全 文 ：摇 核 农 学 报摇 圆园员圆袁圆远渊源冤院园远怨圆 耀 园远怨愿允燥怎则灶葬造 燥枣 晕怎糟造藻葬则 粤早则蚤糟怎造贼怎则葬造 杂糟蚤藻灶糟藻泽
收稿日期院圆园员员鄄员圆鄄猿园摇 接受日期院圆园员员鄄园源鄄圆猿
基金项目院国家自然科学基金渊源员员园圆圆圆源袁 源园怨苑员员远怨袁 源员员园员圆缘怨冤袁国家重点基础研究野怨苑猿冶渊圆园园远悦月源园猿圆园猿冤
作者简介院张云奇渊员怨苑远鄄冤袁男袁山东临沂人袁博士袁主要从事土壤侵蚀与水土保持研究遥 栽藻造院 园圆愿鄄愿苑员源源苑怨员曰耘鄄皂葬蚤造院 赠怎灶择蚤苑远愿岳 员远猿援 糟燥皂
通讯作者院于兴修渊员怨远苑鄄冤袁男袁山东莒县人袁博士袁教授袁主要从事水土保持研究遥 栽藻造院 园缘猿怨鄄愿苑远远猿园苑曰耘鄄皂葬蚤造院 曾曾赠圆园园园岳 员圆远援 糟燥皂
文章编号院员园园园鄄愿缘缘员渊圆园员圆冤园源鄄园远怨圆鄄园苑
农耕地土壤员猿苑 悦泽与圆员园 孕遭藻曾深度分布过程对比研究
张云奇员袁圆 摇 张信宝猿 摇 龙摇 翼猿 摇 贺秀斌猿 摇 于兴修圆
渊员援 四川农业大学袁四川 都江堰摇 远员员愿猿园曰圆援 临沂大学资源环境学院 辕山东省水土保持与环境保育重点实验室袁 山东 临沂摇 圆苑远园园园曰
猿援 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所袁四川 成都摇 远员园园源员冤
摘摇 要院探讨了员猿苑悦泽与圆员园孕遭藻曾在农耕地土壤深度分布过程的差异遥 基于员猿苑 悦泽 与圆员园 孕遭藻曾的不同沉降过程袁
考虑到核素由犁耕层向犁底层的扩散袁对农耕地土壤员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾的深度分布过程进行了理论推导袁并
以杨凌符家庄麦田剖面的实测数据予以验证袁同时讨论了实测符家庄麦田剖面员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾深度分布的
规律特征及其原因袁以此阐明了员猿苑 悦泽 与圆员园 孕遭藻曾在农耕地土壤深度分布过程的差异遥员猿苑 悦泽 源于大气核试
爆袁没有持续沉降补充袁犁耕层和犁底层土壤员猿苑 悦泽 深度分布一直处于随时间变化的非稳定态曰而圆员园 孕遭藻曾
是天然核素袁存在大气沉降的持续补充袁犁耕层和犁底层土壤圆员园 孕遭藻曾深度分布最终呈稳定态遥 农耕地土
壤员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾深度分布的实测值曲线与理论值曲线的差异袁尤其圆员园 孕遭藻曾袁可能与耕作深度的变化历史或
土地利用渊覆被冤变化有关遥
关键词院农耕地土壤曰 员猿苑悦泽曰 圆员园孕遭藻曾曰 深度分布过程
悦韵酝孕粤砸陨杂韵晕 韵云 栽匀耘 阅耘孕栽匀 阅陨杂栽砸陨月哉栽陨韵晕 孕砸韵悦耘杂杂耘杂 云韵砸 员猿苑悦泽 粤晕阅 圆员园孕遭藻曾
陨晕 悦哉蕴栽陨灾粤栽耘阅 杂韵陨蕴杂
在匀粤晕郧 再怎灶鄄择蚤员袁圆 摇 在匀粤晕郧 载蚤灶鄄遭葬燥猿 摇 蕴韵晕郧 再蚤猿 摇 匀耘 载蚤怎鄄遭蚤灶猿 摇 再哉 载蚤灶早鄄曾蚤怎圆
渊员郾 杂蚤糟澡怎葬灶 粤早则蚤糟怎造贼怎则藻 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁 阅怎躁蚤葬灶早赠葬灶袁 杂蚤糟澡怎葬灶 远员员愿猿园曰 圆郾 杂澡葬灶凿燥灶早 孕则燥增蚤灶糟蚤葬造 运藻赠 蕴葬遭燥则葬贼燥则赠 燥枣 宰葬贼藻则 葬灶凿 杂燥蚤造 悦燥灶泽藻则增葬贼蚤燥灶 驭 耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼
