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Study on Soil Erosion Features of Small Catchment of Karst Plateau Wetland by 137Cs Tracing Technology

137Cs技术研究岩溶高原湿地小流域土壤侵蚀特征



全 文 :核 农 学 报  2014,28(1):0116 ~ 0122
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2013⁃01⁃28  接受日期:2013⁃04⁃02
基金项目:十二五科技支撑计划课题专题(2011BAC02B0203),国家自然科学基金项目(41061029),贵州省优秀青年科技人才培养计划项目(黔
科合人字[2011]13 号)共同资助
作者简介:梁家伟,男,主要从事恢复生态学方向研究。 E⁃mail:ljwei1033@ 163. com
通讯作者:戴全厚,男,教授,主要从事水土保持和恢复生态学方向研究。 E⁃mail:qhdairiver@ 163. com
文章编号:1000⁃8551(2014)01⁃0116⁃07
137 Cs技术研究岩溶高原湿地小流域土壤侵蚀特征
梁家伟1   戴全厚1   张  曦2   高华端1   刘  文3
( 1贵州大学林学院 贵州 贵阳  550025; 2 长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,
湖北 武汉  430010; 3 贵州草海国家级自然保护区管理局,贵州 威宁  553100)
摘  要:运用137Cs技术研究了威宁草海沙河小流域不同土地利用方式和地貌部位的土壤侵蚀特征。 结
果表明:研究区137Cs的背景值为 879Bq·m2;农耕地土壤剖面中137Cs 中呈均匀分布,非农耕地土壤剖面
中呈指数递减分布;不同土地利用方式下,137Cs 的面积活度值从大到小为灌丛地 > 人工草地 > 农耕
地,土壤侵蚀模数值为农耕地 > 草地 > 灌丛地;不同地貌部位土壤中,137Cs 面积活度值从大到小为下
坡 > 中坡 > 上坡,侵蚀模数值变化为上坡 > 中坡 > 下坡。 小流域年均侵蚀模数为: 1254􀆰 9t·
(km2·a) - 1,灌丛地侵蚀模数为 462􀆰 6t·(km2·a) - 1,人工草地为 630􀆰 4t·(km2·a) - 1,农耕地为 3311􀆰 8t·
(km2·a) - 1。 因此,在小流域水土流失综合治理过程中,农耕地是治理的重点。
关键词:137Cs技术;草海;小流域;地貌部位;侵蚀特征
DOI:10:11869 / j. issn. 100⁃8551. 2014. 01. 0116
    岩溶高原湿地小流域土壤侵蚀资料匮乏,在贵州
威宁草海流域,仅有其粗略的侵蚀模数资料[1],未见
其小流域土壤侵蚀的详细资料。 进行小流域水土流失
综合治理,保护草海湿地生态系统,必须收集到小流域
土壤侵蚀的资料。 运用137Cs 技术研究小流域土壤侵
蚀,估算小流域近 60 年来土壤的侵蚀速率[2 - 3],可为
岩溶高原湿地小流域生态系统恢复研究快速解决土壤
侵蚀资料匮乏的问题。
137Cs是 20 世纪 50 - 70 年代大气层核武器试验
产生的人工放射性核素,半衰期为 30􀆰 17a,其自然本
底值是零。 产生的137Cs 尘埃经大气环流、降雨到达地
球表面,几乎不被雨水淋溶和植物吸收,伴随着土壤颗
粒的移动而发生迁移,同时,沉降的137Cs 在一定区域
内的空间呈现均匀分布[4 - 7]。137 Cs 示踪技术具有快
速、经济、可靠性高的优点,已广泛用于无资料地区坡
地、湖库、滩地土壤侵蚀、沉积的估算和监测[8 - 13]。 岩
溶高原湿地小流域小气候复杂多变,土壤侵蚀过程复
杂,传统的土壤侵蚀研究方法不易反映小流域中、长期
