A Review of REE Tracer Method Used in Soil Erosion Studies

Rare earth elements （REEs） have been proved ideal tracers for soil erosion and aggregation. REE tracer method （REETM） used to study soil erosion, as a new technique, has been developed in recent 20 yr. It is able to quantitatively monitor the temporal and spatial variation of erosion intensity, compared with traditional approaches. The applications of REETM in studying of sediment differentiation law, erosion process evolution, determination of sediment sources and sedimentation investigations, and determination of prediction parameters, were reviewed. Some application limitations were summarized.

Using REE Tracers to Measure Sheet Erosion Changing to Rill Erosion

Rare earth element(REE) tracer method was used to study sheet erosion changing to rill erosion on slope land. By placing different REE on different soil depth across a slope in an indoor plot, two simulated rainfalls were applied to study the change of erosion type and the rill erosion process. The results indicate that the main erosion type is sheet erosion at the beginning of the rainfalls, and serious erosion happens after rill erosion appears. Accumulated sheet and rill erosion amount increases with the rainfalls time. The percentage of sheet erosion amount decreases and rill erosion percentage increases with time. At the end of the rainfalls, the total rill erosion amounts are 4.3 and 5 times more than sheet erosion. In this paper, a new REE tracer method was used to quantitatively distinguish sheet and rill erosion amount. The new REE tracer method should be useful to future studying of erosion processes on slope lands.

土壤侵蚀REE示踪法研究初报

文中提出了一种研究土壤侵蚀的新方法——稀土元素(REE)示踪法;讨论了该方法的基本原理、REE施加量计算、实验技术及应用前景。人工降雨小区的试验结果表明,该方法不但可用于精确测定不同地形部位侵蚀量,其测定结果相对误差小于15％,并可揭示降雨侵蚀过程不同地形部位侵蚀量的变化趋势。

黄土坡面细沟侵蚀过程的REE示踪

利用ＲＥＥ示踪技术探讨了坡面细沟侵蚀的发育过程。试验结果表明：在细沟发育过程中，各坡段细沟侵蚀量呈动态变化趋势；细沟发育过程可以分为起始、发展、稳定３个阶段，在不同阶段，侵蚀方式、发育特征迥异。总的看来，在坡顶部、上部、中部、下部４个坡段上，细沟发育过程中，坡面下部的侵蚀量较大。但随着放水流量的增加，坡面上部侵蚀量的比重增加。由于溯源侵蚀，最下部坡段的相对侵蚀量从９２％减少到 ３７％，呈显著下降趋势，其它 ３个坡段则分别从４．７％、０．２５％、２．１４％增加到 ２９％、１７％和 ２３％。试验结果还表明，ＲＥＥ示踪法不仅可定量测定不同坡位的侵蚀量，还可以揭示冲刷过程中各坡位相对侵蚀量的变化趋势。

坡面侵蚀形态转变过程的REE示踪法研究

利用REE元素示踪法,采取沿坡面垂直分层布设的新的试验布设方法,通过室内模拟降雨试验,研究了次降雨条件下坡面侵蚀形态的转变过程和细沟的发育发展过程。研究结果表明,降雨初期坡面以面蚀为主,细沟出现后,坡面侵蚀将加快加剧;随着降雨时间的延续,累积面蚀量和细沟累积侵蚀量都将逐渐增加,后者的增加速率大于前者,面蚀所占总侵蚀量的百分比随降雨时间呈曲线形式逐渐递减,细沟侵蚀则逐渐增加;试验结束时细沟侵蚀量分别为面蚀量的4～5倍。本研究为定量区分片蚀和细沟侵蚀量以及坡面侵蚀过程中片蚀向细沟侵的转变以细胞侵蚀发生、发育提供了新的思路和解决途径。

REE示踪坡面侵蚀过程研究

在观测年度气候条件下,坡面产流初始阶段片蚀是坡面侵蚀的主要方式,试验期间的三次降雨片蚀分别占坡面总侵蚀量的71%、48%、49%,表明坡面侵蚀处于片蚀-细沟侵蚀演变的初期阶段;同时随着降雨的进行,细沟侵蚀量在不断增大,表明坡面由片蚀为主逐渐过渡到片蚀向细沟侵蚀转变的阶段。对次降雨条件下坡面不同部位的侵蚀泥沙来源研究表明：无论片蚀绝对量如何变化,坡面表层上段的相对侵蚀量始终不大于10%,表明坡面片蚀的来源主要集中在坡面下部;降雨结束后对不同坡段的细沟相对侵蚀量比较分析后发现,不同坡段的相对侵蚀量结果分别为：距坡脚0-1米坡段16%;2-4米坡段6%;5-9米坡段3%,三段的侵蚀量之比约为5∶2∶1,表明细沟侵蚀的主要来源集中在距坡脚4米段内。

REE示踪法研究土壤侵蚀的室内模拟试验

通过运用REE示踪法对土壤侵蚀垂直分布的模拟试验研究，讨论了REE示踪法的基本原理，REE的选择与施放方法，模拟试验布设技术及示踪法的应用前景。室内试验表明：REE示踪法不仅可定量测定不同地形部位的相对侵蚀量，而且可揭示降雨过程中各地形部位相对侵蚀量的变化趋势．为野外试验的顺利实施提供了可靠的科学依据。

