1、 土地退化方法应用初步研究以闽西沙县东溪流域为例提 要 综合运用 137s、土壤磁测等新技术手段，结合土壤结构水稳性、E 等部分土壤理化指标，对闽西沙县东溪流域坡地不同部位的土地退化特征进行初步的定量研究，结果表明：土壤中 137s 含量与坡度呈很强的对数关系 R=0.83) ，表明土地退化随坡度的增加而加剧；土壤表层磁化率富集系数与坡度呈较强的对数关系 R=0.63)，表明土地退化随坡度的增加而加剧；不同地貌部位以及不同的土地利用类型之间，其土壤部分理化指标，在不同的显著性水平上，呈现一定的退化特征。关键词 137s 土壤磁测 土壤侵蚀与土地退化 坡地分 类 中图法 S157 土地退化是当今
2、全球变化研究的重要内容。本世纪以来，由于人口的迅猛增加带来的食物需求以及人类不合理的开发利用土地，已引起全球土地资源的不断退化和生态环境的日益恶化1。近年来，国内外与此相关的研究方兴未艾，取得了一定的成果。但研究方法多局限于建立野外观测或试验站；建立数学模型或对 USLE、EPP 等进行参数修正后应用于区域土壤侵蚀与土地退化的定量研究等，不仅耗费了人力、财力和时间，而且由于方法本身的局限，其方法和成果又往往难以推广到其它地区。因此，尝试综合运用多种快速、简便方法，进行区域土地退化定量研究，对于丰富土地退化研究的理论和方法，准确制定区域土地退化防治对策，促进土地资源可持续发展，具有重要的理论与实
3、践意义。 本文选择闽西沙县东溪流域为研究区，综合运用 137s、土壤磁测等新技术手段，并结合土壤结构水稳性、E 等部分土壤理化指标，对该区坡地不同部位以及不同土地利用类型的土地退化特征进行初步的定量研究，取得了初步研究成果。1 研究区概况 福建省沙县东溪流域位于福建省中部偏西，闽江上游沙溪河下游。东溪由富口、高桥和夏茂三条支流汇流而成，流域面积为 836.2k2。沙县地处东径 1173211806，北纬 2606 2646之间，总面积 1885.63k2，以地面积最广，具有“八一水一分田”的地表特点，是闽西北地区重要的粮食和林业生产基地。2 研究方法 2.1 137s 测试技术 环境中 137
4、s 的惟一在于大气核试验或核泄漏2 、3 ，其首次进入大气环境为 1945 年全球第一次核试验4，大剂量的 137s 进入大气环境则开始于 1952 年 11 月高当量的核爆炸5，在这些核试验中，137s 和其它放射性元素一并进入大气层参与全球的大气环流6，又从平流层进入对流层并随大气降水在地表沉积6 、7 。 37s 被迅速而牢固地吸附于土壤粘粒和有机质团粒结构7，基本上不发生化学反应8，137s 在地表的运动和再分布主要伴随土壤的物理运动而进行。因此，137s 独特的性质使其成为土壤侵蚀和堆积定量研究的较好的示踪剂。 137s 具有 放射性，其发射的 射线能量为 661.6Kev，半衰期为
5、 30.17 年。用高纯锗 谱仪分别测定样品和标准源能谱，用道边界法进行分析，计算其峰面积。本次实验测量在英国 Durha 大学进行，设备由高纯锗 探测器、前置放大器、高压、主放、液氮容器、微机多道分析器、AD 转换等部分组成。 探测器是美国 RTE 公司生产的高纯锗同轴探测器；高压由美国 RTE 生产的 459 型，工作电压 1.5kV；主放由美国 RTE 生产的 572 型，放大倍数 24 倍；微机多道分析器采用 RTE 生产的 4096 道多道分析器；使用本系统测定 137s，实际测得分辨率时，601.33eV 全能峰 FH=2.1keV，峰康比为 491，长期稳定性好。2.2 土壤磁化