的土壤侵蚀特征。 利用137 Cs 技术,通过测定出土壤
中137Cs的含量,确定研究区域137Cs 的背景值,借助一
定的土壤侵蚀模型,快速获取并揭示小流域中、长期的
土壤侵蚀特征。
本文运用137Cs 技术,在威宁草海沙河小流域开展
土壤侵蚀研究,确定草海区域137Cs 的背景值,从小流域
不同土地利用方式、地貌部位的角度分析土壤中137Cs的
分布状况与土壤侵蚀状况的关系,认识其土壤侵蚀特
征,为其生态环境建设与面源污染治理提供依据。
1  研究地区概貌
草海国家级自然保护区地处云贵高原中部,乌蒙
山脉腹心地带,位于贵州省威宁彝族苗族回族自治县
城西南侧,属于岩溶高原山间盆地地貌,地层岩性以砂
页岩、碳酸盐岩为主,是封闭性的岩溶湖泊。 草海流域
面积 约 99km2, 湖 区 面 积 23􀆰 25km2, 水 域 面 积
20􀆰 98km2,湖平面海拔 2171􀆰 7m,平均水深 2 ~ 3m,属
于亚热带季风性湿润气候,年平均气温 10℃左右,年
均降水量 890mm。 草海是以保护黑颈鹤为主的典型
岩溶高原湿地,是贵州最大的天然淡水湖,其水生动植
物丰富,被称为“物种基因库”、“天然博物馆”。
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  1 期 137Cs技术研究岩溶高原湿地小流域土壤侵蚀特征
沙河小流域是草海流域内的一个典型小流域,流
域面积约 1􀆰 1km2,东西宽 1􀆰 1km,南北长 1􀆰 2km,海拔
在 2182 ~ 2311m 之间。 低山、丘陵地貌,坡度为 0 ~
15°的土地面积占小流域总面积约 76% 。 成土母岩主
要有砂页岩、白云岩。 形成的土壤以黄棕壤为主。 植
被有次生性的针叶林(云南松、华山松)、低矮小灌木
(川榛、总状扁核木、白刺花等)和灌草丛。 植被覆盖
度低,土壤侵蚀以水力侵蚀为主。
2  研究方法
2􀆰 1  样品的采集与处理
样品采集于 2012 年 4 月,采样路线沿等高线进行
布设,即在小流域(上游、中游、下游)的山体坡面上布
设 3 条与等高线平行的采样路线,沿每条采样路线按
一定间距采集土壤样品,所采样点涵盖小流域的不同
土地利用方式。 样品采集分为土壤剖面分层样采集和
全样采集,每条采样路线的土壤分层采集样点也包括
不同土地利用方式,以反映137 Cs 在不同土地利用方
式、地貌部位土壤中的垂直分布状况。 土壤剖面全样
采集,首先清除采样点杂草等覆盖物,采用边长为 7cm
×7cm的铁框,将铁框垂直打入地面至所需深度,收集
铁框内土壤,除去根系、石块等杂物,放入土壤袋并做
好标记;土壤剖面分层样采用长 10cm,宽 10cm,高
5cm的矩形框进行采样,采样时,注意边框和地面平
齐,做好分层标记,记录好样点调查表。 为此,在小流
域山体坡面的上坡采集土壤样点 12 个,中坡 13 个,下
坡 10 个。
土壤样品带回实验室,经风干、研磨、过筛(孔径 2
mm)、对粒径小于 2 mm土壤进行称重,同时称取粒径
小于 2 mm的土壤 300g 左右进行137Cs 质量活度的测
定。 土壤测定在中国科学院生态环境研究中心城市与
区域生态国家重点实验室进行,利用 ORTEC 公司生
产的 8192 道低本底 γ 能谱仪在 661162 keV 处测
定137Cs全能峰净面积,测量时间 > 28800 s,测量相对
误差 < 15% (置信度 95% ),比活度由标准源相对
比较法得到,计算出所测样品的质量活度,进而求算出
每个采样点137Cs面积活度。
2􀆰 2  土壤侵蚀模型的选择
土壤侵蚀模型分为农耕地和非农耕地两种,沙河
小流域土地利用方式有农耕地、灌丛地、人工草地三
种,灌丛地土壤侵蚀模数选用非农耕地土壤侵蚀模型
计算,人工草地选用农耕地土壤侵蚀模型计算。
2􀆰 2􀆰 1  农耕地土壤侵蚀模型  农耕地采用张信宝农
耕地土壤侵蚀模型[14]
A = A0 (1 - ΔH / H)N - 1963
