全 文 ：第 25卷第 6期
2005年 6月
生 态 学 报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.25,No.6
Jun.,2005
137Cs示踪技术研究坡耕地黑土侵蚀和沉积特征
方华军1,2,杨学明3,张晓平1,梁爱珍1
(1.中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春 130012;2.中国科学院研究生院,北京 100039;
3.Greenhouse&ProcessingCropsResearchCentre,Agriculture&Agri-FoodCanada,Harrow,Ontario,CanadaN0R1G0)
基金项目:中国科学院国外杰出人才支持资助项目(K09Z3);国家自然科学基金资助项目(40271108,40471125)
收稿日期:2004-02-06;修订日期:2004-08-11
作者简介:方华军(1978～),男,安徽巢湖人,博士生,主要从事土壤有机碳和土壤侵蚀研究。E-mail:huajunfang@yahoo.com
Foundationitem:ProjectforsupportingoutstandingtalentsabroadofCAS(No.K09Z3)andNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.
40271108,40471125)
Receiveddate:2004-02-06;Accepteddate:2004-08-11
Biography:FANGHua-Jun,Ph.D.candidate,mainlyengagedinsoilerosionandsoilorganiccarbon.E-mail:huajunfang@yahoo.com
摘要:准确地测定研究区137Cs背景值,建立137Cs流失量与土壤再分布速率之间的定量模型是137Cs示踪技术的关键。通过野外
选择参照样地和利用热核爆炸源137Cs背景值模型来确定研究区137Cs的背景值,在此基础上用体现耕作迁移的质量平衡模型估
算黑土坡耕地不同地貌部位的土壤再分布速率,并对主要参数进行敏感性分析。结果表明:(1)研究区实测的137Cs背景值为
2376.81±108.46Bq/m2,模型预测值为 2318.4Bq/m2,模型预测远离西北核试验基地的地区较为准确。(2)研究区中坡位(坡肩
和坡背)137Cs含量最低,侵蚀最为强烈,平均侵蚀速率为 33.56t/(hm2·a)和 21.67t/(hm2·a);坡麓和坡足则明显表现沉积,平
均沉积速率为-4.93t/(hm2·a)和-24.61t/(hm2·a)。(3)模型预测的侵蚀速率与耕层质量深度(d)、张驰深度(H)正相关,而
与137Cs年沉降易被迁移的比例(γ)和颗粒校正因子(P)反相关。并且,模型对参数 d、p的敏感性分别高于参数 H和 γ。
关键词:土壤再分布;137Cs背景值模型;质量平衡模型;模型参数;黑土
文章编号:1000-0933(2005)06-1376-07 中图分类号:P333.4,S157.1 文献标识码:A
Studyonsoilerosionanddepositionofblacksoilsonaslopingcultivatedland
using137Cstracermethod
FANGHua-Jun1,2,YANGXue-Ming3,ZHANGXiao-Ping1,LIANGAi-Zhen1 (1.NortheastInstituteofGeography
andAgriculturalEcology,CAS,Changchun130012,China;2.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100039,China;3.
Greenhouse&ProcessingCropsResearchCentre,Agriculture&Agri-FoodCanada,Harrow,Ontario,CanadaN0R1G0).ActaEcologicaSinica,
2005,25(6):1376～1382.