孕则燥贼藻糟贼蚤燥灶袁 悦燥造造藻早藻 燥枣 砸藻泽燥怎则糟藻 葬灶凿 耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼葬造 杂糟蚤藻灶糟藻袁 蕴蚤灶赠蚤 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁 蕴蚤灶赠蚤袁 杂澡葬灶凿燥灶早 圆苑远园园园曰 猿郾 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻 燥枣 酝燥怎灶贼葬蚤灶 匀葬扎葬则凿泽 葬灶凿
耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼袁 悦粤杂袁 悦澡藻灶早凿怎袁 杂蚤糟澡怎葬灶 远员园园源员冤
粤遭泽贼则葬糟贼院栽澡蚤泽 责葬责藻则 枣燥糟怎泽藻泽 燥灶 贼澡藻 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 责则燥糟藻泽泽藻泽 燥枣 员猿苑悦泽 葬灶凿 圆员园孕遭藻曾 凿藻责贼澡 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 蚤灶 糟怎造贼蚤增葬贼藻凿 泽燥蚤造泽援 陨灶 增蚤藻憎燥枣 贼澡藻蚤则 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 枣葬造造燥怎贼 凿藻责燥泽蚤贼蚤燥灶 责则燥糟藻泽泽藻泽袁 糟燥灶泽蚤凿藻则蚤灶早 则葬凿蚤燥灶怎糟造蚤凿藻 憎蚤造造 凿蚤枣枣怎泽藻 枣则燥皂 贼澡藻 责造燥怎早澡 造葬赠藻则 贼燥 贼澡藻 责造燥怎早澡
责葬灶 造葬赠藻则 凿怎燥 贼燥 贼澡藻 糟燥灶糟藻灶贼则葬贼蚤燥灶 早则葬凿蚤藻灶贼 遭藻贼憎藻藻灶 贼澡藻 贼憎燥 造葬赠藻则泽袁 贼澡藻 员猿苑悦泽 葬灶凿 圆员园孕遭藻曾 凿藻责贼澡 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 责则燥糟藻泽泽藻泽
憎藻则藻 贼澡藻燥则藻贼蚤糟葬造造赠 凿藻则蚤增藻凿援 粤凿凿蚤贼蚤燥灶葬造造赠袁 贼澡藻 贼澡藻燥则藻贼蚤糟葬造 凿藻则蚤增葬贼蚤燥灶 憎葬泽 增藻则蚤枣蚤藻凿 遭赠 贼澡藻 皂藻葬泽怎则藻凿 员猿苑悦泽 葬灶凿 圆员园孕遭藻曾 增葬造怎藻泽
蚤灶 贼澡藻 泽燥蚤造 糟燥则藻 糟燥造造藻糟贼藻凿 枣则燥皂 憎澡藻葬贼 枣蚤藻造凿 蚤灶 云怎躁蚤葬扎澡怎葬灶早袁 杂澡葬灶曾蚤 孕则燥增蚤灶糟藻袁 悦澡蚤灶葬袁 葬灶凿 贼澡藻 员猿苑悦泽 葬灶凿 圆员园孕遭藻曾
糟燥灶糟藻灶贼则葬贼蚤燥灶泽 增葬则蚤葬贼蚤燥灶 憎蚤贼澡 凿藻责贼澡 蚤灶 泽燥蚤造泽 燥枣 贼澡藻 憎澡藻葬贼 枣蚤藻造凿 憎葬泽 藻曾责造葬蚤灶藻凿 则葬贼蚤燥灶葬造造赠援 栽澡藻 员猿苑悦泽 凿藻责贼澡 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 泽贼葬贼藻
蚤灶 糟怎造贼蚤增葬贼藻凿 泽燥蚤造泽 憎蚤造造 糟燥灶泽蚤泽贼藻灶贼造赠 增葬则赠 憎蚤贼澡 贼蚤皂藻 凿怎藻 贼燥 员猿苑悦泽 糟燥灶贼蚤灶怎葬造 凿藻糟葬赠 葬灶凿 凿蚤枣枣怎泽蚤燥灶 葬泽 葬灶 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 则葬凿蚤燥灶怎糟造蚤凿藻
憎蚤贼澡燥怎贼 泽怎泽贼葬蚤灶葬遭造藻 枣葬造造燥怎贼 蚤灶责怎贼 泽蚤灶糟藻 员怨远园泽援 陨灶 糟燥灶贼则葬泽贼袁 贼澡藻 圆员园孕遭藻曾 凿藻责贼澡 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 蚤灶 糟怎造贼蚤增葬贼藻凿 泽燥蚤造泽 憎蚤造造 葬糟澡蚤藻增藻
泽贼藻葬凿赠 泽贼葬贼藻 遭藻糟葬怎泽藻 燥枣 泽怎泽贼葬蚤灶葬遭造藻 凿藻责燥泽蚤贼蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 灶葬贼怎则葬造造赠 燥糟糟怎则则蚤灶早 圆员园孕遭藻曾 枣葬造造燥怎贼袁 葬灶凿 蚤贼 糟葬灶 遭藻 糟燥灶糟造怎凿藻凿 贼澡葬贼 贼澡藻