式中:A为侵蚀地点137Cs 面积浓度(Bq·m - 2);A 0为137
Cs背景值 (本底值) ( Bq·m - 2 ); H 为犁耕层厚度
(cm);ΔH为土壤年流失厚度(cm);N为采样年份。
采样点的年均侵蚀速率 E[t·(km2·a) - 1]为:
E = 10000 × D × ΔH
式中 D为土壤容重(g·cm - 3)
2􀆰 2􀆰 2  非农耕地土壤侵蚀模型  非农耕地采用张信
宝非农耕地土壤侵蚀模型计算[15]:
A = A0·e -λh
A 为侵蚀地点137Cs面积活度(Bq·m - 2); A 0为137Cs本
底值(Bq·m - 2 ); h 为 1963 年以来土壤侵蚀总厚度
(cm); λ为137Cs衰减系数(0􀆰 977)。
3  结果与分析
3􀆰 1  背景值的选择与确定
确定研究区域137Cs 的背景值是应用137Cs 技术估
算该区域土壤侵蚀量的前提,背景值的可靠性直接影
响到估算土壤侵蚀量结果的精确度。 在缺乏记录137Cs
干湿沉降量资料的地区,一般以未扰动的、且基本未发
生侵蚀与沉积的土壤剖面中137Cs 含量作为背景值[6]。
根据这一原则,在草海流域范围内,经过踏查、分析、走
访,确定以沙河小流域附近的一所坟墓作为研究区域
背景值采样点,该坟墓修建于光绪年间,约有六十多年
无后人管理过,墓碑上字迹经风化变得模糊,坟墓无出
现垮塌、保持完整。 按照 5cm 的间隔分层采集 0 ~
25cm土壤样品,经处理,测定,其土壤剖面137 Cs 含量
见表 1。
经测定计算,该样点137Cs的面积活度值为 879Bq·
m - 2,测量值与地域相邻、气候相似的滇池137Cs背景值
906Bq·m - 2相接近[11];文安邦等[16]测得贵州普定的背
景值为 886􀆰 5Bq·m - 2、龙里为 955􀆰 3Bq·m - 2,以龙里和
普定的平均值 920􀆰 9Bq·m - 2作为清镇的背景值。 本文
所测的值作为研究区域的背景值,认为较为可靠。
3􀆰 2  土壤样品测量及其计算
根据前面所提到样点,经测定、计算, 得到各样
点137Cs 的面积活度值和相应的侵蚀模数见表 2。
    表 2 中,样点 1􀆰 6 靠近贵昆铁路,样点 2􀆰 5、3􀆰 10、
3􀆰 11 位于流域中、上部的人工草地,该几点曾是土法
炼锌的矿区,土层受人为扰动剧烈,土壤中已测不
出137Cs。样点 2􀆰 1、2􀆰 9、3􀆰 3、3􀆰 4 位于流域中、上部,这 4
个点受人为活动影响(修路、建坟墓),土壤中已测不
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核  农  学  报 28 卷
        表 1  背景点土壤剖面137Cs含量
Table 1  137Cs concentration in background soil profiles
深度 Depth / cm
坟地 / Graveyard
活度 Activity / (Bq·kg - 1) 容重 Bulk density / (g·cm - 3) 含量 Inventory / (Bq·m - 2)
0 ~ 5 7􀆰 870 1􀆰 07 455
5 ~ 10 4􀆰 090 1􀆰 07 301
10 ~ 15 1􀆰 407 1􀆰 45 94
15 ~ 20 0􀆰 376 1􀆰 45 29
20 ~ 25 0 1􀆰 45 0
总计 Sum 879
表 2  各点 137Cs 含量及侵蚀模数
Table 2  The 137Cs concentration and Erosion modulus of each site
样点
编号
Site No.
地貌
Landform
positions
土地利用
方式
Land usage
patterns
137Cs含量
137Cs
Inventory /
(Bq·m - 2)
侵蚀模数
Erosion
modulus /
[ t·(km2·a) - 1]
样点
编号
Site No.
