三江源区东西样带土壤侵蚀的^137Cs和^210Pbex示踪研究

运用137Cs和210Pbex联合示踪技术,考察青藏高原三江源区东西样带137Cs和210Pbex面积浓度的背景值和变化特征,以及东西样带土壤侵蚀速率、分布特征和主要影响因素.结果表明:①青藏高原三江源区东西样带137Cs和210Pbex面积浓度背景值分别为453~1 714和2 612~7 377 Bq/m2,137Cs和210Pbex背景值从西向东样带随海拔高度的变化差异明显.137Cs(x)和210Pbex(y)面积浓度的背景值区域分布呈显著线性相关,相关性关系式为y=3.587 2x+1 463.4,R2=0.951 7.②长江源区沱沱河137Cs的示踪结果表明,以沱沱河为中心的长江源区是典型的风蚀区,年侵蚀速率2.5 t/(hm2.a),该区是青藏高原重要的沙尘暴源区之一.③黄河源区玛多典型坡面137Cs和210Pbex的示踪结果表明,近40年来,玛多畜牧业为主的人类活动造成的土壤扰动比自然因素的影响大.④玛沁东倾沟乡和军牧场的比较研究结果表明,玛沁东倾沟乡高山草甸的水土保持效果较好,而玛沁军牧场的畜牧业活动造成了地表土壤的强烈扰动.⑤玛沁军功镇典型水蚀地貌土壤剖面137Cs和210Pbex的结果表明,20世纪50—60年代,该区的极端暴雨事件导致了严重的水土流失,土壤剖面中出现137Cs和210Pbex的空白区.植被破坏导致玛沁军功镇出现了严重水蚀,净侵蚀速率为8.0 t/(hm2.a).⑥近40年来,随着人类活动的加剧和全球气候变暖,导致青藏高原三江源区出现了沙尘暴的传输源地.

云南楚雄九龙甸水库沉积剖面^137Cs、^210Pbex和细粒泥沙含量的变化及其解译

除深度231~137cm的1963年137Cs蓄积峰外(4.26±0.35 Bq.kg-1),九龙甸水库长393cm的沉积剖面还有二个高137Cs或210Pbex含量的异常峰。上异常峰的137Cs和210Pbex含量分别为10.90±0.49 Bq.kg-1和59.20±3.4 Bq.kg-1;下异常峰仅210Pbex含量高43.40±6.4 Bq.kg-1。上、下异常峰分别和1998年春的森林火灾和1960年春的烧荒种地有关。下异常峰未有137Cs检出,可能和当时137Cs累积沉降量还较低有关。1958-1960年大跃进期间的森林砍伐和其后的植被恢复,对流域侵蚀产沙和水库淤积有重要的影响。由于1958-1959年森林砍伐引起了强烈的土壤侵蚀,水库淤积严重,同期的淤沙速率和相应的淤沙模数分别高达83.86×104t.a-1和3255.4 t.km2.a-1。随着森林砍伐的停止和植被的恢复,流域内土壤侵蚀逐渐减缓。1960-1962年期间,水库淤沙速率和相应的淤沙模数分别降至40.88×104t.a-1和1587.0 t.km2.a-1;1963年后,更分别降至6.19~7.73×104t.a-1和240.2~291.5 t.km2.a-1。沉积泥沙粒度的变化对流域植被的破坏和恢复有较好的响应。大跃进期间森林砍伐引起的强烈侵蚀产沙,导致剖面下部泥沙粒度较粗;随着植被逐渐恢复,侵蚀减弱,剖面上部泥沙粒度变细。

^210Pbex在土壤中的深度分布和通过^210Pbex法求算土壤侵蚀速率模型

中国和英国的3个土壤剖面给出了非农耕地和农耕地土壤中。210Pbex和137Cs的深度分布,这两种核素的深度分布非常相似,非农耕地核素的最大浓度出现在土壤表层,向下浓度呈指数急剧降低;农耕地核素基本均匀分布于犁耕层深度内.中国黄土高原的210Pbex本底值为573 mBq/cm2,略高于英国的520 mBq/cm2.20世纪50～70年代核试验产生的137Cs在土壤中呈非稳定态分布,而土壤中的天然核素210Pb在土壤环境和侵蚀过程长期不变的情况下,呈稳定态分布.因此,土壤中210Pbex的质量平衡不同于137Cs.根据210Pbex连续沉降、衰变和流失的过程,推导出非农耕地和农耕地土壤中210Pbex稳定态分布的质量平衡模型,用以计算土壤侵蚀速率.此外,还给出了通过无侵蚀草地土壤中210Pbex的深度分布,求算农耕地210Pbex表层富集系数的方法.