6、率的测定 土壤磁学是一门新兴的土壤学科分支，在研究土壤发生分类、土壤肥力演变规律、土壤调查制图、植物营养诊断、生物磁性以及土壤改良、土壤侵蚀以及空间分布等领域开辟了一条新的途径。本研究磁化率的测定采用英国 Durha 大学提供的英国 Bartingtn 公司生产的 S2 型磁测仪。将野外采集样品装入 10l 塑料管内直接置于仪器测定。由于土壤磁性受土壤容重、水分等因素的影响，本研究共采集样品 102 个，分两次测定，第一次测定在野外进行；第二次将样品带回英国 Durha 大学实验室采用同一仪器测定，将两次测得的同一样品的数据进行校正后用于分析。2.3 有关土壤理化指标分析 土壤的自然特性是土地
7、退化的基础，人类活动的不合理影响则加速土地退化的过程。因此，选择一定的土壤理化指标可分析区域土地退化的程度。本研究选取土壤的团粒结构的水稳性、土壤的阳离子交换性能等作为分析本区土地退化的指标。 1) 团粒结构水稳性的测定土壤结构与土壤肥力有密切关系，许多学者对不同粒径的水稳性土壤结构对土壤肥力的影响作了研究，但由于各国土壤结构差异较大，土壤结构或机械组成的分级系统之间亦有很大差别。本研究理化指标在英国测定，采用英制分类。团粒结构水稳性测定颗粒采用 2 和 0.5 两个代表性级别。采集样品风干后过 2 筛测定其水稳性。自然风干样品过 2 筛，大于 2 筛的样品置于 0.5 筛并淹没于水中，辅之以
8、 0.51/in 流速，24 小时后水中过筛，分别将筛中和过筛样品风干，称重。大于 0.5 的样品再经研磨过筛，确定0.5 的样品重量，团粒结构水稳性可根据以上结果用下式表示：SAA=S SG)/DSSG)100 或者 SAT=SSG)/TSG)100 式中，S 为水中过筛大于 0.5 粒径样品重；SG 为过水筛 0.5 粒径并经研磨后仍大于 0.5 粒径的样品重；DS 为风干样品过筛大于 2 粒径的样品重；T 为样品的总重量； SAA 为表示大于粒径 2 土壤团粒结构的水稳性； SAT 为表示整个土壤样品的团粒结构的水稳性。 2) 阳离子交换性能的测定包括交换性阳离子 K、Na 、a、g，阳
9、离子交换量 E)、交换性盐基 BS) 的测定。阳离子交换量的大小可作为评价土壤保水保肥能力的指标，是改良土壤和合理施肥的重要依据之一。土壤交换性能的分析方法很多，本研究采用常规分析方法，即原子吸收光谱分析法和醋酸铵法测定。3 样品采集与样点描述 3.1 样品采集 野外调查与采样工作于 1993 年 12 月、1994 年 7 月和 1995 年 11 月进行，样点主要集中于夏茂、富口、高桥，选取样点 17 个，样点分别位于坡耕地的坡顶和坡下部，每个样点从土壤表层开始间增距 5 深至 25，分别采取 6 个土样，用于测定磁化率以及有关土壤理化指标，坡度测定采用 AbneyLevel 法。另在样点
10、以 442 见方，深至 25 采集样品用于 137s 含量测定。样点采集后，除磁化率第一次测定在野外进行以外，全部带至英国 Durha 大学实验室测定。 3.2 样点描述 样点代号、分布位置、所在坡度、137s 强度以及相应的土地利用方式见表 1。根据野外考察，本区红壤低丘大部分属凸形坡，从整个坡面情况看，往往较陡处位于凸形坡的中下部，全部 17 个样点位于 6 个凸形坡上， 6 个凸形坡的平均坡度为 17.3。为了研究本区土地利用类型与土地退化的关系，将样点分成四组，即第一组 G1) 为坡耕地顶部 Arable rest)；第二组 G2) 为未受干扰的样点 Undisturbedsite)；
