基于核素示蹤法的東北地區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，探討核素示蹤法應用于東北地區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，研究區遴選方案，采樣及測試方案及結果分析方案。如果方案能夠在未來得以實現，將有可能得出一些全新的結論，進而為東北黑土區防護林的改造提供科學依據。

關鍵詞?核素示蹤;防護林;東北黑土區;方案

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

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

我國東北黑土區是世界僅存的三大黑土區之一，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]。由于長期的農業開發及自然環境變化，黑土資源也面臨著土壤侵蝕問題，主要為水蝕和風蝕[2]。農田防護林能夠顯著降低林帶內風速，從而有效防治土壤風蝕。東北黑土區防護林帶分布廣泛，起到了保護黑土資源的作用，但黑土區防護林體系還不完善，并未實現完全意義上的精準栽培與防護，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，能夠科學指導防護林的栽種，以保護東北地區日益減少的黑土資源，進而保障該地區農業的可持續發展及區域糧食安全。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，在國內外土壤侵蝕研究中被廣泛應用[3]。基于此，文中探討了核素示蹤法應用于東北地區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，學術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、復合核素示蹤、REE示蹤[3]。其中，137Cs與210Pbex復合核素示蹤技術研究結果準確，近年來在土壤侵蝕相關研究中應用較多，因此，文中將其作為東北地區防護林邊緣黑土侵蝕研究方案采用的示蹤方法[4]。

2?研究區遴選方案

我國東北黑土區面積廣大，研究區遴選空間也比較大。從典型性的角度考慮，研究區應該選取在黑龍江省、吉林省黑土分布核心區的小流域，且滿足以下2個條件：①研究區地形起伏相對較小，多年來種植農作物品種相對固定;②研究區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防護林帶樹木干枯死亡現象比較普遍，因此要找到理想的研究區較為困難。

3?采樣及測試方案

在防護林帶兩側，沿著與防護林垂直的方向劃定采樣線，采樣線可以根據研究區的具體情況劃定3～5條采樣線，在采樣線上從防護林帶向兩側間隔40～60?m確定采樣點，根據研究區的具體情況，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，在研究區附近還需要確定背景值點采樣區，采樣區一般應該在歷史上沒有受到較大的擾動，無侵蝕也無堆積。背景值采樣區采樣一般采用網格法，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、研磨、風干、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×T標×W標/S標×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;A標為標準源的比活度（Bq/Kg）;T標為標準源的測量時間（s）;W標為標準源的凈重（Kg）;S標為標準源的測量計數;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;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[5-6]。

4?結果分析方案

結果分析主要包括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，相關研究成果提出了許多有效的土壤侵蝕模型，依據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果與防護林建立聯系，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進行比較研究，將可能得出更多的結論。

5?結語

核素示蹤法廣泛應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防護林邊緣黑土侵蝕研究方案。方案如能在未來得以實現，將有可能得出一些全新的結論，進而為東北黑土區防護林的改造提供科學依據。

參考文獻

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

[2]?楊新，郭江峰，劉洪鵠，等.東北典型黑土區土壤風蝕環境分析[J].地理科學，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在土壤侵蝕研究中的應用進展[J].核農學報，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，2019.

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

責任編輯：黃艷飛