地貌
Landform
positions
土地利用
方式
Land usage
patterns
137Cs含量
137Cs inventory /
(Bq·m - 2)
侵蚀模数
Erosion modulus /
[ t·(km2·a) - 1]
1. 1 下坡 农耕地 Cropland 892 - 78. 75 2. 9 灌丛地 Brush land 0 0
1. 2 Downslope 农耕地 Cropland 957 - 406. 85 2. 10 灌丛地 Brush land 797. 13 234. 33
1. 3 农耕地 Cropland 1276 - 1818. 5 2. 11 农耕地 Cropland 802. 3 465. 39
1. 4 农耕地 Cropland 1230 - 1596. 25 2. 12 灌丛地 Brush land 604. 53 573. 77
1. 5 农耕地 Cropland 972 - 471. 37 2. 13 农耕地 Cropland 464. 34 3493. 64
1. 6 草地 Artificial pasture 0 0 3. 1 上坡 灌丛地 Brush land 1202. 23 - 71. 95
1. 7 草地 Artificial pasture 781. 49 653. 82 3. 2 Upslope 灌丛地 Brush land 747. 8 441. 85
1. 8 草地 Artificial pasture 682. 28 846. 1 3. 3 灌丛地 Brush land 0 0
1. 9 灌丛地 Brush land 849. 52 93. 95 3. 4 灌丛地 Brush land 0 0
1. 10 灌丛地 Brush land 676. 8 499. 17 3. 5 农耕地 Cropland 94 8830. 25
2. 1 中坡 灌丛地 Brush land 0 0 3. 6 灌丛地 Brush land 550. 8 949. 15
2. 2 Middle 草地 Artificial pasture 502. 07 1223. 28 3. 7 灌丛地 Brush land 790. 29 337. 88
2. 3 slope 草地 Artificial pasture 1034. 08 - 66. 42 3. 8 灌丛地 Brush land 550. 44 943. 25
2. 4 草地 Artificial pasture 840. 94 375. 95 3. 9 灌丛地 Brush land 760. 2 283. 26
2. 5 草地 Artificial pasture 0 3. 10 草地 Artificial pasture 0
2. 6 灌丛地 Brush land 705. 88 463. 61 3. 11 草地 Artificial pasture 0
2. 7 灌丛地 Brush land 579. 38 723. 81 3. 12 灌丛地 Brush land 695. 84 791. 58
2. 8 灌丛地 Brush land 547. 92 978. 83
    注: 0 表示没有137Cs;“—”表示土壤堆积。
Note: 0 means no 137Cs;“—”means soil sedimentation.
出137Cs。 小流域土壤中137Cs 面积活度值范围在 94 ~
1276Bq·m - 2之间,以下坡农耕地样点 1􀆰 3 土壤中137Cs
面积活度值 1276Bq·m - 2为最高,其侵蚀模数为负值,
说明该点土壤发生了堆积;样点 3􀆰 5 土壤中137Cs 面积
活度值 94Bq·m - 2最低,其侵蚀模数值为 8830􀆰 25t·
(km2·a) - 1,说明该点发生了强烈的土壤侵蚀。 下坡
农耕地样点和样点 2􀆰 3,3􀆰 1 的土壤中137Cs 面积活度
值大于 879Bq·m - 2,土壤侵蚀模数为负值;其余样点的
土壤中137Cs面积活度值小于 879Bq·m - 2,侵蚀模数值
为正值,土壤均发生了流失。 可见,不同土地利用方
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  1 期 137Cs技术研究岩溶高原湿地小流域土壤侵蚀特征
式、地貌部位对土壤中137Cs 的分布和土壤侵蚀影响很
大。
3􀆰 3   小流域不同土地利用方式、地貌部位土壤
中137Cs的垂直剖面分布
为了反映不同土地利用方式、地貌部位土壤中137
Cs的垂直剖面分布特征,在小流域不同土地利用方
式、地貌部位共选择了 9 个样点进行土壤分层样采集,
其137Cs垂直剖面分布见表 3。
表 3  不同土地利用方式、地貌部位土壤中137Cs剖面分布
Table 3  137Cs distribution in the soil profiles for different land use patterns and landform positions
编号
Site No.