凿蚤枣枣藻则藻灶糟藻泽 遭藻贼憎藻藻灶 贼澡藻 贼澡藻燥则藻贼蚤糟葬造 葬灶凿 贼澡藻 皂藻葬泽怎则藻凿 增葬造怎藻泽袁 藻泽责藻糟蚤葬造造赠 枣燥则 圆员园孕遭藻曾袁 皂蚤早澡贼 遭藻 葬泽泽燥糟蚤葬贼藻凿 憎蚤贼澡 贼澡藻 澡蚤泽贼燥则赠燥枣 责造燥怎早澡 凿藻责贼澡 增葬则蚤葬贼蚤燥灶 燥则 蕴哉悦悦援
运藻赠 憎燥则凿泽院糟怎造贼蚤增葬贼藻凿 泽燥蚤造曰 员猿苑悦泽曰 圆员园孕遭藻曾曰 凿藻责贼澡 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 责则燥糟藻泽泽
圆怨远
摇 源 期 农耕地土壤员猿苑悦泽与圆员园 孕遭藻曾深度分布过程对比研究
摇 摇 员猿苑悦泽和圆员园孕遭藻曾广泛应用于世界各地土壤侵蚀的测
定和湖泊尧水库和洪泛平原沉积泥沙的断代咱员 耀 员园暂 遥
员猿苑悦泽是 圆园 世纪 缘园 耀 苑园 年代大气层核试验产生的人工
同位素袁半衰期 猿园郾 员苑 年袁圆员园孕遭是圆猿愿哉衰变系列的一种
自然同位素袁半衰期 圆圆郾 远 年袁土壤中源于大气沉降的
圆员园孕遭被称为野非载体来源冶的圆员园孕遭渊圆员园孕遭藻曾冤遥 二者沉降
到地面后袁均被表层土壤颗粒吸附袁基本不被植物摄取
和淋溶流失袁主要伴随土壤尧泥沙颗粒的物理运动而迁
移咱员员暂 遥 它们的主要区别在于袁员猿苑悦泽沉降集中发生在上
世纪 远园 年代袁随着大气核试验的禁止袁此后很少再有
沉降袁土壤员猿苑悦泽含量随着衰变而降低曰而土壤中圆员园 孕遭藻曾
则不断得到沉降补充袁假定区域年降雨量无明显变化袁
摇 摇 摇
无侵蚀土壤的圆员园孕遭藻曾含量将保持不变咱员圆暂 遥
员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾呈一定规律分布于不同深度的土壤
中遥 未扰动土壤员猿苑 悦泽 和圆员园 孕遭藻曾深度分布非常相似袁总
的来说土壤剖面上部的核素浓度最高袁向下呈指数衰
减咱员猿暂 袁剖面曲线形状总体相近袁且赋存深度均为 员愿糟皂
左右渊图 员冤遥 农耕地犁耕层深度一般大于未扰动土
壤员猿苑悦泽尧圆员园 孕遭藻曾的赋存深度袁由于犁耕混合作用袁农耕
地土壤中的员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾均匀分布于犁耕深度内咱员源暂 遥
同时可以看到袁紧邻犁耕层数厘米深的犁底层土壤中
依然存在少量的员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾袁剖面形状似一条小野尾
巴冶袁犁耕层 辕犁底层界面渊以下简称野界面冶冤处土壤的
核素浓度最高袁向下随深度的增加呈指数降低渊图 圆冤遥
图 员摇 英国 杂贼葬则贼流域草地员猿苑悦泽和圆员园 孕遭藻曾深度分布咱员源暂
云蚤早援 员摇 阅藻责贼澡 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 燥枣 员猿苑悦泽袁 圆员园孕遭藻曾 枣燥则 早则葬泽泽造葬灶凿 蚤灶 砸蚤增藻则 杂贼葬则贼袁 哉运援
图 圆摇 英国 杂贼葬则贼流域农耕地员猿苑悦泽和圆员园 孕遭藻曾深度分布咱员源暂
云蚤早援 圆摇 阅藻责贼澡 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 燥枣 员猿苑悦泽袁 圆员园孕遭藻曾 枣燥则 糟怎造贼蚤增葬贼藻凿 泽燥蚤造泽 蚤灶 砸蚤增藻则 杂贼葬则贼袁 哉运援
摇 摇 前人研究并未重视犁底层土壤含有的少量
员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾袁认为农耕地员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾只均匀分布于犁
耕层深度内咱员缘 耀 员苑暂 袁这一观点不能解释野小尾巴冶的存
