7Be示踪土壤侵蚀的基础问题研究

摘要

我国的水土流失非常严重,水土流失引起了一系列环境问题,如土壤退化、养分流失、土地生产力下降、水体污染、洪水泛滥、江河淤塞等,严重地影响了我国农业可持续发展。土壤侵蚀问题已引起人们的普遍关注,然而土壤侵蚀是一个较为复杂的过程,对其研究依赖于研究方法和技术手段的改进。目前对土壤侵蚀的研究方法主要有径流小区法、调查法、立体摄影法、人工模拟降雨法等,但这些方法一般只能研究侵蚀的最终结果,难以对侵蚀的物理过程作定量分析。自从Menzel在上个世纪60年代研究了有关土壤侵蚀和放射性核素沉降运移的关系以来,核素示踪法作为对以上方法的必要补充在土壤侵蚀研究中日益受到人们的重视。目前,研究土壤侵蚀的放射性核素示踪剂主要有137Cs、210Pbex、226Ra、232Th等,其主要用来来示踪几十年乃至上百年来的多年平均侵蚀速率,而对短期土壤侵蚀状况则难以检测。7Be具有较短的半衰期、连续沉降和广泛分布的特征,因此既可用于研究短期内以及次降雨事件条件下的土壤侵蚀速率和侵蚀沉积的空间分布特征,也可用于评价特定土地利用方式下的土壤侵蚀强度,同时还可以与其它中、长半衰期核素结合起来,较为精确研究土壤侵蚀过程及次降雨和季节性降雨过程中土壤侵蚀速率。
　　 本文利用野外采样、布设试验,室内分析相结合的方法,对大气沉降核素7Be示踪土壤侵蚀的一些关键基础性问题进行了研究,得出以下主要结论：⑴样品高度对放射性核素测量结果的影响。高纯锗γ谱仪测量结果对样品高度的变化较为敏感。在探测效率差别最大的46.6keV能量值下,探测效率最大值为最小值的3.5倍；在差别最小的661.7keV能量值下,探测效率最大值为最小值的2.2倍。在46.6keV、351.8keV、477.7keV和661.7keV4种能量值中探测效率最大值平均为最小值的2.6倍。⑵样品湿度对放射性核素测量结果的影响。样品中水分主要通过吸收γ射线对探测效率产生影响,从而影响到测量结果,其对46.5 keV、351.9 keV、477.6 keV和661.7 keV四种能量值的探测效率最大值为最小值的倍数分别为1.22倍、1.15倍、2.07倍和2.26倍,平均为1.775倍。⑶放射性核素7Be沉降特征。通过对南京地区2009年5月-2009年9月五个月之间的21次降雨的测量,得出南京地区雨水中放射性核素7Be的比活度在0.69～4.12Bq/L之间,平均比活度为1.45Bq/L。沉降通量与次降雨量的关系为:沉降通量(Bq/m2)=0.7183x降雨量(mm)+10.632(R2=0.9593)。通过对2010年南京地区月沉降通量的观测,得出南京地区7Be沉降最大月为4月:434.81 Bq/m2,最小月为1月:33.06 Bq/m2。7Be总沉降量季节排序为:春季(913.64 Bq/m2)>夏季(506.7Bq/m2)>冬季(287.42 Bq/m2)>秋季(267.34Bq/m2)。日平均沉降通量分别为:9.93 Bq/m2d(春季),5.50 Bq/m2d(夏季),2.93 Bq/m2d(秋季),3.19 Bq/m2d(冬季)。最大的季节沉降量出现在春季。⑷地表径流中7Be含量。无地表植物覆盖情况下的地表径流中平均7Be比活度为3.04 Bq/L,地表植被覆盖度为50％情况下的地表径流中7Be比活度为1.61 Bq/L,地表植被覆盖度为90％情况下的地表径流中7Be比活度为1.28 Bq/L。地表植被覆盖度为90％的情况下的地表径流中7Be比活度为无地表植被覆盖情况下的地表径流中7Be比活度的52％,即地表植被能有效降低地表径流中7Be比活度。