Abstract:Measuringthe137Csreferenceinventoryinstudyareaaccuratelyandestablishingquantitativemodelsforconverting
137Csmeasurementstoestimatesofsoilredistributionratesaretwokeyquestions.Thespatialvariationoferosionand
depositionofBlackSoilsonaslopingcroplandinNortheastChinawasstudiedusing137Cstracertechnique.Infiled,three
transectsperpendiculartothecontourweresetandfiveslopeunitsforeachtransectwerelocated,includingasummit,
shoulder-slope,back-slope,foot-slopeandtoe-slope,respectively.Fieldmeasurementsandmodelsimulatingwereusedto
estimateBomb-derived137Csreferenceinventoryinstudyarea.Theratesofsoilerosionanddepositionwereestimatedusingthe
massbalancemodelincorporatingsoilmovementbytilage.Inordertocomparethesensitiveofparameters,wediscussedthe
relationshipsbetweenpercentagelossin137Csinventoryanderosionratebythemassbalancemodelfordifferentvaluesof
variousparameters.Theresultsshowedthat:(1)thesurveyingvalue(2376.81±108.46Bq/m2)wasveryclosetothe
predictedone(2318.4Bq/m2)bythemodelforestimatingbomb-derived137csreferenceinventories;Fortheareasfarawayfrom
nuclearprovinggroundoftheNorthwestChina,thepredictedconclusionsweremorereasonable.(2)The137Csinventoriesin
shoulder-slopeandback-slopewerethelowestamongfivegeomorphicpositionsandsoilsuffererosionseriouslywiththerateof
erosionof33.56t/(hm2·a)and21.67t/(hm2·a);Foot-slopeandtoe-slopebehavedsoildepositionobviouslyandtherateof
depositionwere-4.93t/(hm2·a)and-24.61t/(hm2·a),respectively.(3)
===================================================================
Themodelpredictederosionrateswere
positivelyrelatedtoboththeplow depthdandrelaxationdepthH,butinverselyrelatedtobothγandtheparticlesize
correctionfactorP.moreover,themodelwasmoresensitivetodandpthantoH andγ.
Keywords:soilredistribution;modelforestimatingbomb-derived137csreferenceinventories,massbalancemodel;parameters
ofmodel;blacksoils
