土壤侵蚀的核示踪技术

土 壤 侵 蚀 的 核 示 踪 技 术 报 告 人 : 杨 明 义 单 位 : 水 保 所 重 点 室 核 示 踪 技 术 的 优 势 简 单 、 快 速 、 量 化 程 度 高 ； 不 需 要 特 殊 野 外 设 施 ； 适 合 不 同 地 貌 类 型 ； 能 用 于 较 大 时 空 尺 度 的 土 壤 侵 蚀 规 律 研 究 。 核 示 踪 技 术 的 特 点 半 衰 期 不 同 不 同 时 间 尺 度 的 侵 蚀 速 率 分 布 深 度 不 同 不 同 侵 蚀 方 式 的 演 变 土 壤 侵 蚀 核 示 踪 技 术 原 理 常 用 于 土 壤 侵 蚀 研 究 的 核 素 种 类 人 工 放 射 性 核 素 ： 137Cs 天 然 放 射 性 核 素 ： 210Pbex、 7Be 稳 定 性 同 位 素 示 踪 ： 稀 土 元 素 （ REE） 核 爆 产 生137Cs 干 、 湿 沉 降土 壤 细 颗粒 吸 附 随 侵 蚀 泥 沙 运 移 至 沟 网 、河 流 系 统重 新 沉 积 样 品 采 集测 量侵 蚀 、 沉积 量 分 析 137Cs模 型地 表 137Cs示 踪 土 壤 侵 蚀 示 意 图 土 壤 侵 蚀 核 示 踪 技 术 原 理土壤 Be-7分 布Cs-137分 布 侵蚀过程 核 素 测 量 装 备 8192道 能 谱 仪 野 外 土 壤 采 样 布 局平 展 坡 面 ： 网 格 法起 伏 坡 面 ： 断 面 法 0m 100m 200m 300m 400m N Sample site 研 究 内 容 展 示 v 137Cs示 踪 研 究 小 流 域 土 壤 侵 蚀 空 间 分 布 特 征v 7Be、 137Cs复 合 示 踪 研 究 次 降 雨 坡 面 侵 蚀 方 式 演 变v 利 用 稳 定 性 REE示 踪 研 究 坡 面 侵 蚀 垂 直 分 异 规 律 分 层 布 设 REE研 究 坡 面 侵 蚀 方 式 演 变 规 律 既 分 层 又 分 段 布 设 REE研 究 坡 面 侵 蚀 方 式 演 变 规 律v 7Be示 踪 坡 面 风 蚀 速 率 137Cs示 踪 研 究 小 流 域 土 壤 侵 蚀 与 沉 积 空 间 分 布 特 征 小 流 域 地 形 与 采 样 点 分 布 图0m 100m 200m 300m 400m N Sample site (A) 小 流 域 Cs-137空 间 分布 图模型转换 Cs-137示 踪 土 壤 侵 蚀 速 率 的 计 算 模 型 )()()()1()( tAdRPtIdttdA 农 耕 地 侵 蚀 量 137Cs计 算 模 型 ： 侵 蚀 点沉 积 点 tt tdttetdC exAR 0 )()( 未 扰 动 土 壤 侵 蚀 量 137Cs计 算 模 型 ：Y t P X h 101963 1 100 0( ) ln( )侵 蚀 点沉 积 点 R AC t e dt A APRdS A e dSexd t t tt u refS ref R hS( ) ( ) /0 01 7Be、 137Cs复 合 示 踪 研 究 次 降 雨 坡 面 侵 蚀 方 式 演 变 背 景 剖 面 中 Be-7和 Cs-137分 布 特 征 人 工 降 雨3m 1.5m的农 耕 地 坡 面5 1.5m的林 地 坡 面 农 耕 地 径 流小 区 径 流 泥沙 中 7Be和137Cs核 素含 量 的 变 化林 地 径 流小 区 径 流泥 沙 中 7Be和 137Cs核素 含 量 的变 化1 ( )h0D S dh W Cf h 农 耕 地 径 流 小 区 次 降 雨 过 程 中 片 蚀 与 细 沟 侵 蚀 的 变 化 Runoff time increment Be-7 content in sediment Cs-137 content in sediment Sediment weight Sheet erosion by Be-7 Rill erosion Sheet erosion Rill erosion min. Bq kg-1 g % 0-5 37.39 1.16 3.3 0.11 507 501 6 98.8 1.2 5-7 29.82 1.00 3.6 0.11 