地貌
Landform positions
土地利用方式
Land use patterns
137Cs质量活度137Cs activity / (Bq·kg - 1)
0 ~ 5cm 5 ~ 10cm 10 ~ 15cm 15 ~ 20cm 20 ~ 25cm 25 ~ 30cm 30 ~ 35cm
1􀆰 1 下坡 Down slope 农耕地 Cropland 2􀆰 565 2􀆰 427 2􀆰 515 2􀆰 465 2􀆰 290 2􀆰 570 0􀆰 480
1􀆰 9 下坡 Down slope 灌丛地 Brush land 4􀆰 323 3􀆰 349 2􀆰 054 0􀆰 935 0􀆰 857 0􀆰 373 0􀆰 082
2􀆰 4 中坡 Middle slope 人工草地 Artificial pasture 1􀆰 871 2􀆰 006 2􀆰 319 1􀆰 102 0􀆰 760 0􀆰 133
2􀆰 8 中坡 Middle slope 灌丛地 Brush land 0􀆰 917 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000
2􀆰 11 中坡 Middle slope 农耕地 Cropland 2􀆰 184 1􀆰 898 1􀆰 984 1􀆰 870 0􀆰 149
3􀆰 2 上坡 Up slope 灌丛地 Brush land 3􀆰 555 2􀆰 710 1􀆰 510 0􀆰 510 0􀆰 000
3􀆰 6 上坡 Up slope 灌丛地 Brush land 0􀆰 957 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000
3􀆰 10 上坡 Up slope 人工草地 Artificial pasture 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000 0􀆰 000
3􀆰 12 上坡 Up slope 灌丛地 Brush land 0􀆰 876 0􀆰 000 0􀆰 000
    注: 0 表示没有137Cs。
Note: 0 means no 137Cs.
表 4  不同土地利用方式下137Cs含量及土壤侵蚀模数
Table 4  The 137Cs concentration and soil erosion modulus in the different land usage patterns
土地利用方式 Land usage pattern 农耕地 Cropland 灌丛地 Brush land 人工草地 Artificial pasture
样点个数 Sampling point No. 8 14 5
137Cs含量137Cs inventory / (Bq·m - 2) 605􀆰 46 762􀆰 31 712􀆰 13
侵蚀模数 Erosion modulus / [ t·(km2·a) - 1] 3311􀆰 81 462􀆰 63 630􀆰 39
侵蚀强度 Erosion intensity 中度侵蚀 Middle degree erosion 微度侵蚀 Micro⁃ degree erosion 微度侵蚀 Micro⁃ degree erosion
    由表 3 可知,137Cs 在不同土地利用方式、地貌部
位土壤中的垂直剖面分布差异显著。 农耕地样点 1􀆰 1
为菜园地,耕层深度为 30cm,样点 2􀆰 11 为坡耕地,耕
层深度为 15cm,可以看出137Cs 在耕层中分布是均匀
的,这是耕层土壤在长期耕种作物的过程中发生了均
一化作用,同时137 Cs 在耕层以下还具有一定量的分
布;样点 2􀆰 4 为人工草地,其137Cs 的分布和农耕地相
似。 非农耕地中,137Cs含量随着土层深度的增加呈现
指数递减分布,80%的137 Cs 集中在土表层 15 cm 以
内,说明土层中上层土壤颗粒向下层移动很慢。 在不
同地貌部位,137Cs在土壤中垂直剖面分布的平均深度
由浅到深依次为:上坡 < 中坡 < 下坡,下坡土壤中
其分布的深度达到 35cm且含量比上坡、中坡要多。
3􀆰 4  小流域不同土地利用方式的土壤侵蚀特征
土地利用方式是人类生产利用土地的综合反映,
不同土地利用方式对土壤扰动程度不同,其土壤侵蚀
强度也有差异。 分析小流域不同土地利用方式的土壤
侵蚀特征,是认识小流域土壤侵蚀的基础。 以下由表
2 中的相关数据,统计了小流域农耕地、灌丛地、人工
草地样点的137Cs面积活度值及其土壤侵蚀模数,见表
4。
    由表 4 可知, 不同土地利用方式与137Cs 面积活度
值变化关系密切,对土壤侵蚀影响显著。137Cs 面积活
度值在不同土地利用方式下的土壤中变化为:农耕地
