinese Loess Plateau. Profile variations of SOC, ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex concentrations were measured in the upper, middle and lower positions of the control plot and the plot plowed 50 times. ¹³⁷Cs concentration did not show variations in the upper 0–30 cm of soil whereas ²¹⁰Pb_ex showed a linear decrease (P < 0.05) with soil depth in the upper and middle positions, and an exponential decrease (P < 0.01) at the lower position of the control plot. The amounts of SOC, ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex of sampling soil profiles increased in the following order: lower > middle > upper positions on the control plot. Intensive tillage resulted in a decrease of SOC amounts by 35% in the upper and by 44% in the middle positions for the soil layers of 0–45 cm, and an increase by 21% in the complete soil profile (0–100 cm) at the lower position as compared with control plot. Coefficients of variation (CVs) of SOC in soil profile decreased by 18.2% in the upper, 12.8% in the middle, and 30.9% in the lower slope positions whereas CVs of ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex decreased more than 31% for all slope positions after 50 tillage events. ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex in soil profile were significantly linearly correlated with SOC with R² of 0.81 and 0.86 (P < 0.01) on the control plot, and with R² of 0.90 and 0.86 (P < 0.01) on the treatment plot. Our results evidenced that ³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex, and SOC moved on the sloping land by the same physical mechanism during tillage operations, indicating that fallout ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex could be used directly for quantifying dynamic SOC redistribution as affected by tillage erosion.     

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.     

利用日降雨量资料估算西南地区的降雨侵蚀力

降雨是影响土壤侵蚀的主要因素之一,降雨侵蚀力是各种土壤侵蚀预测预报模型的主要参数。降雨侵蚀力通常用降雨动能和某一时段最大降雨强度的乘积表示,如EI₃₀、EI₁₀或者EI₆₀等,但是这种计算方法需要长期且连续的自记雨量资料。我国大多数地区缺乏完整的自记雨量资料,使这些方法的应用受到了限制。一些不需要自记雨量过程的降雨侵蚀力计算方法已经提出,对考虑降雨季节变化的日降雨量估算降雨侵蚀力模型进行了修正,并用     

具有水窖设施的梯田苹果地抗暴雨侵蚀研究

针对2013年延安地区极端暴雨径流侵蚀条件下土壤侵蚀严重、水土资源利用效率低等问题,通过对陕北安塞县方塔村带有水沙调控措施的梯田—水窖—苹果水土流失状况进行定位监测,基于收集的降雨资料,研究该梯田内水沙调控措施在抗御暴雨条件下的防蚀作用和土壤侵蚀规律,结果表明:该梯田能够抗御暴雨的冲刷,各阶梯田土壤侵蚀都在中度侵蚀以下,平均土壤侵蚀模数仅为该区多年平均的1/7。集中性的高强度降雨对黄土高原土壤侵蚀起决定性作用,本文基于安塞水土保持试验站坡面土壤侵蚀预测预报模型,给出了适宜该区具有水沙调控措施的梯田土壤侵蚀预测预报模型,得到在I₃₀=0.24 mm/min前提下,当年降雨量小于191.1 mm时,土壤能够维持较高的生产力;当年降雨量小于997.13 mm时,该区土壤侵蚀模数可控制在多年平均水平以内。梯田内修建的水窖、梯壁植草、地表枯枝落叶以及梯田质量等因素的综合作用在抗御暴雨侵蚀过程中起到了重要作用。     

长期野外监测红壤裸露坡地侵蚀性降雨分布及产沙分析

侵蚀性降雨及其侵蚀泥沙分布特征研究是掌握土壤侵蚀规律的基础,同时也可为水土保持综合治理提供理论依据。研究选择红壤裸地坡面径流小区为研究对象,利用实际观测法收集到2001-2016年的565次长序列侵蚀性降雨及其径流泥沙资料,运用数理统计方法分析侵蚀性降雨及其泥沙的发生频率和强度的分布特征,在此基础上分析降雨类型对侵蚀产沙的影响。研究结果表明,研究区侵蚀性降雨量占总降雨量的87.82%,主要分布在降雨量为25 mm以上和降雨强度5mm/h以下的降雨事件。次降雨侵蚀强度小于100t/km~2的侵蚀次数占总次数的76.81%,而其侵蚀总量只占总量的7.28%;侵蚀强度大于500t/km~2的降雨侵蚀次数只占总次数的6.36%,但其侵蚀泥沙量可占总量的60.96%,次降雨侵蚀产沙量分布极为不均。降雨量25～100mm且平均雨强小于20mm/h的降雨类型造成研究区土壤侵蚀量最大。次降雨量100 mm和降雨强度20 mm/h可作为红壤裸露坡地水土流失防御的设计暴雨特征值。研究结果有助于揭示红壤坡地次降雨侵蚀规律和水土保持措施布设。     

砖红壤区降雨因子对产流产沙的影响

应用三种无量纲化的灰色关联法分析了12个降雨因子对于砖红壤区裸地和桉林地产流的影响,以及15个降雨径流因子对于产沙的影响。结果表明:无量纲处理方法不同将导致因子关联度排序出现变化;复合因子的关联度大多数都高于单因子;与PI₃₀相比,在砖红壤区裸地中PI₅更能代表降雨侵蚀力指标,而桉林地则是PI₁₀;Q_m’H在桉林地比通用的降雨侵蚀力更适于作为坡面降雨侵蚀模型的侵蚀动力因子。研究结果将有助于建立灰色关联法在土壤侵蚀研究中的标准化程序,为建立砖红壤区土壤侵蚀预报模型提供理论支持。     

降雨特征与水土流失关系的研究

本文基于野外天然降雨定位试验观测资料,对降雨特征值的组合因子与水土流失量之间进行了多元统计相关分析。结果表明:降雨动能与最大30min雨强的组合因子EI₃₀与侵蚀量的关系最为密切;以降雨总量与最大30min雨强的乘积PI₃₀取代EI₃₀,经过检验,指标的精度能满足计算侵蚀量的需要,此指标可在黄土高原地区推广应用;建立了反映降雨径流影响侵蚀的综合数学模型;并指出,径流势能对侵蚀量具有极其重要的影响作用。     

关川河流域1995-2010年降雨特征及其水土流失效应

依据定西关川河流域1995-2010年的水文站监测数据,分析了该地区降雨特征及其水土流失效应。结果表明:(1)流域降雨事件主要发生在5-9月,7-8月降雨量达到全年最高值,而侵蚀性降雨主要发生在7-8月15a间侵蚀性降雨日数占总降雨日数的9.53%侵蚀性降雨量占总降雨量的39.41%。(2)15a间共观测到1|123d降雨,降雨总量达4866.98mm多年平均降雨量304.19mm,年际变化趋势不明显,每年约10%的侵蚀性降雨事件造成土壤侵蚀。(3)河川径流量与输沙量呈极显著正相关关系(p<0.001),二者均呈波动减少的趋势当表层土壤处于缺水状态时,降雨对土壤侵蚀的影响延迟。(4)由于影响土壤水蚀的因素错综复杂,降雨量、侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力均不能独立反映流域土壤侵蚀过程。