在遥 如 宰葬造造蚤灶早 等咱员源 耀 员苑暂基于员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾示踪法建立
的农耕地土壤侵蚀量计算模型袁不论是比例模型还是
质量平衡模型袁均假定员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾只均匀分布于犁耕
猿怨远
核摇 农摇 学摇 报 圆远 卷
层土壤遥 诚然袁初始犁耕时袁由于犁耕混合作用袁可以
认为全部员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾只在犁耕层均匀分布袁但这种分
布状态并不稳定袁由于员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾在犁耕层和犁底层
土壤之间存在浓度梯度袁均匀分布于犁耕层深度内
的员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾会逐渐向犁底层扩散遥 笔者基于物质
扩散原理袁曾建立了无侵蚀土壤垦殖后圆员园 孕遭藻曾深度分
布变化的理论模型袁阐明了犁底层土壤剖面圆员园 孕遭藻曾 野小
尾巴冶的形成过程咱员愿暂 遥 犁耕伊始袁圆员园 孕遭藻曾在犁耕层均
匀混合袁犁耕层以下的犁底层基本不含圆员园 孕遭藻曾袁犁耕
后袁由于犁耕层圆员园孕遭藻曾向犁底层扩散袁犁底层土壤剖面
逐渐出现圆员园孕遭藻曾 野小尾巴冶遥员猿苑 悦泽野小尾巴冶的形成机理
与圆员园孕遭藻曾一致袁但过程不同遥圆员园 孕遭藻曾是自然同位素袁土
壤圆员园孕遭藻曾不断得到大气新沉降的补充袁因此犁耕层和
犁底层土壤圆员园孕遭藻曾会因沉降与扩散尧衰变之间的平衡袁
深度分布逐渐由初始犁耕时的非稳定态过渡到稳定
态袁过渡时间为 员园郾 猿苑 年咱员愿暂 遥 而员猿苑 悦泽 是人工同位素袁
大气核试验禁止后很少再有沉降袁随着年限增加袁土壤
员猿苑悦泽含量会因衰变而越来越少袁深度分布状态会因扩
散和衰变而持续变化袁即不存在深度分布的稳定态遥
目前基于员猿苑 悦泽 与圆员园 孕遭藻曾的不同沉降过程袁考虑到核素
由犁耕层向犁底层的扩散袁针对此 圆 种核素在农耕地
土壤深度分布过程差异性的研究未见报道遥 本研究在
机理探讨的基础上袁用数学方法对农耕地土壤员猿苑 悦泽尧
圆员园孕遭藻曾深度分布过程进行理论推导袁并加以实例验证
分析袁阐明了农耕地土壤员猿苑 悦泽 与圆员园 孕遭藻曾深度分布过程
的差异遥 这对于认识员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾在农耕地土壤深度
分布的规律特征及其异同袁更好地应用员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾示
踪法测算农耕地土壤侵蚀速率袁具有重要的理论和现
实意义遥
员摇 农耕地土壤员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾深度分布过程
员郾 员摇 非稳定态员猿苑悦泽深度分布过程
假定无土壤侵蚀发生袁犁耕伊始袁员猿苑 悦泽 被均匀混
合于犁耕层深度内袁犁底层下基本不含员猿苑悦泽袁此时犁耕
层土壤任意深度处员猿苑悦泽浓度可表述为院
悦责园 越 粤匀 渊员冤
摇 摇 式中袁悦责园为垦殖初始时犁耕层土壤员猿苑 悦泽 浓度
渊皂月择窑糟皂 原猿冤曰粤 为农耕地土壤员猿苑 悦泽 的总面积活度袁对
于无侵蚀土壤而言即为本底值渊皂月择窑糟皂 原圆冤曰匀 为犁
耕深度渊糟皂冤遥
此后由于存在浓度梯度袁犁耕层员猿苑 悦泽 逐渐向犁底
层扩散遥 不考虑核素迁移过程的影响袁根据物质扩散
的菲克第二定律咱员怨暂 袁犁底层土壤中的员猿苑悦泽平衡可表述
为院
阅 鄣鄣扎渊
鄣悦责责渊 扎袁贼冤鄣扎 冤 原
鄣悦责责渊 扎袁贼冤鄣贼 原 姿悦责责渊 扎袁贼冤 越 园
渊圆冤
