用稀土元素示踪法研究黑土侵蚀

杨春雨

[摘要]本文应用主要介绍稀土元素示踪法来测定土壤侵蚀的方法和原理,探讨了稳定性稀土元素示踪在黑土地的土壤侵蚀、沉积、分布和泥沙来源研究中的应用条件,证明了示踪REE的生物地球化学行为较为稳定,不易被植物吸收,也不会因水迁移而影响地下水和地表水的水质,因而REE示踪法对生态环境不会形成不利影响;在影响水蚀的下垫面各因素中,土地利用方式、降雨强度对土壤冲刷量的影响最显著,是造成水蚀的主导因素;利用REE示踪法定量测定不同地形部位的相对侵蚀量,方法是比较简单易行、对于准确评价侵蚀泥沙在坡面空间、时间尺度上的分布、转运、沉积,了解土壤侵蚀过程和评价对于坡面、流域的土壤侵蚀模型有重要的指导意义。为土壤侵蚀垂直研究开辟了新的途径。

[关键词]土壤侵蚀 稀土元素 坡面

土壤侵蚀是当前世界环境问题中的主要问题之一而备受关注。土壤侵蚀是造成土地退化、土壤理化性质变劣、肥力下降、土地利用率降低、生态环境恶化的根本原因。由于降雨、坡面层流引起的土壤侵蚀被认为是涉及到坡面土壤的分散、沉积和转移同时发生的过程。

黑土(Black50115)具有深厚的腐殖质层、良好的物理、化学性质和生物学特性,是中国重要的农业土壤资源和商品粮生产基地。东北黑土总面积约7×10⁴km²,与乌克兰和美国密西西比河流域的黑土并称为世界三大黑土带。近些年来,黑土区的土壤侵蚀和水土流失已成为关注的焦点问题之一。土壤流失在导致耕地地力退化和产量下降的同时,也加剧土壤养分、除草剂和农药对地表水和地下水的污染。据杨瑞珍资料,东北地区耕地水土流失面积为800×l0hm²,占耕地面积的37.4%。第二次全国土壤普查结果表明,吉林省有200×10km²,农田遭受中度和强度侵蚀,占总耕地面积的37%。水土流失己经严重制约了黑土区的经济和农业生产,威胁着中国的粮食安全。

1 土壤侵蚀的概念

狭义:仅指土壤(本身)在外营力作用下被分离、破坏和移动的过程。

广义:指土壤和成土母质在外营力作用下被分离、破坏和移动的过程。

土壤侵蚀是地表土壤及母质在水力,风力等外营力作用下所发生的位移,积的全部过程。习惯上也称之为水土流失。

2 土壤侵蚀的类型

土壤侵蚀的抗侵蚀能力是指土壤承受风力、水力、重力、冻融等外营力破坏、分离(散)、搬运和沉积的能力.土壤的抗侵蚀能力主要取决于土壤的抗侵蚀能力主要取决于土壤的内在特性.如土壤状况、有机质含量、水稳性和团聚体等指标。

土壤侵蚀包括多种类型,有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀和冻融侵蚀。

东北黑土区面积广大,区内丘陵漫岗平地交错分布。因此,各种土壤侵蚀类型在黑土区均尤其是水蚀、风蚀和冻融侵蚀。水力侵蚀又可分为坡面侵蚀(溅蚀、细沟侵蚀)和沟壑侵蚀(浅沟、切沟、冲沟)。冻融侵蚀包括融雪径流侵蚀和沟壑冻融侵蚀。重力侵冻融侵蚀交互影响、共同作用。

3 土壤侵蚀的研究方法

几十年来,各国水土保持科技界的专家、学者对土壤侵蚀和水土流失的成因进行了许多定位观测试验方法的研究。近十多年来,又发展了人工模拟降雨试验,揭示了不同类型区的水土流失的规律.研究证明坡面径流是造成水土流失的主导因子。如黄土高原这样的少雨区,年降水量一般为300一600 mm,干旱区在300以下,一旦下暴雨坡上的雨水和泥沙倾泻而下,集中的坡面径流造成严重的水土流失危害,吞噬土地淹没山下农田、村庄和道路,临近的公路往往被冲断影响正常交通,同时使大量泥沙进入黄河。这种水土流失是在独特的条件下,由暴雨所形成的坡面径流造成的。而在多雨区降雨频繁且强度大,为土壤侵蚀提供动力因子。如江南地区,不仅坡面径流导致坡耕地的严重水土流失,而且纯马尾松林和纯按树林下也由于坡面径流而造成严重的水土流失,出现“远看绿油油,近看水土流”的景象。因此,不论少雨区还是多雨区,坡面径流是造成水土流失的主导因素,大量的实验研究证明了这一点。

目前国内外土壤侵蚀的研究方法中,径流小区法、调查法、立体摄影法、人工模拟降雨等方法在大多数下只能调查记载侵蚀作用的后果,很难同时提供侵蚀和沉积的数据,很难知道其泥沙的沉积率和泥沙来源。大部分过去用来研究土壤侵蚀的方法所提供的信息,只是特定研究区域内的泥沙平均输移率,不能提供离开坡面泥沙的来源,也不能提供泥沙在坡面内的再分布状况。

核素示踪技术研究作为一种新的土壤侵蚀研究方法,已经在土壤侵蚀研究中获得了极大应用,并在土壤侵蚀的沉积、侵蚀、运移研究上取得许多成果。随着时间的推移示踪技术在土壤侵蚀研究中被提高到了新的层次,尤其是与GlS、GPS的结合,使核素示踪技术的取样更精确、直观,分析更深入。土壤侵蚀研究方法的突破与创新,目的在于为土壤侵蚀模型的建立和完善提供理论基础,但单一的示踪方法,都存在不同的局限性。因此在利用示踪物质研究土壤侵蚀、沉积、再分布的过程中,应该注重土壤侵蚀与土壤学、生态学、植物营养学、水利学及环境科学等领域进行交叉和融合。吸取其他学科的最新研究成果,才能促进土壤侵蚀研究技术的突破。对于准确评价侵蚀泥沙在坡面空间、时间尺度上的分布、转运、沉积,了解土壤侵蚀过程和评价基于坡面、流域的土壤侵蚀模型有重要的指导意义。

综上所述,土壤侵蚀程度和过程的测定是实施坡面径流调配、控制水土流失的依据,测定方法和测定的精度是有效实施的保证。目前,测定方法包括定位和半定位小区实验法、人工模拟降雨试验、小流域综合治理方法及稀土元素中子活化示踪法,而稀土元素中子活化示踪法是其中精度最高、模拟过程最好的方法之一。

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