< 人工草地 < 灌丛地 < 879Bq·m - 2,其土壤中137Cs
均发生了流失,表明土壤均发生了侵蚀,其侵蚀模数大
小变化为农耕地 > 草地 > 灌丛地。 农耕地主要分
布在流域坡面的下坡,中坡次之,上坡甚少,下坡土壤
中137Cs发生了沉积,其137Cs 含量较高,中坡和上坡则
发生流失,137Cs含量低于背景值;灌丛地和人工草地
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核  农  学  报 28 卷
表 5  不同地貌部位137Cs含量及土壤侵蚀模数
Table 5  The 137Cs concentration and soil erosion modulus in different landform positions
地貌部位 Landform positions 上坡 Up slope 中坡 Middle slope 下坡 Down slope
样点数(个)Sampling point No. 8 10 9
137Cs含量 137Cs inventory / (Bq·m - 2) 623􀆰 59 660􀆰 86 919􀆰 33
侵蚀模数 Erosion modulus / [ t·(km2·a) - 1] 1563􀆰 21 846􀆰 49 - 253􀆰 21
侵蚀强度 Erosion intensity 轻度侵蚀 Light erosion 微度侵蚀 Micro⁃ degree erosion
表 6  同一土地利用方式不同地貌部位的土壤中137Cs含量及土壤侵蚀模数
Table 6  The 137Cs concentration and soil erosion modulus withsame land usage pattern and different landform positions
农耕地 Cropland 灌丛地 Brush land 人工草地 Artificial pasture
137Cs 面积
活度
137Cs inventory
(Bq·m - 2)
侵蚀模数
Erosion
modulus
[t·(km2·a) -1]
侵蚀强度
Erosion
intensity
137Cs 面积活度
137Cs inventory /
(Bq·m - 2)
侵蚀模数
Erosion
modulus /
[t·(km2·a) -1]
侵蚀强度
Erosion
intensity
137Cs 面积活度
137Cs inventory /
(Bq·m - 2)
侵蚀模数
Erosion
modulus /
[t·(km2·a) -1]
侵蚀强度
Erosion
intensity
上坡
Up slope
95 8830􀆰 25 极强度
Very
intensive
erosion
737 514􀆰 56 微度
Micro⁃
degree

中坡
Middle slope
633 1979􀆰 52 轻度
Light
erosion
647 582􀆰 77 微度
Micro⁃
degree
792 500􀆰 63 微度
Micro⁃
degree
下坡
Down slope
1089 - 874􀆰 34 763 290􀆰 56 微度
Micro⁃
degree
732 734􀆰 92 微度
Micro⁃
degree
中137Cs均发生了流失,流失量较农耕地小。137Cs 含量
在灌丛地中最高,人工草地中次之,农耕地中最低。 农
耕地多分布在中坡和下坡,面积 0􀆰 3km2,坡度范围主
要在 0 ~ 10°之间,土壤质地为粘土、壤土,不合理的传
统耕作模式(陡坡耕作、顺坡垄作)易引起坡面大量土
壤流失,加之农耕地耕作频率高,表层土壤结构疏松,
有机质分解快,水稳性团聚体遭受破坏等,使得表层土
壤遇水易分散,抗水蚀能力降低,土壤易发生流失。 人
工草地主要分布在小流域坡面的中坡,面积 0􀆰 1km2,
坡度范围在 0 ~ 10°之间,土壤质地为粘土、壤土,种植
牧草为黑麦草,牧草增加了地表覆盖度,减弱雨滴对表
层土壤颗粒直接打击的机械强度,增强土壤的抗蚀能
力。 灌丛地土壤侵蚀模数最小,其面积 0􀆰 7km2,主要
分布在上坡和中坡,大于 15°的坡度面积占小流域面
积的 30%分布在灌丛地,土壤质地为粘土、壤土。 由
于低矮小灌木和草被覆盖,合理的灌丛结构减弱了雨
滴直接打击土壤的机械强度,有效缓解了地表径流,同
时植物根系有效固结土壤,增强土壤抵抗径流冲刷能
力,减少土壤流失。
3􀆰 5  不同地貌部位侵蚀特征
地貌作为流域下垫面的基本自然环境要素,对流
域土壤侵蚀的强度、方式和过程等都有重要影响,该影
响主要与坡度、坡长和土壤侵蚀面等因素相关。 因此,
分析地貌对小流域土壤侵蚀的影响,对认识小流域土