东北黑土区地形多为间歇性抬升的漫岗台地,底土粘重,表土富含有机质,土质疏松,抗蚀性低;同时该区降水集中,加上人
为不合理耕种,导致黑土遭受严重的水土流失。根据 1986年东北黑土区土壤侵蚀遥感资料,东北黑土区水土流失面积达 4.47
万 km2,占黑土区面积的 37.9%,比建国初期统计的侵蚀面积增加 82%[1]。黑土区的水土流失主要集中在坡耕地,坡耕地黑土
层以 0.1～0.5cm/a递减,预计不同开垦年限的黑土将在 40～100a内将完全消失[1,2]。虽然东北黑土侵蚀非常严重,但是长期以
来黑土侵蚀没有得到应有的重视,其中一个重要的原因就是缺乏适宜的研究方法。核素示踪技术弥补了其它常规方法的不足,
用于研究土壤侵蚀和沉积速率是目前土壤学及生态学前沿领域之一[3,4]。目前,黑土区土壤侵蚀(水蚀和风蚀)的研究基本上局
限于小区监测[5]或土壤侵蚀模型[6]等方法,核素示踪技术在黑土侵蚀研究中是极为少见的。137Cs作为大气核试验所产生的人
工放射性核素,以其独特的理化性质而成为研究土壤侵蚀和泥沙沉积的一种良好的示踪源。准确地测定研究区137Cs背景值,建
立137Cs流失量与土壤再分布速率之间的定量模型是137Cs示踪技术迫切需要解决的两个关键性问题。本研究通过野外采样和利
用热核爆炸源137Cs背景值模型来估计研究区的137Cs背景值,并与全国部分地区背景值进行比较;利用体现耕作迁移的质量平
衡模型估算研究区不同地貌部位土壤侵蚀和沉积速率,同时进行模型参数的敏感性分析。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于吉林省德惠市松花江镇西南 5km的沫石河小流域(N:44º43.0,E:125º51.6)。属于中温带半湿润气候,年均温
4.4℃,年均降水 533.7mm,降水主要集中在 6、7、8三个月。采样区位于小流域的北坡,坡长 253m,相对高差 9.07～9.33m,地
形为黑土区典型的漫岗台地,包括各种地貌类型:坡顶,坡肩,坡背,坡麓和坡足。坡顶坡度平缓,平均坡度为 2.6º;坡肩坡度最
大,平均为 3.5º;坡背平均为 2.2º;坡麓和坡足部位坡度最小,平均为 1.1º。采样区为农田,玉米连作一直是该区的主要种植方
式,顺向打垄和耕翻作业是该区常用的土壤管理方式。采样区土壤属于典型黑土亚类中的中层黑土。
图 1 研究区位置及采样点分布图
Fig.1 ThelocationofStudyareaanddistributionofsampling
points
1.2 土壤采样及分析方法
利用地球同步技术卫星自动聚焦水准仪(GTS601AF)进行
采样区高程和坡度的测量,用 SUFER软件绘制等高线和采样点
布设图(如图 1)。土壤样品采集于 2002年 10月,沿着北坡分别
设计 3个地形断面(transect)。每个断面相距 25m,在每个断面上
选择 5个典型地貌类型分别代表坡顶(4)、坡肩(3)、坡背(2)、坡
麓(1)和坡足(0)。各地貌部位分别距离坡脊 28m,43m,118m,
213m和 253m。在每个地貌部位挖一个长为 100cm宽为 45cm的
土壤剖面。0～50cm深度以 5cm间隔采样,50～100cm深度以
10cm间隔采样。
土壤137Cs活度采用美国 ORTEC公司生产的 HPGe探测器
(GEM-40190型)γ能谱仪进行测定。该谱仪的主要指标是:半高
宽 1.33MeV;相对探测效率为 40%;峰康比 62:1;137Cs含量用 661.6keV (射线的全峰面积计算,每个样品测量时间为
30000s;比活度采用与标准源相对比较法求得,本次测量137Cs的探测下限 LLD≈0.71Bq/kg,标准误差计算采用 95%置信度。
1.3 137Cs背景值估算模型
Waling和 He[7]假定137Cs通过干湿沉降到达地表,根据全球范围热核爆炸源137Cs总累积沉积量和全球降水分布数据来估
计某个研究区域的137Cs背景值。
在经度为φ,纬度为 θ,降水量为 P(mm)的区域,其137Cs总量 A(φ,θ)可表示为:
A(φ,θ)= fh,z(φz)Ah,b(θb)[β+ γ(P/P)δ]/α(φz,θb) (1)
式中,fh,z(φz)为 16个经度带137Cs的相对沉降量,h=1,2,分别代表北半球和南半球,z=1,2,…,8,φz代表经度带位置。Ah,b(θb)