11、第三组 G3) 茶园 Tea plantatin)；第四组 G4) 为坡耕地中下部 Arable slpe)。表 1 样点代号、采样地点、土地利用类型以及有关指标 Table1 The sapling sites, land use types and the slpe angle, s ativity as ell as the layer enrihent f ageti suseptibility 样点序号样点代号采样地点土地类型组别坡度油茶园 G3120153.82XBXA2)夏茂大布油茶园 G3210102.73GQA 高桥 1 油茶园 G3924221125.94GQB 高桥 1
12、耕地G4150121.45GQ-GQREF)高桥 1 庙旁油茶园 G310114681.66GQGQL)高桥 2 耕地G225055141.47GQDGQE)高桥 2 耕地 G420095.28FKA 富口盖竹 1 耕地 G144075109.49FKB 富口盖竹 1 耕地 G4172059105.910FK 富口盖竹 1 耕地 G423519126.911FKE 富口白溪口 1 耕地 G162406107.012FKF 富口白溪口 1 耕地 G417270287.813FKG 富口白溪口 1 耕地G419741101.414FKH 富口白溪口 2 耕地 G222991153.715FKJ 富
13、口白溪口 2 耕地G420561113.016FKK 富口白溪口 2 耕地 G423062.117FKDREF1)富口盖竹 2 林地*18SA 三明市郊公园林地*4967*注：* 为未检测 4 结果分析与讨论 4.1137s 分析结果 4.1.1137s 与坡度的关系 全部 17 个样点 137s 强度值如表 1 所示，其中 5 个样点的 137s 强度值未检出，相应的坡度值也较大，其中 3 个样点均大于 20，最小坡度 12，富含 137s 的表土层已被完全侵蚀，这些样点分布在耕地的中下部和茶园类型，受人类活动的影响较大。根据 137s 强度与所在坡度之间的关系分析，两者具有较高的相关系数，
14、呈负相关，根据计算机拟合比较，认为 137s 强度与坡度之间对数关系优于线性关系，回归方程为 Y=1603.9LnX)5358.5，其中 F 检验值远小于 0.01，在 =0.01 水平有显著性相关，回归方程中 Y 为 137s 强度值，X 为坡度值。图 1 137s 强度与坡度关系图 Fig.1 The relatinship beteen s-137 inventry and the slpe angle 从整个坡形分析，从 FKA、FKB 至 FK 即从坡顶至中下坡，随坡度的增加 137s 含量显著减少，其它坡面亦呈较强的相似特征，如 FKE、FKF 和 FKG，以及 FKH、FKJ 和
15、 FKK。而坡面 XA 和 XB，137s 强度低于检出值，说明整个坡面土壤侵蚀剧烈。 4.1.2137s 与土壤侵蚀之间关系分析 土壤侵蚀的速率计算必须根据 137s 含量分布并运用合适的模型加以计算，目前在国内，由于以下两个因素限制给本研究带来一定的难度：其一，每次核试验的时间和强度基本不公开；其二，研究区 137s 含量的本底值难以精确确定。后者的重要性在于根据此值才能确定样点 137s 强度的相对大小。诚然，在这样人口稠密及人类活动频繁的地区难以克服上述因素而求得精确结果，因此，应用简单模型10 计算土壤侵蚀大小似乎更优于运用其他模型进行土壤侵蚀空间分布规律的研究2、8。X=Yr1H/
16、H)n1964 式中：X 为样点 137s 强度值 Bq/2)；H 为每年土壤流失厚度 )；H 为犁底层厚度 )。 全部样点 137s 分析于 1996 年进行，故 n 取 1996，经有关修正运用上述公式计算，本研究区两个未受扰动样点 137s 的本底值为 40231459Bq/2，三明附近即样点 19 测得 137s 本底值为 4967Bq/2，表明区域之间有较大的变异性，但仍有一定的参考意义2。计算结果表明，本研究区土壤侵蚀强度坡耕地顶部、中下坡和茶园分别为 1.6/a、10.4/a 和 8.0/a，侵蚀强度从强到弱依次为坡耕地中下坡茶园耕地坡顶。根据水电部颁布的侵蚀强度分级标准，耕地顶
