用稀土元素示蹤法研究黑土侵蝕

楊春雨

[摘要]本文應(yīng)用主要介紹稀土元素示蹤法來測定土壤侵蝕的方法和原理,探討了穩(wěn)定性稀土元素示蹤在黑土地的土壤侵蝕、沉積、分布和泥沙來源研究中的應(yīng)用條件,證明了示蹤REE的生物地球化學(xué)行為較為穩(wěn)定,不易被植物吸收,也不會(huì)因水遷移而影響地下水和地表水的水質(zhì),因而REE示蹤法對生態(tài)環(huán)境不會(huì)形成不利影響;在影響水蝕的下墊面各因素中,土地利用方式、降雨強(qiáng)度對土壤沖刷量的影響最顯著,是造成水蝕的主導(dǎo)因素;利用REE示蹤法定量測定不同地形部位的相對侵蝕量,方法是比較簡單易行、對于準(zhǔn)確評價(jià)侵蝕泥沙在坡面空間、時(shí)間尺度上的分布、轉(zhuǎn)運(yùn)、沉積,了解土壤侵蝕過程和評價(jià)對于坡面、流域的土壤侵蝕模型有重要的指導(dǎo)意義。為土壤侵蝕垂直研究開辟了新的途徑。

[關(guān)鍵詞]土壤侵蝕 稀土元素 坡面

土壤侵蝕是當(dāng)前世界環(huán)境問題中的主要問題之一而備受關(guān)注。土壤侵蝕是造成土地退化、土壤理化性質(zhì)變劣、肥力下降、土地利用率降低、生態(tài)環(huán)境惡化的根本原因。由于降雨、坡面層流引起的土壤侵蝕被認(rèn)為是涉及到坡面土壤的分散、沉積和轉(zhuǎn)移同時(shí)發(fā)生的過程。

黑土(Black50115)具有深厚的腐殖質(zhì)層、良好的物理、化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)特性,是中國重要的農(nóng)業(yè)土壤資源和商品糧生產(chǎn)基地。東北黑土總面積約7×10⁴km²,與烏克蘭和美國密西西比河流域的黑土并稱為世界三大黑土帶。近些年來,黑土區(qū)的土壤侵蝕和水土流失已成為關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。土壤流失在導(dǎo)致耕地地力退化和產(chǎn)量下降的同時(shí),也加劇土壤養(yǎng)分、除草劑和農(nóng)藥對地表水和地下水的污染。據(jù)楊瑞珍資料,東北地區(qū)耕地水土流失面積為800×l0hm²,占耕地面積的37.4%。第二次全國土壤普查結(jié)果表明,吉林省有200×10km²,農(nóng)田遭受中度和強(qiáng)度侵蝕,占總耕地面積的37%。水土流失己經(jīng)嚴(yán)重制約了黑土區(qū)的經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn),威脅著中國的糧食安全。

1 土壤侵蝕的概念

狹義:僅指土壤(本身)在外營力作用下被分離、破壞和移動(dòng)的過程。

廣義:指土壤和成土母質(zhì)在外營力作用下被分離、破壞和移動(dòng)的過程。

土壤侵蝕是地表土壤及母質(zhì)在水力,風(fēng)力等外營力作用下所發(fā)生的位移,積的全部過程。習(xí)慣上也稱之為水土流失。

2 土壤侵蝕的類型

土壤侵蝕的抗侵蝕能力是指土壤承受風(fēng)力、水力、重力、凍融等外營力破壞、分離(散)、搬運(yùn)和沉積的能力.土壤的抗侵蝕能力主要取決于土壤的抗侵蝕能力主要取決于土壤的內(nèi)在特性.如土壤狀況、有機(jī)質(zhì)含量、水穩(wěn)性和團(tuán)聚體等指標(biāo)。

土壤侵蝕包括多種類型,有水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、重力侵蝕和凍融侵蝕。

東北黑土區(qū)面積廣大,區(qū)內(nèi)丘陵漫崗平地交錯(cuò)分布。因此,各種土壤侵蝕類型在黑土區(qū)均尤其是水蝕、風(fēng)蝕和凍融侵蝕。水力侵蝕又可分為坡面侵蝕(濺蝕、細(xì)溝侵蝕)和溝壑侵蝕(淺溝、切溝、沖溝)。凍融侵蝕包括融雪徑流侵蝕和溝壑凍融侵蝕。重力侵凍融侵蝕交互影響、共同作用。

