基于核素示蹤法的東北地區(qū)防護林邊緣黑土侵蝕研究方案探討

孔令陽 盧萬合 趙倩竹

摘要?參照已有研究成果，探討核素示蹤法應(yīng)用于東北地區(qū)防護林邊緣黑土侵蝕研究的方案，具體包括核素示蹤方法選擇方案，研究區(qū)遴選方案，采樣及測試方案及結(jié)果分析方案。如果方案能夠在未來得以實現(xiàn)，將有可能得出一些全新的結(jié)論，進而為東北黑土區(qū)防護林的改造提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞?核素示蹤;防護林;東北黑土區(qū);方案

中圖分類號：F301?文獻標(biāo)識碼：A?文章編號：2095-3305（2020）03-093-02

DOI：?10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.039

我國東北黑土區(qū)是世界僅存的三大黑土區(qū)之一，擁有非常寶貴的黑土資源，總面積達到103萬km2，是我國重要的商品糧基地[1]。由于長期的農(nóng)業(yè)開發(fā)及自然環(huán)境變化，黑土資源也面臨著土壤侵蝕問題，主要為水蝕和風(fēng)蝕[2]。農(nóng)田防護林能夠顯著降低林帶內(nèi)風(fēng)速，從而有效防治土壤風(fēng)蝕。東北黑土區(qū)防護林帶分布廣泛，起到了保護黑土資源的作用，但黑土區(qū)防護林體系還不完善，并未實現(xiàn)完全意義上的精準(zhǔn)栽培與防護，勢必需要維護與改造。在該背景下，研究東北地區(qū)防護林對于黑土侵蝕的影響及作用機理具有重要的意義，能夠科學(xué)指導(dǎo)防護林的栽種，以保護東北地區(qū)日益減少的黑土資源，進而保障該地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及區(qū)域糧食安全。核素示蹤方法具有操作簡便，分析精度和量化程度高的特點，在國內(nèi)外土壤侵蝕研究中被廣泛應(yīng)用[3]?；诖耍闹刑接懥撕怂厥聚櫡☉?yīng)用于東北地區(qū)防護林邊緣黑土侵蝕研究的方案。

1?核素示蹤方法選擇方案

目前，學(xué)術(shù)界運用核素示蹤進行土壤侵蝕研究的成果很多，主要有單核素示蹤、復(fù)合核素示蹤、REE示蹤[3]。其中，137Cs與210Pbex復(fù)合核素示蹤技術(shù)研究結(jié)果準(zhǔn)確，近年來在土壤侵蝕相關(guān)研究中應(yīng)用較多，因此，文中將其作為東北地區(qū)防護林邊緣黑土侵蝕研究方案采用的示蹤方法[4]。

2?研究區(qū)遴選方案

我國東北黑土區(qū)面積廣大，研究區(qū)遴選空間也比較大。從典型性的角度考慮，研究區(qū)應(yīng)該選取在黑龍江省、吉林省黑土分布核心區(qū)的小流域，且滿足以下2個條件：①研究區(qū)地形起伏相對較小，多年來種植農(nóng)作物品種相對固定;②研究區(qū)分布有完整的防護林帶，樹齡相對較長，間斷較少。而實際上東北黑土區(qū)防護林帶樹木干枯死亡現(xiàn)象比較普遍，因此要找到理想的研究區(qū)較為困難。

3?采樣及測試方案

在防護林帶兩側(cè)，沿著與防護林垂直的方向劃定采樣線，采樣線可以根據(jù)研究區(qū)的具體情況劃定3～5條采樣線，在采樣線上從防護林帶向兩側(cè)間隔40～60?m確定采樣點，根據(jù)研究區(qū)的具體情況，每條采樣線上確定8～10個采樣點。在每個采樣點，由地表向下挖掘完整的土壤剖面，以5?cm為間隔采樣，采樣深度為40～50?cm。同時，在研究區(qū)附近還需要確定背景值點采樣區(qū)，采樣區(qū)一般應(yīng)該在歷史上沒有受到較大的擾動，無侵蝕也無堆積。背景值采樣區(qū)采樣一般采用網(wǎng)格法，以5?cm為間隔采樣，采樣深度為40～50?cm。