利用REE示踪法分析坡面放水冲刷的侵蚀过程

为确定放水条件下坡面侵蚀规律,采用3个坡度(15°,18°,21°)和3个流量(3.5,4.5,5.5L·min-1)交叉组合进行室内冲刷试验,并利用REE示踪法系统分析细沟发生和发展过程。结果表明:坡面上部细沟侵蚀最为剧烈,到试验结束时,坡面上部、中部和下部的沟蚀深度分别在20cm、10cm和5cm的范围内;上部和中部各层稀土元素示踪区的侵蚀率在试验过程中的变化曲线呈现单峰型或多峰型。流量对各元素示踪区侵蚀率的影响比坡度更为显著,是影响细沟侵蚀量的主要因素。水流流量不变时,在试验初始3min内,坡度对坡面下部的侵蚀影响相对较大。

REE示踪条带施放法研究坡面土壤侵蚀垂直分布规律

通过室内模拟和野外小区试验，采用中子活化分析手段，进行了运用ＲＥＥ 示踪条带施放法研究坡面土壤侵蚀垂直分布的可行性分析。结果表明：示踪元素条带施放法研究土壤侵蚀，可定量分析黄土坡面不同坡段的相对侵蚀量，具有满意的试验精度，并揭示了产沙强度随坡长存在３ 种变化模式。

REEs示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用

近年来,随着示踪技术在土壤侵蚀研究中的广泛应用,稀土元素示踪技术(REEs Tracer Method)已被公认为理想的土壤侵蚀示踪法。与传统的研究方法相比较,REEs示踪技术能够定量监测坡面侵蚀形态的时空演变过程,分析坡面侵蚀分布规律。同时,REEs示踪技术也为确定泥沙来源、评估土壤侵蚀与泥沙治理措施提供了帮助。分析了REEs示踪技术在土壤侵蚀研究中的可行性以及取得的成果,并对其在土壤侵蚀研究中的不足进行分析。

稀土元素示踪坡面冲刷侵蚀过程的室内模拟试验研究

为确定坡面侵蚀产沙的时空演变规律,通过沿坡面垂直分段和分层结合布设不同稀土元素,采用室内放水冲刷试验系统,分析了各坡段侵蚀产沙量和侵蚀率变化过程。结果表明:坡面侵蚀产沙可分为3个阶段:面蚀阶段、沟蚀阶段和沟蚀稳定阶段。试验结束时,上坡段土壤总侵蚀量为17.527 kg,占坡面总侵蚀量的89.2%,其中La和Eu示踪区的侵蚀量各占坡面总侵蚀量的48.1%和23.8%。La,Eu,Yb,Tb,Ce,Nd和Sm 7个示踪区的累积侵蚀量之比为:1∶0.495∶0.184∶0.177∶0.146∶0.030∶0.074,坡面上段、中段和下段累积侵蚀量之比为:1∶0.095∶0.040。试验过程中,上坡段细沟蚀剧烈,中坡段主要以面蚀为主,伴有轻微沟蚀,而下坡段始终以面蚀存在。

土壤侵蚀示踪稀土元素的中子活化分析技术

介绍了应用REE示踪法研究土壤侵蚀的中子活化分析方法。试验结果表明，与REE示踪法相结合的中子活化分析技术，用以定量地测定各种不同地形部位的相对侵蚀量，具有较高的精确度及灵敏度，其相对误差均小于15％。室内外试验分析结果证明了该方法为土壤侵蚀的量化研究提供可靠的分析手段。

中子活化分析方法在细沟侵蚀过程研究中的应用

介绍了稀土元素(REE)示踪和中子活化分析(NAA)方法在土壤侵蚀研究方面的原理和方法,并用该方法对细沟侵蚀过程进行了初步研究。结果表明,REE示踪法不仅可定量测定不同坡位的侵蚀量,还可以揭示冲刷过程中各坡位相对侵蚀量的变化规律;该方法误差大多小于20%,其精确度完全能够满足土壤侵蚀研究的要求,为研究细沟侵蚀动态变化过程提供了一种可靠而有效的新方法。

基于REE示踪对红壤细沟间侵蚀团聚体周转和泥沙迁移特征的研究

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,土壤表层团聚体的粒径分布变化对土壤结构和侵蚀过程发育具有重要意义。为探究细沟间侵蚀过程中土壤团聚体周转和泥沙迁移路径过程,本研究基于微型土槽,设置90 mm·h-1雨强,10°坡度的条件,进行室内模拟降雨试验。利用稀土元素示踪技术标记土壤团聚体,通过ICP-MS测定稀土元素浓度,对不同粒径土壤团聚体(5~2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm、<0.053 mm)的破碎和形成过程进行定量分析,同时量化侵蚀泥沙的来源特征。结果表明,细沟间侵蚀过程中,侵蚀泥沙颗粒主要由同等粒径大小的团聚体受径流搬运形成,且该粒径泥沙含量随降雨时间增加而减少;残留团聚体呈明显的周转过程,<0.25 mm的团聚体更易粘结或吸附至大粒径团聚体上,而>0.25 mm团聚体倾向于发生破碎(破碎率分别为45.8%和43.3%),且破碎程度不断增加;<0.053 mm和2~0.25 mm大小的泥沙含量及相应粒径的团聚体在泥沙中的贡献率对径流系数和泥沙粒径分形维数具有重要作用。所以,细沟间侵蚀过程中土壤表土结构变化、泥沙迁移与团聚体粒径密切相关,该成果进一步为土壤侵蚀过程模型和水土保持措施提供理论依据。

土壤侵蚀稀土元素示踪法操作技术研究

作为研究土壤侵蚀垂直分布的一种新方法，较详细地描述了稀土元素示踪法的原理与操作技术；通过实例说明了诸如示陈元素的选择原则，施放量的计算，施放方法及其注意事项等实际应用中可能遇到的各种问题的解决办法；给出了利用本法研究土壤侵蚀的精度计算公式。室内外试验的结果表明：我们所提出的REE示踪法研究土壤侵蚀操作技术是正确可行的，能够满足研究工作的需要。