为每个纬度带137Cs总量的平均值(Bq/m2),b=1,2,…,9,θb代表纬度带位置。P=1mm;β,γ和 δ为常量,与90Sr沉降模型取相
似值。常量 α(φz,θb)可由下列公式计算得出:
77316期 方华军 等:137Cs示踪技术研究坡耕地黑土侵蚀和沉积特征
α(φz,θb)= 1S∘
φz,θb
dS[β+ γ(P/P)δ]= β+ γS∘dS(P/P)δ= β+ γ(P/P)δ (2)
式中,S为区域的面积(m2),(P/P)δ为区域(P/P)δ的平均值。
Waling和 He[8]利用世界各地数据校正上述提及的模型,建立一个更为准确的热核爆炸源137Cs背景值模型:
A(φ,θ)= 1.10fh,z(φz)Ah,b(θb)[β+ γ(P/P)δ]/α(φz,θb) (3)
常量 β,γ和 δ相应地取值 0.15,0.051和 0.45。根据某个研究区降水量数据,由公式(3)可计算出该区137Cs的背景值。
1.4 体现耕作迁移的质量平衡模型(MBM3)
利用137Cs活度和背景值之间的差异来估算研究区土壤再分布速率的模型很多,其中 MBM3模型综合考虑了137Cs在地表
的富集作用,颗粒的选择性迁移,137Cs沉降及衰变,以及耕作迁移的影响,考虑因素较多,估算结果相对比较合理[7]。此模型考
虑耕作活动引起的土壤再分配作用的影响,作了一个重要假设:将土坡划分为若干个坡段,每个坡段可近似地看成一条直线,把
耕作活动导致的土壤损失视为耕作造成的第 i-1个坡段(从坡顶计)向第 i个坡段迁移的土壤量。对于发生侵蚀损失的土壤而
言,137Cs总量 A(t)(Bq/m2)随时间变化可表示为:
dA(t)
dt = (1- Г)I(t)+ Rt,mCt,in(t)- Rt,outCt,out(t)- RwCw,out(t)- λA(t) (4)
式中,Ct,in,Ct,out和 Cw,out分别是耕作输入、输出和水蚀输出土壤的137Cs活度(Bq/kg);Rt,in、Rt,out和 Rw,out分别是耕作输入、输出和
水蚀输出的土壤量(kg/(m2·a))。净侵蚀速率 R(kg/(m2·a)可表示为:
R= Rt,out- Rt,in+ Rw (5)
对于发生沉积的土壤而言,137Cs总量 A(t)(Bq/m2)随时间变化可表示为:
dA(t)
dt = I(t)+ Rt,inCt,in(t)- Rt,outCt,out(t)+ RwCw,in(t)- λA(t) (6)
式中,Cw,in(Bq/kg)沉积泥沙中137Cs含量。净侵蚀速率 R可表示为:
R= Rt,out- Rt,in- Rw (7)
Rt,out,i= φsinβi/Li (8)
Rt,in,j= φsinβi/Li (9)
式中,Φ是与耕作活动有关的常数,由实验测得;βi和 βi-1分别为第 i和第 i-1个斜坡段角度;Li为第 i个斜坡段坡长(m);
R、Rt,out,i、Rt,in,i和Rw分别为土壤的净侵蚀损失率、从第i个斜坡段输出到下一个(即第i+1个)斜坡段的土壤量、从第i-1个
斜坡段输入第 i个斜坡段的土壤量和土壤水力侵蚀速率(kg/(m2·a));H为137Cs沉降在整个土壤剖面的初始分布深度范围内
的土壤的重量(kg/m2)。
对于确定研究点,测定出 βi,βi-1,Li和 p,估算参数 H,d和 γ,输入背景值及采样时间后,利用英国 Exeter大学 Waling
教授提供的软件计算出耕作再分布速率、水蚀速率和净土壤再分布速率。
2 结果与讨论
2.1 137Cs背景值
137Cs背景值是指特定地区保存下来的137Cs沉降总量,即未受扰动、非积非蚀条件下的137Cs沉积总量。准确估计热核爆炸
源137Cs的背景值是利用137Cs散落值测定土壤侵蚀和沉积速率的关键。根据有关土壤侵蚀的野外监测或模拟结果,坡顶部位土
壤侵蚀轻微,土壤137Cs损失较少,可以将坡顶部作为未受侵蚀的标准剖面[9]。3个断面的坡顶部位137Cs的面积浓度分别为
2147.1Bq/m2,1770.6Bq/m2和 1398.9Bq/m2。坡顶部位 3个点137Cs浓度差异很大,这是由于断面 1和断面 2坡顶侵蚀显著高
于断面 3,耕层土壤有机碳含量可体现出这一趋势(断面 1,2,3的土壤有机碳含量依次为 1.3%,1.48%,1.52%[10]),而研究资