摇 摇 式中袁 悦责责 为犁底层土壤的员猿苑 悦泽 浓度 渊 皂月择窑
糟皂 原猿冤曰扎为犁底层某深度与野界面冶的垂直距离渊糟皂冤曰
贼为垦殖历时渊年冤曰阅为扩散系数渊糟皂圆窑年 原 员 冤曰姿 为衰
变系数遥
犁耕层土壤员猿苑悦泽向犁底层的扩散袁相当于无限薄
层扩散源向一维半无限介质的扩散袁根据菲克第二定
律的高斯解咱圆园暂 袁犁底层土壤员猿苑 悦泽 浓度随时间和野界
面冶以下垂直距离的变化过程表述为院
悦责责渊 扎袁贼冤 越 粤责责渊 贼冤仔阅贼藻
原 扎圆源阅贼 渊猿冤
摇 摇 式中袁粤责责为犁底层土壤的员猿苑 悦泽 面积活度渊皂月择窑
糟皂 原圆冤遥
当 扎寅园 时袁渊猿冤式所表征的是野界面冶处员猿苑 悦泽 浓
度袁既是犁底层顶面的员猿苑 悦泽 浓度袁也是犁耕层任意深
度处的员猿苑悦泽浓度院
悦责渊 贼冤 越 粤责责渊 贼冤仔阅贼 渊源冤
摇 摇 式中袁 悦责 为犁耕层土壤的员猿苑 悦泽 浓度 渊 皂月择窑
糟皂 原猿冤遥
扩散作用使得最初全部均匀混合于犁耕层的员猿苑悦泽
在犁耕层和犁底层之间再分布袁即全部员猿苑 悦泽 赋存于犁
耕层和犁底层院
粤 越 粤责渊 贼冤 垣 粤责责渊 贼冤 渊缘冤
摇 摇 式中袁粤责 为犁耕层土壤员猿苑 悦泽 面积活度 渊 皂月择窑
糟皂 原圆冤遥
渊源冤式两边同乘以犁耕层厚度 匀袁可以得到院
粤责渊 贼冤 越 粤责责渊 贼冤仔阅贼匀 渊远冤
摇 摇 联解渊猿冤式尧渊缘冤式尧渊远冤式得到院
悦责责渊 扎袁贼冤 越 粤匀 垣 仔阅贼藻
原 扎圆源阅贼 渊苑冤
摇 摇 联解渊源冤式尧渊缘冤式尧渊远冤式得到院
悦责渊 贼冤 越 粤匀 垣 仔阅贼 渊愿冤
摇 摇 渊苑冤式描述的是犁底层土壤员猿苑悦泽浓度的深度变化
过程袁渊愿冤式描述的是犁耕层土壤员猿苑 悦泽 浓度的变化过
程遥
源怨远
摇 源 期 农耕地土壤员猿苑悦泽与圆员园 孕遭藻曾深度分布过程对比研究
将渊苑冤式两边对 扎积分袁即院乙肄园 悦责责渊 扎袁贼冤凿扎 越 乙肄园 粤匀 垣 仔阅贼藻原 扎圆源阅贼凿扎 渊怨冤
摇 摇 由渊怨冤式得出扩散到犁底层的员猿苑悦泽比例袁表述为院
粤责责渊 贼冤粤 越
仔阅贼
匀 垣 仔阅贼 渊员园冤
摇 摇 假定土壤员猿苑 悦泽 为 员怨远猿 年一次性沉降袁根据渊苑冤
式尧渊愿冤式袁非稳定态员猿苑悦泽深度分布过程可进一步表述
为院
悦责责渊 扎袁晕冤 越 椎园藻
原姿渊晕原员怨远猿冤
匀 垣 仔阅渊晕 原 员怨远猿冤 藻
原 扎圆源阅渊晕原员怨远猿冤 渊员员冤
悦责渊晕冤 越 椎园藻
原姿渊晕原员怨远猿冤
匀 垣 仔阅渊晕 原 员怨远猿冤 渊员圆冤
摇 摇 式中袁晕为 员怨远猿 年沉降后的某个年份曰椎园 为 员怨远猿
当年一次性沉降员猿苑悦泽面积活度渊皂月择窑糟皂 原圆冤遥
根据渊员园冤式袁可表征出 员怨远猿 年至 晕 年份的员猿苑 悦泽
扩散系数院
阅渊员猿苑悦泽冤 越 员仔渊晕 原 员怨远猿冤渊
噪渊晕冤匀员 原 噪渊晕冤 冤
圆 渊员猿冤
摇 摇 式中袁噪渊晕冤为 晕 年份扩散到犁底层员猿苑 悦泽 面积活度
占农耕地总面积活度的比例渊粤责责渊晕冤 辕 粤冤遥
可见农耕地土壤员猿苑 悦泽 深度分布将遵循渊苑冤式和
渊愿冤式袁或渊员圆冤式和渊员猿冤式的规律袁随年限增加而持续
变化袁一直处于非稳定态遥
员郾 圆摇 非稳定态和稳定态圆员园孕遭藻曾深度分布过程
与员猿苑悦泽不同袁土壤圆员园孕遭藻曾有大气持续沉降的补充袁
犁耕后均匀混合于犁耕层的圆员园 孕遭藻曾向犁底层扩散袁经
过一定时间的扩散袁犁耕层和犁底层圆员园 孕遭藻曾即可实现
沉降与扩散尧衰变之间的平衡袁任意深度处圆员园 孕遭藻曾浓度
不再随时间变化袁即圆员园 孕遭藻曾深度分布由非稳定态过渡
到稳定态遥 在圆员园 孕遭藻曾 深度分布实现稳定态之前袁
渊员冤 耀 渊员园冤式对非稳定态员猿苑悦泽深度分布的推导同样适
用于圆员园 孕遭藻曾袁渊苑冤式和渊愿冤式亦可描述非稳定态圆员园 孕遭藻曾
深度分布袁规律一致袁核素置换为圆员园 孕遭藻曾而已袁此处不