517 416 101 80.5 19.5 7-9 23.12 0.84 3.4 0.10 1288 823 465 63.9 36.1 9-11 13.44 0.64 4.0 0.11 1441 551 890 38.2 61.8 11-13 15.54 0.71 3.9 0.11 1623 736 887 45.3 54.7 13-15 15.77 0.74 4.0 0.12 783 369 414 47.1 52.9 15-17 17.36 0.74 3.5 0.11 531 279 252 52.5 47.5 17-19 14.94 0.72 3.4 0.11 1595 736 859 46.1 53.9 19-21 14.84 0.68 3.6 0.11 965 453 512 46.9 53.1 21-23 10.35 0.59 3.9 0.11 2595 874 1721 33.7 66.3 23-25 10.09 0.61 4.4 0.12 2730 930 1800 34.1 65.9 25-27 12.85 0.69 4.5 0.13 1730 777 953 44.9 55.1 27-29 10.31 0.58 4.3 0.12 850 313 537 36.8 63.2 Total output 17155 7759 9396 45.2 54.8 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0-5 5-7 7-9 9-11 11-13 13-15 15-17 17-19 19-21 21-23 23-25 25-27 27-29 时 间 段 (min) 侵 蚀 量 (g ) 片 蚀 量 细 沟 侵 蚀 量 Runoff time increment Be-7 content in sediment Cs-137 content in sediment Sediment weight Sheet erosion by Be-7 Erosion amounts by Cs-137 Rill erosion Sheet erosion Rill erosion min. Bqkg -1 g % 0-3 50.54 2.16 16.2 0.36 258 258 280 0 100.0 0 3-6 43.48 1.77 15.3 0.31 321 278 329 43 86.7 13.3 6-8 53.99 3.02 24.2 0.59 155 168 249 -13 108.5 -8.5 8-10 36.43 1.68 17.4 0.34 296 218 344 78 73.7 26.3 10-12 37.39 1.86 20.1 0.39 262 199 347 63 76.1 23.9 12-13 36.85 2.08 24.6 0.48 226 171 366 55 75.5 24.5 13-14 15.28 1.06 19.3 0.33 328 103 417 225 31.5 68.5 14-15 9.95 0.75 13.7 0.24 420 86 377 334 20.5 79.5 15-17 12.77 0.76 12.7 0.21 595 157 492 438 26.5 73.5 17-19 7.67 0.59 12.8 0.21 850 136 703 714 16.0 84.0 19-21 8.66 0.63 12.9 0.21 645 117 534 528 18.1 81.9 21-23 7.52 0.60 13.5 0.22 676 107 584 569 15.8 84.2 23-25 9.96 0.88 18.1 0.32 330 69 380 261 21.0 79.0 Total output 5362 2068 5402 3294 38.6 61.4 林 地 径 流 小 区 次 降 雨 过 程 中 片 蚀 与 细 沟 侵 蚀 的 变 化 分 层 布 设 REE研 究 坡 面 侵 蚀 方 式 演 变 规 律 Eu层 ,1cm Sm层 , 2cm Ce层 , 3cm La层 ,6cm Nd层 ,8cm 图 1 试 验 土 槽 REE示 踪 元 素 布 设 示 意 图 =15 5m 分 层 布 设稀 土 元 素 ，模 拟 侵 蚀过 程 。 