料表明黑土未开垦前的有机碳含量在 1.73%左右[11]。由于东北黑土区是我国重要的粮食生产基地,200多年前就有开垦利用,
至今未开垦的荒地极为少见。为此在采样区附近 5km范围内选择平坦的坡顶、老坟地和防风林地(>25a)作为研究区的参照样
地(N=8),其137Cs活度介于 1728.68～2463.64Bq/m2之间,考虑到研究区 137Cs本底值应该高于 2147.1Bq/m2,取剩余 5个点
的137Cs活度平均值 2376.81Bq/m2为研究区137Cs本底值(表 1)。以上估计是通过野外寻找未扰动样地测定其137Cs含量来获得。
但是,对于一个很难找到适宜参照点的区域,一个近似的本底值估计是非常有用的。为了验证热核爆炸源137Cs本底值模型的正
确性,根据全国部分水土流失区的研究结果,将模型预测值和实测值进行对比。由表 2可知,太湖流域、雅鲁藏布江中游地区以
及青藏高原南部地区模型的模拟值和实测值较为接近,而青海共和盆地、陕北黄土高原、青藏高原中北部地区的模拟值和预测
值有较大差距,可能的原因是这 3个区域靠近中国西北核试验基地,受137Cs干沉降影响强烈。离核试验基地越远,模型预测的
结果越接近实测值。另外,由于137Cs本底模型未考虑前苏联切尔诺贝利核泄漏事故,其计算值可能低于实际值,这在表 2中也
8731 生 态 学 报 25卷
有所体现。根据研究区多年平均降水资料,利用热核爆炸源137Cs本底值模型预测的研究区137Cs本底值为 2318.4Bq/m2,预测值
与实测值比较接近。虽然太湖流域降水量大于东北黑土区,但黑土区的模拟值和实测值均大于太湖流域(2148Bq/m2和
2200Bq/m2)。在北纬 50º以内,137Cs沉降量随纬度的增加而增加,137Cs沉降量虽然和降雨有关,但是两者的相关性不是常数,而
是随时间和空间的变化而变化。黑土区远离西北核试验基地,模型预测的结果有一定参考意义,因此将研究区137Cs本底值定为
2376.81Bq/m2是比较合理的。
表 1 研究区137Cs背景值
Table1 The137Csreferenceinventoryofourstudyarea
土壤深度(cm)
Soildepth
137Cs面积活度 137Csareaactivities(Bq/m2)
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
0～5 532.28 424.8 396 442.08 478.92 381.42 545.03 380.25
5～10 499.35 501.12 433.44 507.68 459.81 430.56 615.23 422.18
10～15 456.8 473.76 433.44 496.8 460.98 378.3 519.68 391.95
15～20 407.55 501.12 393.92 430.56 423.43 377.92 179.93 440.7
20～25 399.75 400.32 231.84 311.04 393.9 417.7 0 327.6
25～30 97.5 109.44 0 216 162.31 215.8 0 0
30～35 0 0 0 95.04 0 0 0 0
表 2 全国部分地区137Cs背景值的实测值和预测值对比[12～18]
Table2 Comparisonbetweensurveyingvalueandpredictedoneof137Csreferenceinventoryinsomeareas[12～18]
研究区域
Studyarea
地理位置
Geographicalposition
年平均降水量(mm)
Annualprecipitation
取样年份
Year
实测值(Bq/m2)
Surveyingvalue
预测值(Bq/m2)
Predictedvalue
太湖流域上游(浙江安吉县西苕
溪)
N 30º23～30º52
E 119º14～119º53
1200 2002 2148±120.7 2006.53
太湖流域(江苏省宜兴市湖滏
镇)
N 31º07～31º37
E 119º31～120º03
1385.8 2001 2200 1953.33
雅鲁藏布江中游地区 N 28º20～31º20
E 87º00～92º35