再赘述遥
而当圆员园孕遭藻曾实现稳定态深度分布袁犁耕层和犁底
层任意深度处圆员园 孕遭藻曾 浓度不再随时间变化袁 即鄣悦责责渊 扎袁贼冤鄣贼 越 园 袁渊员冤式变为院
阅 鄣鄣扎渊
鄣悦责责渊 扎冤鄣扎 冤 原 姿悦责责渊 扎冤 越 园 渊员源冤
摇 摇 当 扎寅园 时袁悦责责渊园冤表征野界面冶处的圆员园 孕遭藻曾浓度袁其
值亦等于犁耕层任意深度处的圆员园 孕遭藻曾浓度 悦责袁结合这
一边界条件解渊员源冤式微分方程得到院
悦责责渊 扎冤 越 悦责藻原渊 姿阅 冤 员圆 扎 渊员缘冤
将渊员缘冤式两边对 扎积分袁即院乙肄园 悦责责渊 扎冤凿扎 越 乙肄园 悦责藻原渊 阅姿 冤 员圆 扎凿扎 渊员远冤
摇 摇 由渊员远冤式得到院
粤责责 越 悦责 阅姿 渊员苑冤
摇 摇 联解渊缘冤式尧渊员缘冤式尧渊员苑冤式得院
悦责责渊 扎冤 越 粤
匀 垣 阅姿
藻原渊 姿阅 冤 员圆 扎 渊员愿冤
摇 摇 联解渊员缘冤式和渊员愿冤式得院
悦责 越 粤
匀 垣 阅姿
渊员怨冤
摇 摇 渊员愿冤式用以描述圆员园 孕遭藻曾深度分布稳定态后袁犁底
层土壤圆员园孕遭藻曾浓度的深度变化袁渊员怨冤式用以表征稳定
态后犁耕层土壤圆员园孕遭藻曾浓度遥
圆摇 实例验证
圆郾 员摇 样品采集与测试
本研究以黄土农耕地为例袁验证以上对农耕地土
壤员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾深度分布过程的理论推导遥
样品采集于 圆园园苑 年 远 月份袁采样点位于陕西杨凌
农业高新技术产业示范区袁该区近百年内无大规模土
方采挖或填埋历史袁适宜作为本研究的实例验证区遥
取样地块选在杨凌符家庄刚收割过的麦田袁将待取土
样切挖成长尧宽尧深度为 圆缘糟皂 伊员园糟皂 伊 源园糟皂的长方形
土台袁用小铲刀分层取袁距表层 远 耀 员源糟皂深度内以 源糟皂
厚度为单位袁其余深度处均以 圆糟皂 厚度为单位袁从上
到下逐层取土袁共取得 员愿 个样遥 土壤样品经自然风
干袁剔除杂草和砾石袁研磨后过 圆郾 园皂皂筛遥 再用 园郾 园员早
精度的天平称取 猿园园早放在相同规格的塑料容器中袁封
闭 圆园凿送测遥 用配备 灶型高纯锗探头渊蕴韵粤载匀孕郧藻冤的
低能量尧低本底 酌 能谱仪测定员猿苑 悦泽袁 圆员园孕遭 和圆圆远 砸葬 含
量遥 样品测试时间 跃 缘园袁园园园泽袁测试误差为 依 员园豫
渊怨园豫信度冤遥 样品的员猿苑悦泽 含量根据 远远圆噪藻灾谱峰面积
求算曰样品圆员园 孕遭 总含量根据 源远郾 缘噪藻灾 谱峰面积求
算袁圆圆远砸葬含量根据圆员源孕遭的谱峰面积渊猿缘员郾 怨噪藻灾冤算曰样
品的圆员园孕遭藻曾含量是圆员园孕遭的总含量与圆圆远砸葬含量的差值遥
对于长期无侵蚀或堆积发生的符家庄麦田袁土
缘怨远
核摇 农摇 学摇 报 圆远 卷
壤圆员园 孕遭藻曾的深度分布可认为已经处于稳定态袁实测
圆员园孕遭藻曾数据只验证理论推导的稳定态圆员园 孕遭藻曾深度分布袁
即渊员愿冤式和渊员怨冤遥 假定员猿苑 悦泽 为 员怨远猿 年一次性沉降袁
实测员猿苑悦泽数据所验证的是采样年份农耕地员猿苑 悦泽 深度
分布的理论状态袁即渊苑冤式和渊愿冤式遥
圆郾 圆摇 结果与分析
根据对 员愿 份土壤样品的测试结果袁绘出符家庄麦
田剖面员猿苑悦泽与圆员园孕遭藻曾深度分布的实测值曲线渊图 猿 实
线冤袁符家庄麦田的最大犁耕深度可确定为 猿圆糟皂袁其下
为犁底层遥 可以看到袁剖面图中野界面冶以下员猿苑 悦泽 与
圆员园孕遭藻曾野小尾巴冶较为明显袁尤其是员猿苑悦泽遥员猿苑悦泽沉降后的
耕作年限取 源猿 年袁根据实测员猿苑 悦泽 总面积活度和犁底
层渊猿圆糟皂以下冤面积活度袁应用渊员猿冤式可求算出员猿苑 悦泽
扩散系数 阅渊员猿苑悦泽冤 越 园郾 园怨园远糟皂圆窑年 原 员袁根据实测扩散
到犁底层的圆员园 孕遭藻曾比例咱员愿暂 袁求算出圆员园 孕遭藻曾扩散系数 阅