3 土壤侵蝕的研究方法

幾十年來,各國水土保持科技界的專家、學(xué)者對土壤侵蝕和水土流失的成因進(jìn)行了許多定位觀測試驗(yàn)方法的研究。近十多年來,又發(fā)展了人工模擬降雨試驗(yàn),揭示了不同類型區(qū)的水土流失的規(guī)律.研究證明坡面徑流是造成水土流失的主導(dǎo)因子。如黃土高原這樣的少雨區(qū),年降水量一般為300一600 mm,干旱區(qū)在300以下,一旦下暴雨坡上的雨水和泥沙傾瀉而下,集中的坡面徑流造成嚴(yán)重的水土流失危害,吞噬土地淹沒山下農(nóng)田、村莊和道路,臨近的公路往往被沖斷影響正常交通,同時(shí)使大量泥沙進(jìn)入黃河。這種水土流失是在獨(dú)特的條件下,由暴雨所形成的坡面徑流造成的。而在多雨區(qū)降雨頻繁且強(qiáng)度大,為土壤侵蝕提供動(dòng)力因子。如江南地區(qū),不僅坡面徑流導(dǎo)致坡耕地的嚴(yán)重水土流失,而且純馬尾松林和純按樹林下也由于坡面徑流而造成嚴(yán)重的水土流失,出現(xiàn)“遠(yuǎn)看綠油油,近看水土流”的景象。因此,不論少雨區(qū)還是多雨區(qū),坡面徑流是造成水土流失的主導(dǎo)因素,大量的實(shí)驗(yàn)研究證明了這一點(diǎn)。

目前國內(nèi)外土壤侵蝕的研究方法中,徑流小區(qū)法、調(diào)查法、立體攝影法、人工模擬降雨等方法在大多數(shù)下只能調(diào)查記載侵蝕作用的后果,很難同時(shí)提供侵蝕和沉積的數(shù)據(jù),很難知道其泥沙的沉積率和泥沙來源。大部分過去用來研究土壤侵蝕的方法所提供的信息,只是特定研究區(qū)域內(nèi)的泥沙平均輸移率,不能提供離開坡面泥沙的來源,也不能提供泥沙在坡面內(nèi)的再分布狀況。

核素示蹤技術(shù)研究作為一種新的土壤侵蝕研究方法,已經(jīng)在土壤侵蝕研究中獲得了極大應(yīng)用,并在土壤侵蝕的沉積、侵蝕、運(yùn)移研究上取得許多成果。隨著時(shí)間的推移示蹤技術(shù)在土壤侵蝕研究中被提高到了新的層次,尤其是與GlS、GPS的結(jié)合,使核素示蹤技術(shù)的取樣更精確、直觀,分析更深入。土壤侵蝕研究方法的突破與創(chuàng)新,目的在于為土壤侵蝕模型的建立和完善提供理論基礎(chǔ),但單一的示蹤方法,都存在不同的局限性。因此在利用示蹤物質(zhì)研究土壤侵蝕、沉積、再分布的過程中,應(yīng)該注重土壤侵蝕與土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)、水利學(xué)及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行交叉和融合。吸取其他學(xué)科的最新研究成果,才能促進(jìn)土壤侵蝕研究技術(shù)的突破。對于準(zhǔn)確評價(jià)侵蝕泥沙在坡面空間、時(shí)間尺度上的分布、轉(zhuǎn)運(yùn)、沉積,了解土壤侵蝕過程和評價(jià)基于坡面、流域的土壤侵蝕模型有重要的指導(dǎo)意義。

綜上所述,土壤侵蝕程度和過程的測定是實(shí)施坡面徑流調(diào)配、控制水土流失的依據(jù),測定方法和測定的精度是有效實(shí)施的保證。目前,測定方法包括定位和半定位小區(qū)實(shí)驗(yàn)法、人工模擬降雨試驗(yàn)、小流域綜合治理方法及稀土元素中子活化示蹤法,而稀土元素中子活化示蹤法是其中精度最高、模擬過程最好的方法之一。

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