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放射性核素示踪技术作为一种新的研究方法在土壤侵蚀研究中获得了较多的应用。放射性核素7Be半衰期仅为53.3d,而且是自然界产生,宇宙射线成因的放射性核素,通过连续的干湿沉降到达地表,具备了示踪短期内或次降雨土壤侵蚀的特征。7Be适合于示踪短期内某种土地利用方式下的土壤侵蚀空间分布特征,7Be示踪技术可以成为乃137Cs示踪技术的有益补充。但是目前对7Be示踪技术在土壤侵蚀中的应用研究尚处于起步阶段,相关研究报道并不多,尤其是7Be示踪估算土壤侵蚀速率的定量模型的研究非常少,从而制约了7Be在土壤侵蚀研究中的实际应用。
本文的研究主要针对土壤侵蚀核素示踪方法研究领域中的放射性核素7Be,通过具体的实验来研究北京地区土壤中放射性核素7Be含量的连续性动态变化规律及土壤剖面中7Be含量的垂直变化特征,进一步分析影响这些变化的主导因子;通过人工降雨实验研究分析人工坡面小区在人工降雨过程中7Be的损失量与实测侵蚀量的关系,为建立适用于预报次降雨的7Be示踪估算坡面土壤侵蚀速率的定量模型提供依据,为以后7Be在土壤侵蚀研究中的实际应用提供理论依据。主要得到以下结果:
1.北京地区土壤中放射性核素7Be的含量具有比较明显的季节性变化趋势,在降雨季节土壤内的7Be含量高,在非降雨季节土壤内7Be含量低。在降雨季节7Be的沉降量与降雨量之间具有线性关系:7Be沉降量(Bq/m2)=0.5949x降雨量(mm)+9.0066(R2=0.6862),15天内平均的干沉降量为3.65Bg/m2。根据7Be的沉降量与降雨量间的线性关系,干沉降量以及7Be的衰变特性,对北京地区土壤中放射性核素7Be含量进行定量描述,其计算结果比较接近实测值。
2.土壤剖面中放射性核素7Be主要集中分布于土壤表层0-10mm。放射性核素7Be在三种土壤剖面中的垂直分布均呈指数递减的趋势。在黄土剖面中随深度的增加放射性核素7Be含量减少趋势明显大于黑土和紫色土,黑土剖面7Be入渗较深主要受容重和孔隙度的影响。
3.在人工降雨过程中时段产沙量随降雨历时的变化与时段内放射性核素7Be损失量随降雨历时变化一致。径流泥沙中放射性核素7Be含量随侵蚀土壤深度的变化充分反映了7Be在土壤剖面随深度的垂直变化特征。其拟合曲线方程y=86.714exp(-0.4.18x),R2=0.948和以前研究7Be在土壤剖面中的垂直分布的拟合曲线方程y=79.593exp(-0.465x),R2=0.994很相似。
4.土壤7Be损失面积活度与单位面积侵蚀泥沙量间具有一定的关系,拟合得到指数的关系式为:y=0.341exp(0.018x),R2=0.997。
5.侵蚀性降雨前后表层0-2cm土壤的7Be含量之差和侵蚀性降雨过程中土壤中7Be的损失量差别不大。在实际应用7Be示踪土壤侵蚀的研究中,是可以用采集降雨前后表层0-2cm土壤样品测其7Be损失量来代表侵蚀掉的7Be含量的。