各 层 侵 蚀 率 时 间 变 化 图 (I=63.39mmh-1) 0.00.40.81.21.6 5 20 32 42 50 58time(min)erosion rate(kg/min) EuSmCeLaNd 细 沟 产 生 片 蚀 和 细 沟 相 对 百 分 比 随 时 间 变 化 图(I=61.2mmh-1)片 蚀 和 细 沟 相 对 百 分 比 随 时 间 变 化图 (I=63.39mmh-1)0%20%40%60%80%100%0 10 20 30 40 50 60 70time(min)percent(%) sheet erosion percentrill erosion percent 0%20%40%60%80%100%0 8 16 24 32 40 48 56time(min)percent(%) sheet erosion percentrill erosion percent REE示 踪 研 究 坡 面 侵 蚀 时 空 演 变 过 程 分 层分 段布 设稀 土元 素示 意图0.01m0.19m2m 1.5m 1m 0.5m =22Yb区Ce区 Sm区空 白 土La区Tb区Nd区Eu区 小 区 宽 度 ： 室 内 1m 区 区 区 区 各 示 踪 带 侵 蚀 率 曲 线 图 0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5 0 10 20 30 40 50 60Time/minErosion rate/(kgmin-1 ) sheet erosion rill erosions ection section section section细 沟 产 生 连 续 降 雨 下 不 同 侵 蚀 方 式 、 不 同 坡 段 侵 蚀 泥 沙 对 总 泥 沙 贡 献率 的 变 化 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 时刻 （m in ） 贡 献 率 （ ） 片 蚀 细 沟 区 区 区 区 137Cs和 210Pbex复 合 示 踪 黑 土 坡 耕 地 土 壤 侵 蚀 速 率原 理 ：Cs-137： 50年 来 的 侵 蚀 速 率 210Pbex： 近 100年 的 侵 蚀 速 率 识 别 不 同 时 间 尺 度 的 土 壤 侵 蚀 信 息 开 垦 近 百 年 的 坡 耕 地 开 垦 50多 年 的 坡 耕 地 137Cs 210Pbex 直 型 坡 核 素 空 间 分 布 等 值 线 图 直 型 坡 面 137Cs和 210Pbex的 空 间 分 布 直 型 坡 侵 蚀 速 率 空 间 分 布 等 值线 图 137Cs 210Pbex 凸 型 坡 核 素 空 间 分 布 等 值 线 图 凸 型 坡 面 137Cs和 210Pbex的 空 间 分 布 凸 型 坡 侵 蚀 速 率 空 间 分 布 等 值线 图 研 究 方 法 利 用 风 洞 实 验 构 建 包 含 风 蚀 分 选 因 子 的 7Be示 踪 估 算 土 壤 风 蚀速 率 的 模 型 风 洞 实 验 10 m/s 12 m/s 表 层 土 壤 颗 粒 比表 面 积 的 变 化 风 蚀 模 型7Be示 踪 坡 面 土 壤 风 蚀 速 率 , 0 01 ref refBe r Be BeA AR h ln Ph lnP A A 砂 性 土 壤 坡 面 A采 样 点 示 意 图 (北 向 ） 粘 性 土 壤 坡 面 B采 样 点 示 意 图（ 西 北 向 ）利 用 7Be示 踪 研 究 野 外 坡 面 风 蚀 强 度 空 间 分 布 规 律 砂 性 土 壤 坡 面 A侵 蚀 速 率 等 值 线 图 粘 性 土 壤 坡 面 B侵 蚀 速 率 等 值 线 图 利 用 7Be示 踪 研 究 野 外 坡 面 风 蚀 强 度 空 间 分 布 规 律 风 蚀 速 率 ： 砂 性 土 壤 坡 面 A粘 性 土 壤 坡 面 B砂 性 土 壤 坡 面 A7Be含 量 等 值 线 图 粘 性 土 壤 坡 面 B 7Be含 量 等 值 线 图 谢 谢 ！敬 请 批 评 指 正