210Pbex示踪法技术原理及其在土壤侵蚀中的应用

土壤侵蚀是全球性的环境问题之一,严重威胁到资源、环境和社会经济的可持续发展。应用核素示踪技术研究土壤侵蚀已成为当前该领域研究热点,它体现出了很多的优越性,并在今后研究中有着广阔的应用前景。介绍了^(210)Pb_(ex)的示踪原理,概述了^(210)Pb_(ex)在土壤侵蚀示踪研究中存在的关键性问题及其应用,并对其研究进行了展望。

基于^(137)Cs和^(210)Pbex方法的高寒草甸坡面土壤侵蚀示踪

高寒草甸是青藏高原主要的草地类型之一。为了解高寒草甸坡面土壤侵蚀特征,以兴海盆地高寒草甸坡面为研究区,分析了高寒草甸坡面上^(137)Cs和^(210)Pbex的分布特征;利用^(137)Cs和^(210)Pbex示踪方法,通过转换模型估算了高寒草甸坡面土壤侵蚀速率,并对两种方法估算的结果进行了对比。结果表明:(1)选取的高寒草甸背景土壤剖面上^(137)Cs质量活度最大值分布在2~4 cm层位,^(210)Pbex质量活度最大值出现在最表层。(2)研究区坡面^(137)Cs和^(210)Pbex质量活度和通量在不同的坡位有明显的差异。(3)根据^(210)Pbex估算的土壤侵蚀速率高于基于^(137)Cs估算的土壤侵蚀速率,表明研究区近几十年土壤侵蚀可能呈增加趋势。(4)根据^(137)Cs和^(210)Pbex估算的土壤侵蚀速率具有极显著的正相关关系(r=0.94,P<0.01),表明^(210)Pbex结合或替代^(137)Cs方法示踪高寒草甸区土壤侵蚀的潜力。

渤海湾西岸潮间带现代沉积速率研究

利用渤海湾西岸潮间带柱状沉积物的210Pbex和137Cs活度测定结果,计算了潮间带现代沉积物的平均沉积速率,结果表明,渤海湾西岸潮间带砂质区(道沟子至独流减河)1955～1963年的沉积速率为3.43～4.06cm/a,1963年以来的平均沉积速率为0.65～1.59cm/a;泥质区(歧口附近)的平均沉积速率约为1.81cm/a.上述结果说明潮间带砂质区在20世纪50～60年代发生快速沉积作用,60年代之后沉积作用变缓.这可能是由于华北地区在该时段具有丰沛的降水和入海水沙,为潮间带沉积物提供了丰富的物源.60年代以后沉积作用变缓可能是自然和人类活动引起的入海水量减少和由此导致的物源减少的结果.

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。

抚仙湖沉积物中营养盐和粒度垂向分布及相关性研究

基于环境放射性核素210Pbex和137Cs计年法确定抚仙湖北部、中部和南部3个沉积物柱芯的沉积年代,分析了各柱芯近150年的营养盐（TOC、TN和TP）浓度和粒度的垂向分布特征及其相关关系。结果表明,抚仙湖沉积物柱芯TOC浓度整体由稳定、下降转向缓慢增长,TN浓度整体呈小幅度波动趋势,TP浓度垂向分布较为复杂,整体上呈先下降后上升的趋势,这些变化特征与流域历史时期不同程度的自然演化和人类活动密切相关。抚仙湖沉积物中CN自北向南逐渐升高,表明抚仙湖沉积物中有机质来源由湖泊内部菌藻类逐渐过渡至地表陆生植物的贡献。抚仙湖不同湖区沉积物粒度垂向分布均较为紊乱,其大小表现为中部〉北部〉南部,该现象可能与周边入湖河流的密度、长度及产沙量等有关。抚仙湖沉积物中营养盐浓度和粒度的相关性研究表明,TOC浓度与粒径32~63μm呈显著正相关,与4~8μm呈显著负相关;TN浓度与各粒级之间无任何相关性存在,TP浓度则与粒径〈2μm呈显著正相关。