壤侵蚀有着重要的意义。 以下由表 2 统计了小流域不
同地貌部位样点的137Cs面积活度值和土壤侵蚀状况,
见表 5。
    由表 5 可知,沙河小流域不同地貌部位土壤
中137Cs 的面积活度值及其侵蚀状况差异很大。 不同
地貌部位土壤中137 Cs 面积活度(平均)变化为:上坡
021
  1 期 137Cs技术研究岩溶高原湿地小流域土壤侵蚀特征
< 中坡 < 879Bq·m - 2 < 下坡,上坡和中坡137Cs 含量
小于背景值,则137Cs 发生了流失,表明土壤发生了侵
蚀,其侵蚀模数大小变化为上坡 > 中坡; 下坡137Cs含
量大于背景值,则137Cs 发生了汇集,说明下坡发生了
土壤堆积,其侵蚀模数为负值。 上坡土壤侵蚀模数最
大,中坡次之,下坡侵蚀模数为负值,这可能是上坡土
壤只发生了流失,流失的土壤向中坡、下坡迁移,中坡
流失的土壤向下坡迁移,表现出上坡土壤侵蚀模数最
大,中坡次之,下坡则发生了土壤堆积。 可见,坡位是
影响土壤侵蚀的重要因素。
3􀆰 6  相同土地利用方式下不同地貌部位土壤侵蚀特

为了进一步认识地貌对土壤侵蚀的影响,消除不
同地貌部位不同土地利用类型带来的差异,将对相同
土地利用类型不同地貌部位的侵蚀特征进行分析。 以
下由表 2 统计了小流域不同地貌部位相同土地利用类
型土壤中137Cs面积活度值和土壤侵蚀模数,见表 6。
    表 6 可知,同一土地利用方式不同地貌部位土壤
侵蚀不同。 农耕地中,137 Cs 面积活度(平均)值大小
为:上坡 < 中坡 < 879Bq·m - 2 < 下坡,则上坡、中坡
土壤发生了流失,下坡则发生了土壤堆积,其上坡土壤
侵蚀模数较大,中坡较小。 灌丛地中,137 Cs 面积活度
(平均) 值从小到大为:中坡 < 上坡 < 下坡 <
879Bq / m2,则土壤都以流失为主;其中坡土壤侵蚀模
数值最大,下坡最小。 人工草地土壤侵模数中坡小,下
坡大,这主要是中坡草地坡度小,无上坡地表径流汇
集;下坡草地虽然发生了部分土壤堆积,但坡度较中坡
草地坡度大,加之受来自中坡地表径流冲刷,土壤流失
量较大。 可见,地貌部位、坡度也是影响土壤侵蚀的重
要因素。
由以上数据分析、计算,草海沙河小流域土壤年均
侵蚀模数为 1254􀆰 93t·(km2·a) - 1, 土壤年流失量为
1380􀆰 42t。 其中农耕地侵蚀模数最大,为 3311􀆰 81t·
(km2·a) - 1,土壤年均流失量为 993􀆰 54t,占小流域水
土流失总量的为 72% ;灌丛地土壤侵蚀模数为
462􀆰 63t·(km2·a) - 1,土壤年均流失量为 323􀆰 84,占小
流域水土流失总量的为 23% ;人工草地侵蚀模数为
630􀆰 39t·(km2·a) - 1,土壤年流失量为 6􀆰 3t,占小流域
水土流失总量的为 5% 。
4  讨论
(1)利用137Cs技术研究岩溶高原湿地小流域土壤
侵蚀特征,本研究得到137Cs 含量在非农耕地中的分布
随土层深度的增加呈指数递减的趋势;在农耕地耕层
土壤中大致呈均匀分布。 这和非岩溶高原湿地区域土
壤中137Cs的分布相似。
(2)小流域不同地貌部位土壤侵蚀速率变化为:
上坡 > 中坡 > 下坡。 农耕地土壤侵蚀速率变化为:
上坡 > 中坡,下坡土壤则发生了堆积;人工草地为:下
坡 >上坡;灌丛地为:中坡 > 上坡 > 下坡,中坡土壤
侵蚀速率最大,下坡最小。 灌丛地土壤侵蚀复杂,这与
灌丛地面积、坡度、坡长和植被有密切关系,因此,除坡
位外,坡度、坡面积、坡长可能也是影响土壤侵蚀的重
要因素,还需从以上几个方面进一步研究小流域灌丛
地的土壤侵蚀特征。
(3) 小流域不同土地利用方式的土壤侵蚀模数大
小为:农耕地 > 人工草地 > 灌丛地,其值分别为:
3311􀆰 81;630􀆰 39; 462􀆰 63t·(km2·a) - 1。 农耕地侵蚀
模数最大,农业耕作对土壤侵蚀影响显著,需要进一步
研究农业耕作与水土流失之间的关系,以实现农业耕
作最好,水土流失量最少的良好效果。
(4) 沙河小流域土壤年均侵蚀模数为 1254􀆰 93t·
(km2·a) - 1,侵蚀强度属于轻度侵蚀,土壤年侵蚀量为
1380􀆰 42t。 其中农耕地土壤侵蚀模数达到了 3311􀆰 81t·
(km2·a) - 1,土壤年流失量为 993􀆰 54t,占小流域土壤
侵蚀总量的 72% 。 小流域土壤侵蚀存在着潜在的发
展趋势,环境进一步恶化,这将加速草海湖泊的衰亡。
因此,研究小流域土壤侵蚀特征,探索小流域水土流失
的治理模式,治理草海生态环境,将是一项长期的任
务。
5  结论
小流域农耕地土壤的侵蚀模数最大,人工草地次
之,灌丛地最小;在不同地貌部位,上坡土壤侵蚀模数
最大,中坡次之,下坡最小;在同一土地利用类型下,农
