基于核素示踪法的东北地区防护林边缘黑土侵蚀研究方案探讨

孔令阳 卢万合 赵倩竹

摘要 参照已有研究成果，探讨核素示踪法应用于东北地区防护林边缘黑土侵蚀研究的方案，具体包括核素示踪方法选择方案，研究区遴选方案，采样及测试方案及结果分析方案。如果方案能够在未来得以实现，将有可能得出一些全新的结论，进而为东北黑土区防护林的改造提供科学依据。

关键词 核素示踪;防护林;东北黑土区;方案

中图分类号：F301 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）03-093-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.03.039

我国东北黑土区是世界仅存的三大黑土区之一，拥有非常宝贵的黑土资源，总面积达到103万km2，是我国重要的商品粮基地[1]。由于长期的农业开发及自然环境变化，黑土资源也面临着土壤侵蚀问题，主要为水蚀和风蚀[2]。农田防护林能够显著降低林带内风速，从而有效防治土壤风蚀。东北黑土区防护林带分布广泛，起到了保护黑土资源的作用，但黑土区防护林体系还不完善，并未实现完全意义上的精准栽培与防护，势必需要维护与改造。在该背景下，研究东北地区防护林对于黑土侵蚀的影响及作用机理具有重要的意义，能够科学指导防护林的栽种，以保护东北地区日益减少的黑土资源，进而保障该地区农业的可持续发展及区域粮食安全。核素示踪方法具有操作简便，分析精度和量化程度高的特点，在国内外土壤侵蚀研究中被广泛应用[3]。基于此，文中探讨了核素示踪法应用于东北地区防护林边缘黑土侵蚀研究的方案。

1 核素示踪方法选择方案

目前，学术界运用核素示踪进行土壤侵蚀研究的成果很多，主要有单核素示踪、复合核素示踪、REE示踪[3]。其中，137Cs与210Pbex复合核素示踪技术研究结果准确，近年来在土壤侵蚀相关研究中应用较多，因此，文中将其作为东北地区防护林边缘黑土侵蚀研究方案采用的示踪方法[4]。

2 研究区遴选方案

我国东北黑土区面积广大，研究区遴选空间也比较大。从典型性的角度考虑，研究区应该选取在黑龙江省、吉林省黑土分布核心区的小流域，且满足以下2个条件：①研究区地形起伏相对较小，多年来种植农作物品种相对固定;②研究区分布有完整的防护林带，树龄相对较长，间断较少。而实际上东北黑土区防护林带树木干枯死亡现象比较普遍，因此要找到理想的研究区较为困难。

3 采样及测试方案

在防护林带两侧，沿着与防护林垂直的方向划定采样线，采样线可以根据研究区的具体情况划定3～5条采样线，在采样线上从防护林带向两侧间隔40～60 m确定采样点，根据研究区的具体情况，每条采样线上确定8～10个采样点。在每個采样点，由地表向下挖掘完整的土壤剖面，以5 cm为间隔采样，采样深度为40～50 cm。同时，在研究区附近还需要确定背景值点采样区，采样区一般应该在历史上没有受到较大的扰动，无侵蚀也无堆积。背景值采样区采样一般采用网格法，以5 cm为间隔采样，采样深度为40～50 cm。

土壤样品带回实验室后，去除杂质、研磨、风干、称重、密封，然后运用γ谱仪进行137Cs与210Pbex 2种核素含量的测试。放射性核素的测定采用相对测量法，137Cs的比活度根据661.6Kev射线的全峰面积求得;210Pbex的比活度为210Pb在46.5Kev的比活度与226Ra在351.9Kev的比活度之差，计算公式为：A样=S样×A标×T标×W标/S标×T样×W样

式中，A样为样品的比活度（Bq/Kg）;S样为样品的测量计数;A标为标准源的比活度（Bq/Kg）;T标为标准源的测量时间（s）;W标为标准源的净重（Kg）;S标为标准源的测量计数;T样为样品的测量时间;W样为样品的（kg）。

由于样品采集时间与核素比活度测试时间存在一定间隔，需要采用以下公式将测试值校正到采样时的比活度：A0=A×2t/T

式中，A0为采样时样品比活度（Bq/Kg）;A为当前样品比活度（Bq/Kg）;t为采样与测量的时间差（a）;T为核素的半衰期（a）。

土壤中单位面积核素总含量的计算公式为：

式中，CPI为样点单位面积核素的面积活度（Bq/m2）;i为采样层序号;n为采样层数;Ci为第i层的核素比活度（Bq/Kg）;Bdi为第i层的土壤容重（g/m3）;Di为第i层的深度（m）;1 000为单位校正系数[5-6]。

4 结果分析方案

结果分析主要包括3个方面：①2种核素的剖面分布特征。有了测试结果，剖面分布特征分析就比较容易了;②进行土壤侵蚀速率的推算。这一步骤需要选取适宜土壤侵蚀模型进行计算，从而推算出土壤侵蚀速率，相关研究成果提出了许多有效的土壤侵蚀模型，依据具体研究情境合理选择即可;③进行防护林对土壤侵蚀的影响分析。这一步骤需要将核素的剖面分布特征、土壤侵蚀速率的推算结果与防护林建立联系，重点分析防护林在不同防护距离、不同方位上对于土壤侵蚀的影响，同时还可以分析防护林的不同特征对于土壤侵蚀的影响，比如说防护林的宽度、间距、走向、树种。如果能对多个研究区进行比较研究，将可能得出更多的结论。

5 结语

核素示踪法广泛应用于土壤侵蚀的研究中，取得了丰硕的成果，文中参照这些研究成果探讨了基于核素示踪法的东北地区防护林边缘黑土侵蚀研究方案。方案如能在未来得以实现，将有可能得出一些全新的结论，进而为东北黑土区防护林的改造提供科学依据。

参考文献

[1] 王颖，史绍林.东北黑土区防护林体系高效经济植物引选探讨[J].防护林科技，2015（9）：103-104.

[2] 杨新，郭江峰，刘洪鹄，等.东北典型黑土区土壤风蚀环境分析[J].地理科学，2006（4）：4443-4448.

[3] 宋炜，刘普灵，郑良勇.核素示踪在土壤侵蚀研究中的应用[J].水土保持研究，2002，9（1）：17-21.

[4] 刘刚，杨明义，刘普灵，等.近十年来核素示踪技术在土壤侵蚀研究中的应用进展[J].核农学报，2007（1）：101-105，16.

[5] 段承一. 云南迤者小流域双核素示踪土壤侵蚀研究[D].昆明：云南师范大学，2019.

[6] 崔文静. 江西红壤区双核素示踪土壤侵蚀研究[D].南京：南京师范大学，2012.

责任编辑：黄艳飞