农耕地土壤^(137)Cs与^(210)Pb_(ex)深度分布过程对比研究

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

无侵蚀土壤垦殖后的^(210)Pb_(ex)深度分布变化理论模型

农耕地犁耕层土壤中的^(210)Pb_(ex)向犁底层土壤的扩散,相当于无限薄层扩散源向一维半无限介质的扩散。本文对无侵蚀土壤垦殖后土壤中^(210)Pb_(ex)的扩散、直至达到稳定态分布的物理过程给予了数学的描述。垦殖10年后(y=10.37a),土壤中的^(210)Pb_(ex)可以达到稳定态分布。根据四川内江无侵蚀紫色土农耕地土壤的^(210)Pb_(ex)深度分布,求得紫色土犁底层土壤的^(210)Pb_(ex)入渗系数(D)为0.676cm-2·a-1;计算了垦殖后不同时间犁底层中^(210)Pb_(ex)的积累扩散量;给出了犁底层土壤^(210)Pb_(ex)深度分布形态的时间变化。

宁镇地区^(137)Cs与^(210)Pb_(ex)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。

应用^(210)Pb技术计算年轻石笋沉积速率及判断石笋沉积环境

通过对桂林周边3个洞穴的3个石笋进行^(210)Pb测试,分别计算出3个石笋的沉积速率:盘龙洞石笋PL-4的平均沉积速率为0.042mm/a,茅茅头大岩石笋DY-2的平均沉积速率为0.731mm/a,住岩石笋ZY-5的平均沉积速率为0.029mm/a;另外,通过滴水实验验证了石笋正在沉积,且茅茅头大岩沉积速率较大,盘龙洞和住岩沉积速率较小。通过与其他地区石笋以及对3个洞穴石笋之间的初始^(210)Pb放射性比活度的比较,发现桂林地区石笋初始^(210)Pb放射性比活度低,主要是受制于桂林特殊的地质背景和地理环境;而3个洞穴由于洞穴封闭条件、石笋沉积速率、滴水点等差异,石笋的初始^(210)Pb放射性比活度也表现出差异。

应用环境放射性核素示踪技术研究农业立体污染的构思

如何进行有效的监测与防治农业立体污染,已经成为研究我国食品安全与人类生存环境的重大科学问题之一。本文从论述137Cs2、10Pbex7、Be的来源和示踪原理入手,提出了应用环境放射性核素示踪技术研究农业立体污染的新构思,主要包括:查明农业景观系统中污染物质的本底值,辨析污染物来源和传输路径,评价不同农艺措施和土地利用防治农业立体污染的有效性,建立基于环境核素示踪的农业立体污染分布式预测模型。

环境放射性核素^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)的田间原位测定研究

原位现场γ谱仪具有快速准确监测土壤中环境放射性核素137Cs和210Pbex的潜力,可以解决传统环境放射性核素示踪土壤侵蚀在选择参考点和测定时间过长问题。本研究应用现场γ谱仪(ISOCS,In-situObject Counting System),对内蒙古锡林浩特草原土壤中137Cs和210Pbex的含量进行了田间原位(不采样)测定,并与室内γ谱仪测定结果进行了比对。结果显示:现场γ谱仪的探头离地面1m,采用90度准直器,测量时间保证3600s以上时,测定的土壤中137Cs面积浓度与室内测定结果一致,二者的平均偏差为8%,表明现场γ谱仪测定具有较高精度,是快速评价土壤侵蚀速率的有效技术;210Pbex的原位测定结果显著高于室内测定结果,可能由于测定时间较短所致。初步研究结果表明:原位测定具有时间短、精度高的优点,可以克服传统采样造成的空间变异误差。

闽北古亭水库沉积物粒度组成及其对气候的响应

通过放射性核素^(137)Cs和^(210)Pbex估算水库沉积物柱芯年代,以水库竣工时间为起始时间建立了古亭水库沉积物的年代序列。运用沉积物粒度组分分析54年来水库沉积对气候的响应特征,结果表明:在2010年前沉积速率变化幅度较小,沉积环境较为稳定,而2010年后沉积速率变化幅度较大,该时期异常变化与人类活动密切相关。根据中值粒径特征并结合年降雨量、年平均气温变化,揭示了气候变化和人类活动对水库沉积物的影响:(1)中值粒径与降雨量变化整体对应性不高,不过对于部分特殊降水年份仍具有指示作用。如1971年枯水年,中值粒径相应的出现了谷值;1998年丰水年,中值粒径相应地出现了峰值。(2)在2012年前中值粒径变化呈上升趋势对应了气候的升温,在2012年后中值粒径与气温变化同步性下降,该阶段主要反映流域产业结构发生调整、人类活动对流域环境的影响。