渊圆员园孕遭藻曾冤 越 园郾 猿远猿园糟皂圆窑年 原 员遥 应用渊愿冤式和渊苑冤式袁分
别求算出采样年份犁耕层和犁底层不同深度员猿苑 悦泽 浓
度理论值曰应用渊员怨冤式和渊员愿冤式袁分别求算出圆员园 孕遭藻曾深
度分布稳定态时犁耕层和犁底层不同深度圆员园 孕遭藻曾浓度
理论值遥 再根据犁耕层和犁底层各深度处员猿苑 悦泽 与圆员园
孕遭藻曾浓度理论值袁于实测值曲线图中袁分别绘出 员猿苑悦泽
与圆员园孕遭藻曾深度分布的理论值曲线渊图 猿 虚线冤遥
图 猿摇 符家庄麦田员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾深度分布
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图中实线为实测值曲线袁虚线为理论值曲线
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摇 摇 可见袁员猿苑悦泽深度分布的实测值曲线与理论值曲线
相互吻合袁因此可以印证我们的理论推导遥 比较而
言袁圆员园 孕遭藻曾深度分布的实测值曲线与理论值曲线吻合
程度不如员猿苑悦泽袁表层土壤圆员园 孕遭藻曾浓度超过平均值很多袁
原因是圆员园 孕遭藻曾每年都有沉降袁而麦田犁耕的时间间隔
为 员 年袁这一年内麦田土壤并无大的扰动袁新沉降的圆员园
孕遭藻曾首先到达表层土壤袁尚未被混合于犁耕层袁而是由
表层土壤向下扩散袁所以表层土壤圆员园 孕遭藻曾浓度较高遥
从图 猿 看出袁圆 耀 员愿糟皂深度范围的犁耕层圆员园孕遭藻曾分布较
为均匀且浓度较高袁员愿 耀 猿圆糟皂 深度范围的犁耕层圆员园
孕遭藻曾浓度低于 圆 耀 员愿糟皂的犁耕层袁原因是上世纪 愿园 年
代以前的集体耕作时期曾有过大规模农田机械深翻历
史袁翻耕深度即 猿圆糟皂 左右袁之后土地承包到户袁一家
一户的农民犁耕深度大致在 员愿糟皂 左右袁员愿糟皂 以上的
新犁耕层首先得到大气沉降圆员园 孕遭藻曾补充袁导致 员愿糟皂 以
上新犁耕层圆员园 孕遭藻曾浓度高于 员愿糟皂 以下的原犁耕层部
分遥 尽管如此袁圆员园 孕遭藻曾深度分布的实测值曲线总趋势
并未与理论值曲线相背离遥 而员猿苑 悦泽 在 员怨远猿 年后少有
沉降补充袁集体耕作时期的机械深耕已经使 员猿苑悦泽在
猿圆糟皂的犁耕层均匀混合袁土地承包到户后 员愿糟皂 的浅
耕不会对原犁耕层的均匀混合状态和原犁底层的野小
尾巴冶形态产生明显影响遥 因此符家庄麦田土壤剖
面员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾深度分布的实测值曲线与理论值曲线
相吻合袁可印证本文的理论推导袁反映了员猿苑 悦泽 与圆员园 孕遭藻曾
在农耕地土壤深度分布过程的差异遥
远怨远
摇 源 期 农耕地土壤员猿苑悦泽与圆员园 孕遭藻曾深度分布过程对比研究
猿摇 讨论
犁耕伊始员猿苑 悦泽 与圆员园 孕遭藻曾皆被均匀混合于犁耕层
内袁犁底层基本不含员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾袁由于浓度梯度袁犁耕
层员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾逐渐向犁底层扩散袁犁底层剖面开始出
现员猿苑悦泽尧圆员园 孕遭藻曾的 野小尾巴冶遥 二者差异在于袁土壤
圆员园孕遭藻曾存在大气持续沉降的补充袁无侵蚀农耕地圆员园 孕遭藻曾
总量保持不变袁犁耕持续 员园郾 猿苑 年后袁土壤圆员园 孕遭藻曾即实
现沉降补充与扩散尧衰变之间的相互平衡袁犁耕层尧犁
底层土壤圆员园孕遭藻曾含量和浓度均不再变化袁犁耕层圆员园 孕遭藻曾
仍均匀分布袁野界面冶以下浓度随深度增加呈指数衰
减袁圆员园孕遭藻曾深度分布状态不再随时间变化袁即呈稳定
态遥 与圆员园孕遭藻曾不同袁土壤员猿苑悦泽不存在持续沉降的补充袁
因此也就没有深度分布的稳定态袁由于衰变和扩散袁随
