利用137Cs示踪农业耕作土壤侵蚀速率的定量模型

建立了一个根据农业耕作土壤剖面中^137Cs的损失量与土壤侵蚀量之间关系的定量模型,在假设^137Cs在耕层中得到充分的混合而变得均一的基础上,根据质量平衡模型推导而成,模型显示^137Cs的衰变常数,年沉降分量,耕层厚和采样年份对年平均土壤侵蚀速率都有重大影响,模型结果还说明,^137Cs的损失量与年平均土壤侵蚀量之间的关系既非线性关系亦非指数关系,而是一种复杂的曲线关系。     

三峡库区紫色土坡耕地土壤侵蚀的137Cs示踪研究

坡耕地是三峡库区的重点水土流失区和河流泥沙的主要来源地.采用~(137)Cs示踪技术对三峡库区紫色土坡耕地的土壤侵蚀速率进行了定量研究.结果表明,新政小流域的~(137)Cs本底值为1 420.9 Bq/m~2;平均坡度为11.4°的缓坡耕地的~(137)Cs面积活度介于398.5～1 649.6 Bq/m~2之间,坡长加权平均值为816.0Bq/m~2;采用改进的简化质量平衡模型计算了坡耕地的土壤侵蚀速率,结果得出该坡地的土壤侵蚀模数介于-3 358.8～4 937.4 t/(km~2·a),其加权平均值为1 294.6 t/(km~2·a).受犁耕作用的影响,坡耕地两个坡段的土壤侵蚀速率随坡长增加大致都呈下降趋势,并在坡段下方出现了堆积.坡耕地土壤侵蚀速率不高的原因,一方面是由于所研究坡耕地属于缓坡,坡度较小,另一方面则是由于当地农民总结出了一套有效防止水土流失的耕作方式,使得土壤侵蚀强度大大降低.     

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。     

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。     

利用137Cs估算土壤侵蚀速率的定量模型

A quantitative model was developed to relate the amount of ^137Cs loss from the soil profile to the rate of soil erosion,According th mass balance model,the depth distribution pattern of ^137Cs in the soil profile ,the radioactive decay of ^137Cs,sampling year and the difference of ^137Cs fallout amount among years were taken into consideration.By introducing typical depth distribution functions of ^137Cs into the model ,detailed equations for the model were got for different soil,The model shows that the rate of soil erosion is mainly controlled by the depth distrbution pattern of ^137Cs ,the year of sampling,and the percentage reduction in total ^137Cs,The relationship between the rate of soil loss and ^137Cs depletion i neither linear nor logarithmic,The depth distribution pattern of ^137Cs is a major factor for estimating the rate of soil loss,Soil erosion rate is directly related with the fraction of ^137Cs content near the soil surface. The influences of the radioactive decay of ^137Cs,sampling year and ^137Cs input fraction are not large compared with others.     

用137Cs和210Pbex进行中国东北地区土壤侵蚀的评估

Evaluation of soil erosion in agricultural fields is valuable to develop conservation practices for reducing agricultural nonpoint source pollution.Soil erosion rates were quantified using the fallout radionuclide tracer technique in Mojiagou Basin located on the outskirts of Changchun in Northeast China.The calculated soil erosion rates in the study area were 1.99 and 1.85 mm year-1 using 137Cs and excess 210Pb(210Pbex)measurements,respectively.Both fallout radionuclides showed a similar tendency at downslope sites.All measured sites have experienced net erosion during the past 50 to 100 years.137Cs and 210Pbex measurements were useful to quantify soil erosion rates on field and small basin scales.At this rate of erosion,the current fertile topsoil layer would be entirely removed within 70 years.     

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.     

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。     

土壤中210Pbex背景值含量动态平衡模型

在利用土壤侵蚀模型估算侵蚀速率的过程中,背景值点选取的好坏直接关系到结论是否可靠,如果能通过科学计算得出研究区域背景值,将大大提高背景值的准确性,对研究土壤侵蚀具有重大意义。土壤未受到侵蚀和沉积的背景区,首先假设全球大气沉降量为定值,研究把²¹⁰Pb_ex沉降过程以一年为时间尺度划分为n年,经过n年以后（n=0,1,2,…,∞）,土壤中²¹⁰Pb_ex沉降量和经过衰变减少量达到平衡,土壤中²¹⁰Pb_ex含量趋于稳定。假设各地年平均降水量为定值,通过研究发现²¹⁰Pb_ex的大气沉降通量与年降水量之间存在极显著相关（P < 0.01）,区域年降水量是影响土壤中²¹⁰Pb_ex量的主要因素,由于年平均降水量不同,全球各地土壤中²¹⁰Pb_ex含量都会达到不同的稳定值,从而建立土壤中²¹⁰Pb_ex含量与年降水量关系模型。研究²¹⁰Pb_ex来源、沉降的连续性和稳定性,提出利用区域年平均降水量来计算该地区的²¹⁰Pb_ex背景值,建立土壤中²¹⁰Pb_ex背景值含量动态平衡模型,为准确确定²¹⁰Pb_ex背景值提供了方法,对研究土壤侵蚀具有重要的意义。     

农耕地土壤137Cs与210Pbex深度分布过程对比研究

探讨了137Cs与210Pb_ex在农耕地土壤深度分布过程的差异。基于137Cs与210Pb_ex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、210Pb_ex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、210Pb_ex深度分布的规律特征及其原因,以此阐明了137Cs与210Pb_ex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210Pb_ex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210Pb_ex深度分布最终呈稳定态。农耕地土壤137Cs、210Pb_ex深度分布的实测值曲线与理论值曲线的差异,尤其210Pb_ex,可能与耕作深度的变化历史或土地利用(覆被)变化有关。     

沂蒙山区土壤侵蚀的137Cs示踪法初步研究

沂蒙山区是我国北方典型的土石山区,当地土壤由片麻岩、砂岩发育而来,质地疏松易流失,缺乏对泥沙侵蚀监测的长期观测数据。本研究采集了山东省沂蒙山区某一小流域的48个土样共72个样品,利用137Cs示踪技术,确定该地区土壤中的137Cs背景值约为1 740 Bq m-2,并利用杨浩等人的土壤侵蚀定量模型,对该流域土壤侵蚀进行了初步估算。估算结果表明该地区非耕地土壤侵蚀的平均速率为2 531 t km-2a-1,坡耕地土壤侵蚀的平均速率为6 953 t km-2a-1。由于人类耕作活动以及地形的影响,坡耕地土壤侵蚀严重,土壤侵蚀速率在坡面上呈复杂变化。当地土壤流失严重,使得土壤涵蓄水能力下降,加剧了洪涝、干旱灾害的发生,影响当地农业的可持续发展和人们生活水平的提高。     

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。     

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。