溢油污染物在海底沉积物中的识别与垂向迁移——大连湾海底沉积物研究

沉积物插管短柱样品于2013年4月采自大连湾2010年"7·16"溢油事故污染区,BQ050站与BQ007站分别位于生物分散剂和化学分散剂喷洒区。沉积物的可溶有机质含量(沥青A)、有机碳同位素组成(δ^(13)C_(org))和210Pb比活度分析结果表明:喷洒生物分散剂的重污染区(BQ050站),沉积物中TOC含量为0.58%~1.51%,平均为1.15%;δ^(13)C_(org)值为-22.2‰^-20.5‰PDB,平均为-21.74‰PDB;沥青A含量为0.061 5%~0.566 4%,平均为0.174 9%;沥青A/TOC比值为7.0%~34.8%,平均为14.13%;210Pbex比活度存在异常峰值分布,垂向分布特征与沥青A相似;2~16 cm段沉积物的可溶有机质具有明显的外来输入特征。喷洒化学分散剂的较轻污染区(BQ007站),沉积物中TOC含量为0.61%~1.14%,平均为0.87%,除8~14 cm层段外,比BQ050站略低;但沥青A含量与沥青A/TOC比值明显低于前者;δ^(13)C_(org)值较BQ050站轻;210Pbex比活度随柱样深度呈指数衰减,对数相关;外来有机质输入量较低。截至2013年4月,BQ050站溢油污染物在海底下16 cm深度处有特征信号,溢油污染物沥青A组分垂向迁移距离约为15 cm。

^(210)Pb_(ex)示踪法应用于非耕作土壤侵蚀的研究探讨

[目的]为更好地使用210Pbex示踪法测定土壤侵蚀速率提供依据。[方法]叙述210Pbex的来源、示踪原理与土壤中210Pbex的计算方法,探讨210Pbex在非耕作土壤中的深度分布及土壤侵蚀模型中的应用。[结果]210Pbex在非耕作土壤剖面中存在于0~16 cm处。从土壤表层自上而下,非耕作土壤和矮树林土壤中的210Pbex含量随土层深度增加呈指数降低。利用环境放射性核素210Pbex来研究土壤侵蚀和沉积具有很大的应用价值和潜力,当核素随大气沉降到地表时,迅速被土壤颗粒吸附,通过其在土壤间的移动和有规律的分布模式可以示踪100年尺度上的土壤侵蚀速率。[结论]210Pbex示踪技术可以研究近100年的土壤再分配状况,在时间尺度上很好的弥补了示踪短周期的土壤再分配速率。

^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)示踪江西红壤区耕作土壤侵蚀速率的研究

[目的]准确估算江西红壤区土壤侵蚀模数,为该区土壤侵蚀状况评估和水土流失防治提供数据支持。[方法]选择江西省鹰潭市余江县中国科学院红壤试验基地的一个小流域作为研究区,运用137Cs与210Pbex示踪技术计算耕作土壤侵速率。[结果]江西红壤区137Cs与210Pbex的背景值分别为1 746.64和44 383.83 Bq/m2,耕地平均侵蚀速率为4 857.66 t/(km2.年)。[结论]不同耕地土壤137Cs与210Pbex含量存在差异,但整体趋势一致,即水稻田>萝卜地>花生地>红薯地>芝麻地;在耕作土中农作物不同,侵蚀速率也不同,大小顺序是芝麻地>红薯地>花生地>萝卜地>水稻田;红薯地和芝麻地为极强烈侵蚀,萝卜地、花生地、水稻田为强烈侵蚀。

核素比率在土壤侵蚀区的应用探讨——以^(210)Pb_(ex)/^(137)Cs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。

江西红壤丘陵区^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)与有机质关系的研究

以江西省余江县中科院红壤试验基地三分场附近的低山丘陵区为研究区,应用核素示踪技术和化学方法相结合的手段,对研究区土壤样品中有机质、137Cs、210Pbex含量的剖面分布及其相关性做了分析,结果表明:在耕层深度内,有机质和137Cs含量呈显著的正相关关系,而210Pbex含量波动比较大,与有机质含量相关性较小;137Cs空间分布上的变化规律受地形空间分异的控制,除坡脚外不同部位有机质含量和137Cs含量相关系数呈现坡上部﹥坡中部﹥坡下部的特点。