300～600 1999 830.6～1114.0 566.57～1650.72
青海共和盆地贵南牧场 N 35º44～35º45
E 100º58～101º
370 2000 2319 1194.41
黄土高原安塞纸坊沟麦地沟小
流域
N 36º51
E 109º19
541.2 1998 2266 1473.89
陕北延安市南燕沟流域 N 36º20～36º32
E 109º20～109º35
536.9 2001 2250 1394.36
青藏高原南部地区 N 28º33～29º19
E 87º31～89º17
319～422.3 1998 982.11 922.75
青藏高原中北部地区 N 34º54～36º25
E 92º47～94º55
38.8～264.8 1998 2376.04 871.66
2.2 137Cs面积活度分布与土壤侵蚀速率的计算
由图 2可以看出,137Cs空间分布主要受地形垂直分异因素控制,大致从西北向东南先减小后逐渐增大,中坡位(坡肩和坡
背)含量最低,分别为 1052.7±381.67Bq/m2和 1347.16±299.56Bq/m2;坡顶次之,平均为 1772.2±374.1Bq/m2;坡麓和坡足
含量最高,分别为 2568±583.52Bq/m2和 3451.2±2226.21Bq/m2。另外,3个断面坡足部位137Cs含量的标准差较大,主要由于
微地形变化影响137Cs的空间分异。坡足位于集水盆地的出水口,3个断面坡足采样点相对高程差异最大,断面 3的坡足137Cs含
量低于背景值,表现为侵蚀状态,而断面 1和断面 2高于背景值,土壤则表现为明显的沉积。
根据 MBM3模型计算各地貌部位土壤再分布速率(表 3)。整个研究区土壤再分布速率介于-79.78～52.56t/(hm2·a)之
间。坡顶侵蚀微弱,平均侵蚀速率为 12.11t/(hm2·a);坡肩侵蚀最严重,平均侵蚀率为 33.56t/(hm2·a);坡背次之,平均为
21.67t/(hm2·a);坡麓和坡足表现出明显的沉积,平均沉积速率为-4.93t/(hm2·a)和-24.61t/(hm2·a)。由于研究区地形
坡度较小(1.1º～3.5º),耕作侵蚀所占比例较小。黑土区低缓的漫岗地不同于黄土高原坡度较大的丘陵地形,那里耕作侵蚀往
往占有很大的比例[19]。按照吉林黑土的土壤侵蚀分类分级标准[11],将研究区土壤侵蚀程度划分为沉积(<0t/(hm2·a))、轻度
(0～15t/(hm2·a))、中度(15～50t/(hm2·a))、强度(>50t/(hm2·a))4个侵蚀强度级别。由图 3可知,全区大部分处于中度侵
蚀、轻度侵蚀及无侵蚀状态,分别占全区面积的 46.39%和 37.27%,土壤沉积面积占全区面积的 15.62%,强度侵蚀仅占全区总
面积的 0.7%。
97316期 方华军 等:137Cs示踪技术研究坡耕地黑土侵蚀和沉积特征
图 2 研究区137Cs含量分布
Fig.2 Thedistributionof137Csinventoryinthestudyarea
图 3 研究区土壤再分布速率分级
Fig.3 Classificationofsoilredistributionrateinthestudyarea
表 3 模型输入以及土壤再分布速率的计算
Table3 Inputofdataandcalculationofsoilredistributionratebythemodel
坡位
Slopepositions
137Cs含量(Bq/m2)
137Csinventory
输入坡度(º)
Inputslopeangle
输出坡度(º)
Outputslopeangle
块段长度(m)
Length
土壤再分布速率(t/(hm2·a))*
Soilredistributionrate
Rt Rw Netrate
T3-4 2147.1 -0.09 3.69 31.6 1.48 0.00 6.24
T3-3 646.2 3.69 3.07 47.5 -0.03 52.59 52.56
T3-2 1110.3 3.07 1.83 104.5 -0.02 28.68 28.66
T3-1 2361 1.83 2.35 65.9 0.02 0.22 0.24
T3-0 1936.2 2.35 0.84 29.1 -0.11 7.35 7.25
