137Cs在坡耕地中的分布特征及土壤侵蚀中的作用分析
137Cs是一种人工放射性核素，半衰期为30.17 年，主要来源于20世纪50～70年代大气热核试验和1986年前苏联切尔诺贝利核电站爆炸以及2011年日本福岛核泄漏事故的副产物。
137Cs进入大气同温层后伴随大气环流运动，通过干沉降和湿沉降作用到达地表后迅速被黏土矿物和有机质紧密吸附，此后137Cs只随土壤颗粒发生物理迁移，且在土壤中的重新分配作用主要由土壤侵蚀和沉积作用所致，因此这也正是137Cs示踪土壤侵蚀的先决条件[1]。
137Cs示踪的基本原理是通过测定采样点土壤中137Cs的含量相对于[专业提供代写教学论文和论文代写的服务，欢迎光临背景值的变化，并将这种变化与土壤的运移量相联系，判断采样点是受到侵蚀还是发生沉积以实现对土壤侵蚀量的测定[2]。
该示踪方法由于简单、操作性强等优点，已在世界范围内不同区域生态环境条件下进行了成功的运用[3—6]。
在应用137Cs进行土壤侵蚀示踪时，随着诸多基于土壤137Cs损失率与土壤侵蚀量之间的定量关系模型的建立，已开展的工作多数集中于研究中长期（大约50年）的土壤侵蚀或沉积作用的强度和空间分布特征[7]，对137Cs在较小的区域范围内的分布特征及土壤侵蚀状况研究则相对较少。
研究认为，在较为平坦的农耕地土壤中，137Cs主要集中在耕层以内，且水平和垂直分布特征均呈现均一性分布特征[8]。
然而，137Cs在坡耕地土壤中的分布特征如何，是否也具有相似的变化规律，有待进一步研究。
基于此，选择了一块较为规则的坡耕地作为研究对象，分析了137Cs比活度在土壤中不同部位的分布特征及土壤侵蚀状况，旨在为进一步运用137Cs示踪研究土壤侵蚀提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 样品采集与分析 研究区位于云南省滇池流域的关山水库附近，样品采集于2007年9月。
在研究区内选择了一块平均坡度为15.8的矩形坡耕地（中心点地理坐标为244924N，1025013.6E），其长和宽分别为31.5 m和11.0 m。
为充分反映坡耕地土壤中137Cs的分布特征，按照预先布设的6行10列的网格状进行采样，其中行间距为3.5 m，列间距为2.2 m，样点分布如图1所示。
全样采用内径为6 cm的取样钻垂直打入土层，深度均为35 cm，取出完整土样，即为土壤全样，共计60个。
分层样采集面积为10 cm15 cm，用小铲刀自表层往下按照每3 cm间距取样，采样深度至36 cm。
样品自然风干，剔除杂草和小石子，经研磨后过2 mm筛，然后放入105 ℃左右的烘箱中烘至恒重，冷却后用0.001 g精度的天平称取300 g放在同一规格的塑料容器中，摇匀，使土壤样品表层在容器中较为平整，然后进行放射性核素的测量。
测试仪器为美国EGGORTEC公司生产的高纯锗探测器、数字化谱仪及多通道分析系统。
该谱议的主要指标为：对Co1.33 MeV的能量分辨率为2.25 MeV，峰康比大于60∶1，相对探测效率为62%，具有良好的稳定性。
每个样品的测量时间为21 600 s（实时），其中137Cs的质量活度根据661.6 KeV射线的全峰面积求得。
在3个分层样点附近用环刀各采集容重样品3盒，取其平均值获得该土壤样品的容重。
1.2 样品137Cs含量的计算 对于分层样，测试得到样品的137Cs比活度，应用以下公式计算出相应样点的含量[9]： CPI=■CiBdiDi103 （1） 式中，CPI表示样点137Cs的含量（Bq/m2），i为采样层序号，n为采样层数，Ci为采样层的137Cs比活度（Bq/kg），Bdi为i采样层的土壤容重（g/cm3），Di为i采样层的深度（m）。
对于全样，应用以下公式求其137Cs的含量[9]： CPI= CiWy/S （2） 式中，CPI表示样点的137Cs含量（Bq/m2），Ci为全样中137Cs的比活度（Bq/kg），Wy为过筛后全样的重量（kg），S为取样器的横截面积（m2）。
1.3 土壤侵蚀模型选择 本研究选取Zhang等[10]建立的基于137Cs估算耕作土的侵蚀模型，其具体公式如下： X= X0（1—H/H）N—1963 （3） 式中，X为土壤中的137Cs含量（Bq/m2），X0为当地的137Cs背景值（Bq/m2），H为犁耕层的厚度（cm），H为年土壤流失厚度（cm），N为采样年份。
获得年土壤流失厚度H后，年平均土壤侵蚀量可以从下式中得到： ER=HD10 000 （4） 式中，ER为年平均土壤侵蚀量（t/km2a），D为土壤容重（g/cm3）。
2 结果与分析 2.1 137Cs背景值的确立 137Cs背景值的确定是应用137Cs示踪法估算土壤侵蚀作用的关键，直接影响到土壤侵蚀模数或土壤侵蚀速率的准确性。
一般而言，国内外研究中一般把未受到侵蚀或沉积的大面积的平坦山顶作为理想的背景值采样区[11]。
在本研究区内，由于受当地地形的制约，大面积坡顶被开发为农耕地，且坡度相对较大，仅有土壤侵蚀输出而无输入；未被开发的非农耕地，植被覆盖条件较差，其137Cs总量较低，甚至低于检测值，故山顶部位不适宜作为基准点。
鉴于此，本研究选取了位于采样点附近的呈贡机场为背景值取样点，通过咨询当地农民和实地勘查获悉，该机场修建于抗日战争时期，近50年未受到土壤侵蚀和沉积作用，地表植被覆盖率为90%～95%，并已在本课题组得到了很好的尝试应用[12]，由此可以作为理想的背景值点。
通过10 cm10 cm的栅格状按照3 cm间隔采集分层样品，共采集3个样点，实验室测试土壤剖面的137Cs比活度（图2）。
通过计算获得机场3个采样点137Cs的含量分别为887.9、939.5和 926.6 Bq/m2，各个采样点之间含量相差较小，取其平均值为918 Bq/m2。
从图2可以看出，137Cs比活度自表层往下呈现指数衰减的特征，与非耕作土的分布模式相一致。
137Cs主要分布在24 cm以内，自此深度以下很难检测到137Cs的存在。
本研究结果与课题组已有的背景值（平均值906 Bq/m2，考虑137Cs衰变校正至采样年份2007年约为835 Bq/m2）相比较，略有偏差，分析可能是由实际采样层的厚度不同和测试仪器本身存在不同的误差所造成的。
张燕等[12]采集样品厚度以2 cm/层采集至10 cm处，然后按照5 cm/层采集至25 cm处，而本研究则是按照3 cm/层的间隔。