磁性示踪在土壤侵蚀研究中的应用进展

示踪技术在土壤侵蚀研究中已得到了较广泛的应用，尤其是利用核素示踪（如137Cs、7Be、210Pb和REE示踪）定量研究土壤侵蚀规律和侵蚀机理方面取得了一系列成果。近几年利用磁性示踪研究土壤侵蚀成为示踪技术在土壤侵蚀研究中应用的一种新思路。目前，在利用环境磁性的时空差异性来研究区域内侵蚀泥沙来源，以沉积物磁性作为流域环境变迁指示剂以及利用磁性参数的变化研究土壤侵蚀等方面已取得一些成果，同时也有人提出利用人工磁性示踪剂来研究土壤侵蚀强度的空间分异规律，定量描述侵蚀方式的演变及侵蚀过程的发生、发展规律，并在野外进行了小区试验。但总体上磁性示踪在土壤侵蚀研究中的应用还相对较少。就磁性示踪在土壤侵蚀研究中应用的理论基础以及目前的研究现状作了简要论述，并分析提出了其研究方向和应用前景。     

137 Cs示踪农耕地土壤侵蚀速率模型的比较研究

137 Cs示踪技术广泛地应用于农耕地土壤侵蚀研究，目前已建立了许多运用 137 Cs估算土壤侵蚀速率的模型。这些模型主要分为两类：经验模型与理论模型。其中理论模型中的质量平衡模型应用较多。质量平衡模型主要有：Wal l ing模型、张信宝模型、杨浩模型和周维芝模型。重点讨论这 4种质量平衡模型的异同。详细阐述了这四种模型的建立过程，并用图形模拟的方法给出各个模型所刻画的土壤侵蚀速率与土壤剖面中 137 Cs相对损失率的关系。分析表明，尽管各个模型在建立的假设和方法上以及对 137 Cs沉降过程的处理上存在一定程度的差异，但是各个模型所 刻画的土壤侵蚀速率与土壤剖面中 137 Cs相对损失率的关系实质上都是幂函数的形式，而且这 4条曲线的走势基本一致，各自计算的土壤侵蚀速率差异也较小。因此，在利用 137 Cs技术示踪农耕地土壤侵蚀速率时，这 4个模型都可以应用。     

137Cs示踪技术在土壤侵蚀估算中的应用研究进展

137Cs示踪技术目前已被广泛用于长期的土壤侵蚀(水蚀)估算。该技术要解决的两个关键问题是土壤137Cs基准值的确定,以及土壤的137Cs损失量与土壤侵蚀量之间的定量模型的建立。对现有的主要的定量模型进行了简述,并提出了各自的局限性。这些模型可分为经验模型和理论模型两大类,其中以理论模型中的质量平衡模型较为成熟,综合考虑了较多的侵蚀因子,如137Cs年沉降分量、土壤颗粒粒径分布差异、地表富集作用、耕作土壤在耕作活动前新沉降137Cs的侵蚀损失等。对现有模型的改进也进行了探讨,并提出了今后的一些研究重点。     

137Cs示踪农耕地土壤侵蚀速率模型的比较研究

^137Cs示踪技术广泛地应用于农耕地土壤侵蚀研究,目前已建立了许多运用^137Cs估算土壤侵蚀速率的模型。这些模型主要分为两类：经验模型与理论模型。其中理论模型中的质量平衡模型应用较多。质量平衡模型主要有：Walling模型、张信宝模型、杨浩模型和周维芝模型。重点讨论这4种质量平衡模型的异同。详细阐述了这四种模型的建立过程,并用图形模拟的方法给出各个模型所刻画的土壤侵蚀速率与土壤剖面中^137Cs相对损失率的关系。分析表明,尽管各个模型在建立的假设和方法上以及对^137Cs沉降过程的处理上存在一定程度的差异,但是各个模型所刻画的土壤侵蚀速率与土壤剖面中^137Cs相对损失率的关系实质上都是幂函数的形式,而且这4条曲线的走势基本一致,各自计算的土壤侵蚀速率差异也较小。因此,在利用^137Cs技术示踪农耕地土壤侵蚀速率时,这4个模型都可以应用。     