T2-4 1770.6 2.52 3.53 32.3 0.06 10.51 10.57
T2-3 1403.4 3.53 3.65 47.4 0.00 19.34 19.35
T2-2 1247.28 3.65 1.59 104.9 -0.04 24.00 23.96
T2-1 2116.2 1.59 1.87 64.1 0.01 4.07 4.08
T2-0 2410.2 1.87 2.13 27.5 0.02 -1.33 -1.31
T1-4 1398.9 2.28 3.42 33.4 0.07 19.45 19.52
T1-3 1108.5 3.42 3.23 47.9 -0.01 28.77 28.76
T1-2 1683.9 3.23 2.08 105.4 -0.02 12.40 12.38
T1-1 3226.8 2.08 0.99 62.8 -0.04 -19.08 -19.12
T1-0 6007.2 0.99 0.10 27.6 0.00 -79.78 -79.78
*Rt为耕作侵蚀速率 Rtistilageerosionrate;Rw为水蚀速率Rwiswatererosionrate;Netrate为净侵蚀速率Netrateisneterosionrate;
正值代表侵蚀,负值代表沉积 positivemeanserosionandnegativemeansdeposition
2.3 参数敏感性分析
因为137Cs沉降通量 I(t)由热核试验的历史决定,137Cs含量与模型预测的土壤再分布速率之间的关系只受到参数 γ、H、d
和 p的影响。参数 γ是指耕作活动之前耕作土壤上的137Cs年沉降量易受侵蚀的比例,γ值取决于本地降水分配和耕作时间。如
果高强度降水事件在耕作之前不久发生,短时间内产生的地表径流迁移已富集在土壤表面的137Cs,此时,γ值近似等于 1.0
(γmax)。如果降水的现象在137Cs混入耕层之后立即发生,降水发生前累积在土壤表面的137Cs混入耕层,仅在此次降水中沉降的
137Cs易被迁移,此时,γ值等于产生地表径流的降水量与年总降水量之比。一般 γ值介于 γmin到 1.0之间,如果每年多于一次耕
作活动,γ值的估计需要考虑每次耕作时的降水模式。参数 H表示137Cs沉降在整个土壤剖面初始分布的质量深度(kg/m2),对
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图 4 不同参数取值下模型计算土壤侵蚀速率与137Cs损失量之间
的关系
Fig.4 Relationsbetweenpercentagelossof137Csandpredicted
erosionratebyMBM3fordifferentvaluesofthevariousparameters
于 特定地段的土壤需要一个试验来测定 H值。根据 He等人[20]
研究,认为 H值等于 4.0kg/m2,本研究也采用此值进行计算。d
为耕作层土壤重量(kg/m2),根据137Cs是剖面分布格局,耕层厚
度一般不超过 20cm,研究区耕层土壤容重在 0.95～1.35g/cm3
之间,根据 Waling等[7]介绍的方法,研究区耕作层土壤重量 d
值介于 190～270kg/m2之间。P为颗粒校正因子,即沉积土壤与
侵蚀迁移土壤的137Cs活度之比,由于137Cs易吸附在颗粒粒径较
小、易迁移的土壤颗粒表面,侵蚀地段一般大于 1.0,而沉积地段
小于 1.0。
图 4表明不同的参数取值对模型的预测结果有不同的敏感
性。模型预测的侵蚀速率与耕层质量深度 d、张驰深度 H 正相
关,而与参数 γ和 P反相关。并且,参数 d的变化比参数 H的变
化对模型预测的结果更为敏感。当137Cs损失率为 30%时,参数d
增加 42%,侵蚀速率将增加 33.58%;而 H 增加 1倍,土壤侵蚀
速率仅增加 8.28%。模型对参数 γ和 p也比较敏感,其中参数 p
的敏感性比参数 γ稍强。参数 γ增加 1倍,侵蚀速率将降低 15.86%,当 p增加 20%时,侵蚀速率降低 16.63%。综上,准确估计
这些参数,尤其是参数 d和 p,对获取可靠的侵蚀速率是至关重要的。
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