时间延续袁均匀分布于犁耕层的员猿苑 悦泽 总量减少袁浓度
降低袁野界面冶以下员猿苑 悦泽 总量先增加再持续减少袁浓度
随深度增加呈指数衰减袁犁耕层和犁底层的员猿苑 悦泽 总量
不断减少袁员猿苑悦泽 深度分布状态一直随时间变化袁即呈
非稳定态遥
以上讨论是以无侵蚀发生为基本假设袁如果有侵
蚀发生袁假定侵蚀均匀稳定袁农耕地土壤员猿苑 悦泽 因衰变尧
扩散和流失袁其深度分布依然呈非稳定态曰圆员园 孕遭藻曾仍会
实现沉降尧扩散尧衰变和流失的相平衡袁深度分布最终
依然呈稳定态曰除渊员员冤 耀 渊员猿冤式外袁以上对农耕地土
壤员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾深度分布过程的推导也依然成立遥
研究实例中袁符家庄麦田圆员园 孕遭藻曾深度分布的实测
值曲线与理论值曲线之间的差异袁根据以上分析袁系由
犁耕深度由深到浅的历史变化所致袁而当犁耕深度由
浅变深袁员猿苑悦泽尧圆员园孕遭藻曾再分布的规律将遵循以上的理论
推导遥 一般而言袁农耕地土壤员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾深度分布的
实测值曲线与理论值曲线往往存在差异袁这种差异可
能是耕作深度变化所致袁也可能系土地利用渊覆被冤变
化所致遥 比如当农耕地撂荒或弃耕袁犁耕层底部核素
因继续向犁底层扩散而浓度降低袁犁耕层深度内核素
不再均匀分布袁而是顶部浓度高底部浓度低遥 诚然袁短
期的撂荒或弃耕对员猿苑 悦泽 原有的深度分布状态影响不
大袁因为员猿苑悦泽已经在犁耕层内均匀混合袁且没有新沉
降的补充曰圆员园 孕遭藻曾则不同袁由于表土层不断得到新沉
降圆员园孕遭藻曾的补充袁犁耕层顶部的圆员园 孕遭藻曾浓度高于底部遥
随撂荒或弃耕年限增加袁犁底层员猿苑悦泽尧圆员园 孕遭藻曾 野小尾巴冶
将逐渐消失袁均匀分布于原犁耕层员猿苑 悦泽 的浓度持续降
低袁而圆员园孕遭藻曾最终形成 圆园糟皂 左右深度内袁上部浓度最
高袁向下随深度增加呈指数衰减袁恢复到非农耕地的深
度分布稳定态遥 因此也可以说袁农耕地土壤员猿苑 悦泽尧
圆员园孕遭藻曾深度分布的实测值曲线与理论值曲线的差异袁
尤其圆员园 孕遭藻曾袁可能与耕作深度的变化历史或土地利用渊覆被冤变化有关遥
源摇 结语
员猿苑悦泽 与圆员园 孕遭藻曾在农耕地土壤深度分布的机理一
致袁过程不同遥 犁底层土壤剖面员猿苑 悦泽尧圆员园 孕遭藻曾 野小尾巴冶
均系扩散的结果遥员猿苑 悦泽 是上世纪 缘园 耀 苑园 年代大气层
核试验后产生的人工同位素袁其后的员猿苑 悦泽 大气沉降量
极微袁由于扩散尧衰变和可能发生的侵蚀流失袁犁耕层
和犁底层土壤员猿苑悦泽总量逐渐减少袁深度分布一直处于
随时间持续变化的非稳定态遥圆员园 孕遭藻曾是自然同位素袁大
气中的圆员园孕遭藻曾持续沉降到地面袁扩散到土壤袁耕作方式
和土地利用长期不变的条件下袁犁耕层尧犁底层土壤
圆员园孕遭藻曾的含量和浓度均不再随时间变化袁深度分布呈
稳定态遥
参考文献院
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壤流失的关系咱允暂 援 核农学报袁 圆园园源袁 员愿渊缘冤院 猿怨园 原 猿怨猿
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咱员愿暂摇 张云奇袁 张信宝袁 贺秀斌袁 龙摇 翼袁 文安邦袁 齐永青援 无侵蚀土
壤垦殖后的圆员园 孕遭藻曾深度分布变化理论模型咱 允暂 援 核技术袁 圆园园苑袁
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渊责任编辑摇 摇 邱爱枝冤
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耘鄄皂葬蚤造院 凿葬凿燥怎噪曾岳 泽蚤灶葬援 糟燥皂摇 凿凿噪藻曾怎藻岳 员圆远援 糟燥皂
愿怨远