散落核素7Be和137Cs在洱海和红枫湖沉积物中蓄积对比

沉积物柱芯分别采自滇西地区的洱海和黔中地区的红枫(及百花)湖,散落核素7Be和137Cs在沉积物中的蓄积特征对比分析表明,7Be在洱海及红枫湖沉积物中的累计值分别为(237±73)Bq/m2和(783±44)Bq/m2;按校正到沉降年代的数值,1986年以前137Cs的累计值分别为(519±26)Bq/m2及(3704±56)Bq/m2.由模式计算获知,(1)7Be和137Cs在红枫湖沉积物中的蓄积以侵蚀影响为主;在洱海的蓄积受直接散落控制.(2)在洱海和红枫湖地区7Be大气散落累计值分别为(0.07±0.02)Bq/cm2及(0.08±0.01)Bq/cm2;1986年以前137Cs大气散落累计值分别为(0.11±0.01)Bq/cm2及(0.37±0.01)Bq/cm2,显示出滇西与黔中地区之间137Cs散落的地区差异.这一现象可能反映出青藏高原对滇西地区存在着全球性大气扩散污染物散落的屏蔽效应.     

贵州茂兰峰丛草地洼地小流域侵蚀产沙的137Cs法研究

在贵州茂兰峰丛洼地区的工程碑草地洼地典型小流域进行了洼地沉积泥沙^137Cs示踪分析研究。研究结果表明：（1）草地洼地土壤剖面属于堆积土壤剖面,土壤剖面中^137Cs浓度分布特征反映了泥沙堆积与表层土壤侵蚀的信息。受岩土分布、微地形的影响,^137Cs初始沉降后出现不均匀再分布,面积活度的空间变化较大,变异系数为1.35,不能表征土壤侵蚀状况。（2）根据草地洼地典型堆积农耕地土壤剖面A-1的^137Cs浓度分布特征,1963年以来的流域平均堆积泥沙数量是16.6t/km^2.a,流域平均土壤侵蚀速率为45.95t/km^2.a,约占侵蚀产沙数量63.88%的泥沙以地下流失的形式散失;（3）草地洼地小流域内地面土壤流失与地下土壤流失的相对贡献率分别是70.13%和29.87%;（4）以茂兰地区最大成土速率为依据推算出的允许土壤侵蚀量是13.51t/km^2.a,草地洼地的土壤侵蚀危险程度极高。     

现代侵蚀作用核素示踪研究新进展

利用放射性核素示踪环境地球化学过程是国际地球科学的前缘课题。介绍了利用宇宙线成因的短寿命散落核素⁷Be示踪土壤季节性侵蚀及其与湖泊沉积耦合关系的最新研究进展;证实了利用核爆炸散落核素¹³⁷Cs示踪累计性土壤侵蚀和沉积计年的可靠性;阐述了²²⁶Ra和²²⁸Ra在土壤中比活度的形态变化分异具有很好的侵蚀－堆积示踪价值;揭示了在不同生物化学条件下,²¹⁰Pb的行为特征和影响因素,并将²¹⁰Pb_ex示踪碳酸盐岩区域土壤侵蚀速率结果与湖泊沉积速率相耦合,证明了利用²¹⁰Pb示踪土壤侵蚀的可行性。     