耕地土壤侵蚀模数变化为:上坡 > 中坡,下坡发生土
壤堆积;草地为:下坡 > 中坡;灌丛地为:中坡 >上坡
>下坡。 除土地利用方式、坡位是影响土壤侵蚀的重
要因素外,坡度、坡面积、植被类型、农业耕作措施等也
是影响土壤侵蚀的重要因素。
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Study on Soil Erosion Features of Small Catchment of
Karst Plateau Wetland by 137 Cs Tracing Technology
LIANG Jia⁃wei1   DAI Quan⁃hou1   ZHANG Xi2   GAO Hua⁃duan1   LIU Wen3
( 1 Guizhou University,College of Forestry,Guiyang,Guizhou  550025,China; 2 Changjiang water
Resources Commission Changjiang Institute of Survey, Planning, Design and Research Wuhan, Hubei  430010;
3 The Administration Bureau of the Caohai National⁃Level Natural Reserve in Guizhou,Weining, Guizhou  553100)
Abstract:The 137Cs tracing technology was used to study the soil erosion features for different land usage patterns and
landform positions in Shahe small catchment of Caohai, Weining. The results showed that the 137Cs background value
was estimated to be 879Bq·m - 2 . Most of the 137Cs in the plow layer of the cultivated sites is distributed uniformly, and
it showed exponentially decline distribution in the non⁃cultivated land vertical section; the values of 137Cs activity per
unit area for different land use patterns followed the order of shrub land > artificial pasture > agricultural land, and soil
erosion modulus size was accorded withthe order of agricultural land > artificial pasture > shrub land. The values of
137Cs activity per unit area was down slope > middle slope > up slope for the different landscape positions and soil
erosion modulus size followed the sequence of up slope > middle slope > down slope. The average erosion modulus of
the small watershed was 1254􀆰 9 t·(km2·a) - 1, the shrub land was 462􀆰 6t·(km2·a) - 1, the artificial pasture was
630􀆰 4t·(km2·a) - 1 and the farmland was 3311􀆰 8t·(km2·a) - 1 . Therefore, the farmland is the fist and foremost task in
the comprehensive management of the small watershed.
Key words:137Cs tracing technology; Caohai; Small catchment; Landform positions; Erosion feature
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