土壤樣品帶回實驗室后，去除雜質(zhì)、研磨、風(fēng)干、稱重、密封，然后運用γ譜儀進行137Cs與210Pbex?2種核素含量的測試。放射性核素的測定采用相對測量法，137Cs的比活度根據(jù)661.6Kev射線的全峰面積求得;210Pbex的比活度為210Pb在46.5Kev的比活度與226Ra在351.9Kev的比活度之差，計算公式為：A樣=S樣×A標(biāo)×T標(biāo)×W標(biāo)/S標(biāo)×T樣×W樣

式中，A樣為樣品的比活度（Bq/Kg）;S樣為樣品的測量計數(shù);A標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)源的比活度（Bq/Kg）;T標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)源的測量時間（s）;W標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)源的凈重（Kg）;S標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)源的測量計數(shù);T樣為樣品的測量時間;W樣為樣品的（kg）。

由于樣品采集時間與核素比活度測試時間存在一定間隔，需要采用以下公式將測試值校正到采樣時的比活度：A0=A×2t/T

式中，A0為采樣時樣品比活度（Bq/Kg）;A為當(dāng)前樣品比活度（Bq/Kg）;t為采樣與測量的時間差（a）;T為核素的半衰期（a）。

土壤中單位面積核素總含量的計算公式為：

式中，CPI為樣點單位面積核素的面積活度（Bq/m2）;i為采樣層序號;n為采樣層數(shù);Ci為第i層的核素比活度（Bq/Kg）;Bdi為第i層的土壤容重（g/m3）;Di為第i層的深度（m）;1?000為單位校正系數(shù)[5-6]。

4?結(jié)果分析方案

結(jié)果分析主要包括3個方面：①2種核素的剖面分布特征。有了測試結(jié)果，剖面分布特征分析就比較容易了;②進行土壤侵蝕速率的推算。這一步驟需要選取適宜土壤侵蝕模型進行計算，從而推算出土壤侵蝕速率，相關(guān)研究成果提出了許多有效的土壤侵蝕模型，依據(jù)具體研究情境合理選擇即可;③進行防護林對土壤侵蝕的影響分析。這一步驟需要將核素的剖面分布特征、土壤侵蝕速率的推算結(jié)果與防護林建立聯(lián)系，重點分析防護林在不同防護距離、不同方位上對于土壤侵蝕的影響，同時還可以分析防護林的不同特征對于土壤侵蝕的影響，比如說防護林的寬度、間距、走向、樹種。如果能對多個研究區(qū)進行比較研究，將可能得出更多的結(jié)論。

5?結(jié)語

核素示蹤法廣泛應(yīng)用于土壤侵蝕的研究中，取得了豐碩的成果，文中參照這些研究成果探討了基于核素示蹤法的東北地區(qū)防護林邊緣黑土侵蝕研究方案。方案如能在未來得以實現(xiàn)，將有可能得出一些全新的結(jié)論，進而為東北黑土區(qū)防護林的改造提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻

[1]?王穎，史紹林.東北黑土區(qū)防護林體系高效經(jīng)濟植物引選探討[J].防護林科技，2015（9）：103-104.

[2]?楊新，郭江峰，劉洪鵠，等.東北典型黑土區(qū)土壤風(fēng)蝕環(huán)境分析[J].地理科學(xué)，2006（4）：4443-4448.

[3]?宋煒，劉普靈，鄭良勇.核素示蹤在土壤侵蝕研究中的應(yīng)用[J].水土保持研究，2002，9（1）：17-21.

[4]?劉剛，楊明義，劉普靈，等.近十年來核素示蹤技術(shù)在土壤侵蝕研究中的應(yīng)用進展[J].核農(nóng)學(xué)報，2007（1）：101-105，16.

[5]?段承一.?云南迤者小流域雙核素示蹤土壤侵蝕研究[D].昆明：云南師范大學(xué)，2019.

[6]?崔文靜.?江西紅壤區(qū)雙核素示蹤土壤侵蝕研究[D].南京：南京師范大學(xué)，2012.

責(zé)任編輯：黃艷飛