青藏高原水力侵蚀定量研究进展

青藏高原生态环境脆弱,土壤侵蚀是严重的生态问题.定量监测和评价水力侵蚀是生态建设和水土保持规划的基础.为系统掌握青藏高原水力侵蚀定量研究现状,在查阅大量文献资料的基础上,系统整理了81篇相关文献.发现青藏高原定量评价方法包括基于坡面侵蚀模型、137Cs核素示踪法、径流小区和水文站观测3种类型,但总的来说研究明显不够.坡面侵蚀模型主要有美国修正通用土壤流失方程和中国土壤流失方程2种.基于修正通用土壤流失方程、中国土壤流失方程、137Cs核素示踪法、径流小区监测和水文站观测小流域得到的青藏高原土壤侵蚀模数分别为大于30、1～8、小于10、0～109和2～3 t/(hm2.a).经过分析发现,青藏高原土壤侵蚀定量研究存在4个方面的问题:模型计算中参数的选择存在问题,137Cs核素示踪法方面背景值不确定性太大,径流小区和小流域监测资料奇缺,没有全区评价结果.今后需要加强小区小流域自动化监测、137Cs背景值采样测试和综合评判以及137Cs核素示踪法土壤侵蚀测定.在这两项定量测定的基础上对全青藏高原土壤侵蚀进行定量评价,为水土保持规划和生态文明建设服务.     

河口港湾沉积物中的(137)Cs剖面及其沉积学意义

本文通过对采自海南岛洋浦港?福建厦门外港?浙江象山港三个河口港湾的六个沉积柱样的137Cs分析,分别用137Cs剖面的最大峰值层及137Cs剖面的起始值层位估算了该六个站位的现代沉积速率,结果表明:在河口港湾沉积环境条件下,用137Cs剖面来估算沉积物的平均沉积速率是可行的,由137Cs最大值法,这六个站位的平均沉积速率分别为1.14cm/a?1.56cm/a?0.82cm/a?0.75cm/a?1.26cm/a?1.66cm/a,由137Cs最大值法得出的平均沉积速率其精确度与可信度要好于137Cs起始值得出的平均沉积速率?与210Pb法所得的结果符合的很好?137Cs起始值层位与预期值偏离的大小可以为我们提供有关该站位沉积环境?扰动作用强弱的信息?在应用137Cs剖面估算沉积速率时,还要注意沉积结构变化的影响?     

~7Be法估算土壤侵蚀速率若干问题的探讨

~7Be是由宇宙射线撞击同温层和对流层大气中氮、氧原子核而生成的天然放射性核素。由于连续沉降、半衰期短(53.3天)以及在土层中分布深度浅(约2 cm)等特点,~7Be在示踪单次暴雨或短期强降雨等短时间尺度的侵蚀产沙空间分布研究中具有独特优势。随着气候变化加剧和暴雨等极端天气增多,~7Be法应用前景广阔。然而该技术目前处于探索阶段,一些重要基础假设尚未得到有效验证,限制了其在土壤侵蚀研究中的广泛应用。简要回顾了利用~7Be法定量土壤侵蚀速率空间分布的历史和现状,介绍了其示踪原理和计算模型及其最新进展;重点评述了~7Be法估算土壤侵蚀速率的关键基础假设及其不确定性,以及植被截留、侵蚀分选等对~7Be法评价土壤侵蚀速率的影响;并对未来研究趋势进行了展望,包括基础假设的验证及不确定性分析、植被影响的定量评价、示踪时空尺度的扩展以及新模型的开发等方面。     

干旱化对成土碳酸盐碳同位素组成的影响

土壤碳酸盐的碳同位素组成可以作为古环境变化的指标.本文对黄土高原地区S1以来成土碳酸盐和红粘土中碳酸盐的碳同位素进行了研究.根据渭南、吉县、长武和会宁4个剖面末次间冰期以来土壤碳酸盐的碳同位素分析结果,探讨了不同气候条件下成土碳酸盐碳同位素组成的特征及其环境意义,指出气候的干湿程度可能是影响黄土地区成土碳酸盐δ13C值的主要原因;西峰红粘土序列碳酸盐的碳同位素记录表明,δ13C值在4.0Ma B.P.前后有一个明显增加的趋势,反映了我国西北地区上新世干旱化的发展,可能与青藏高原在这一时期发生较大规模的隆升有关.     

用137Cs计年法确定湖泊沉积物沉积速率研究进展

137Cs计年法利用137Cs固有的理化和沉降特性,在湖泊沉积物的137Cs垂直分布与大气137Cs沉降间确立对应关系,找出有异常137Cs含量的沉积层作为时标,但需注意137Cs从水体表面至湖底的时间和粘粒含量对各层137Cs含量的影响,并用其它方法校验时标的可靠性。再求取不同时标层间的年均沉积厚度,或因克服了压实效应而更能反映真实沉积速率的年均沉积通量,且结合GIS等手段进一步估算湖泊各区域的沉积总量;还可延伸研究湖泊内源污染负荷及相关环境演变和湖泊演化。但是,沉积柱样的分割厚度取多少才能既满足计年精度要求又不使工作量过大,137Cs的大气沉降时间与进入沉积物时间还与泥沙的陆地迁移时间有关,沉积物中究竟是否发生137Cs下渗及其机理等都还是此法应用中有待解决的问题。     

环境生态系统散落核素示踪研究新进展

环境生态系统中的放射性核素既具有生态毒性,对生物和人体健康产生重要影响,又具有稳定的衰变函数和输入通量,对环境生态系统具有重要示踪价值。人类可利用放射性核素来认识环境生态系统:①环境生态系统中放射性核素的基准:放射性强度与环境生态系统之间的平衡关系;②环境生态系统中放射性核素的行为:在环境生态系统不同宿体和组分间的运移关系。考察放射性核素在生态系统不同环节中比活度的变化有助于认识环境生态过程生物地球化学作用的影响。       

Estimation of soil erosion rates in a subtropical mountain watershed using 137Cs radionuclide

The formulation of watershed management strategies to protect water resources threatened by soil erosion and sedimentation requires a thorough understanding of sediment sources and factors that drive soil movement in the watershed. This paper describes a study of medium-term water-driven soil erosion rates in a mountainous watershed of the Shihmen Reservoir in Taiwan. A total of 60 sampling sites were selected along a hillslope. At each sampling site, the inventory ¹³⁷Cs activity was determined and then calculated with the diffusion and migration model to derive soil erosion rates. The rates are one to two orders of magnitude lower than estimates using the Universal Soil Loss Equation, a soil erosion model often used in Taiwan. Results of multiple regression analysis indicate that the spatial variability of soil erosion rates is associated with the relative position of a sampling site to the nearest ridge and soil bulk densities (r ² = 0.33, p < 0.01). Finally, the patterns of soil redistribution rates on the hillslope follow the ¹³⁷Cs hillslope model as soil erosion increases in the downslope direction. No deposition site is found at footslope because soil deposition is swept away by regular flooding along the stream channel. This study is an important first step in using ¹³⁷Cs as a tracer of soil redistribution in mountainous watersheds of Taiwan.     

Application of the <Superscript>137</Superscript>Cs tracer technique to study soil erosion of alpine meadows in the headwater region of the Yellow River

The ¹³⁷Cs tracer technique was used to study soil erosion of alpine meadow grassland in two small river basins in the headwater region of the Yellow River. The results show that the levels of ¹³⁷Cs in soil samples from this alpine meadow vegetation zone exhibit an exponential distribution, generally within a depth of approximately 20 cm. Due to strong winds, freeze-thaw cycles and water, soil erosion was found to be stronger on the upper slope than on the lower slope, and except for the slope crest, the intensity of soil erosion at other sites was as follows: upslope < midslope < downslope. There was a significant negative correlation between the intensity of soil erosion and the extent of alpine meadow vegetation cover (P < 0.01). The mean soil erosion modulus exhibited a linear reduction trend with an increase in vegetation cover, and the correlation coefficient R ² was ≥ 0.997. The higher the degradation degree of the alpine meadow grassland, the greater is the soil erosion. The mean erosion modulus in the severely degraded meadow zone was 2.23 times greater than the one in the slightly degraded zone, and the maximum erosion modulus reached 2.96 × 10⁶ kg/km²/a.