17、部由于坡度较缓，侵蚀强度属轻度侵蚀，而耕地中下坡和茶园属于极强度侵蚀。4.2 磁化率、土壤结构水稳性及土壤有关理化指标结果分析 4.2.1 坡度与土壤表层磁性富集系数的关系分析 样点所在坡度与土壤表层磁性富集系数如表 1 所示，经分析，两者呈现较好的负对数相关 R=0.63)，经方差检验在 a=0.05 水平上呈显著性相关关系，相关方程为 Xslef=16.88LnX)149.62，其中，Xslef 为土壤表层的磁性富集系数， X 为坡度。图 2 为两者对数相关关系曲线。其结果表明，随着坡度的增大，土壤表层磁性的富集系数 Xslef 减小。Xslef 表示土壤表层磁化率与样点磁化率平均值之比率
18、。一般认为，土壤表层的磁化率高于其下层。上述两者关系说明，随着坡度的增大，土壤表层被冲蚀的强度逐渐增强，此结果和坡度与 137s 强度关系基本一致，反映了本区样点坡度与土壤侵蚀显著的正相关关系。图 2 土壤表层磁性富集系数与坡度之间的关系 Fig.2 The relatinship beteen the Xslef and the slpe angle4.2.2 土壤其他理化指标的分析 表 2 为不同土地利用类型土壤理化指标的平均值及标准差，从中可以分析得到：表 2 不同土地利用类型土壤理化指标的平均值及标准差 Table2 The ean and standard deviatin f si
19、l prperties by site types 土壤理化指标未受干扰样点 G2)茶园 G3)坡耕地顶部 G1)坡耕地中下部 G4)平均值标准差平均值标准差平均值标准差平均值标准差a1.934.120.390.230.420.290.690.52g0.410.550.200.270.130.070.230.12Na0.180.040.480.980.180.030.240.17K0.260.120.240.110.120.030.330.19E25.009.2019.509.4018.607.4013.304.30BS12.1018.707.506.705.202.6013.209.70SA
20、T31.408.9050.1020.4015.1011.3018.609.90 1) 结合各个剖面土壤理化指标，所有样点代换性盐基和阳离子交换量都很低，尽管总体上 E 在平缓的坡顶高于其中下坡位。6 个坡面的平均值表明，E 在土壤表面 05 的含量在未受扰动样点为 43.3l/g，在林地和竹林的样点为 27.1l/g，茶园中表层 E 最高量为 35.5l/g，而耕地中仅有一样点达到 20l/g，其它营养元素情况亦有一定的相似性，与南方其它丘陵红壤含量相比，本研究区部分指标偏低，说明本区土壤部分营养指标偏低。 2) 不同的土地利用类型中，K、E、团粒水稳性、磁化率以及 137s 具有显著的差异。进一步分析结果表明，耕地、园地和未受干扰样点的指标相比较显示出一定的退化特征，同时，在耕地的顶部、中下坡以及茶园之间亦具有差异。F 检验矩阵结果表明，在 a=0.01 的显著性水平，未受扰动样点相对于耕地顶部 G1) 具有较高的 K，相对于耕地中下坡 G4) 有较高的 E；在 a=0.1 的水平下，相对于 G1 有较高的 g、a，相对于 G4 有较高的 a、g 和 K，相对茶园 G3) 具有较高的 a。而 G4 相对其它样点具有较低的 E 之突出差异。尽管样点采集并非详尽，但已有结果表明了中下坡位 G4) 耕作导致了土壤营养的丧失，指征了土壤存在一定程度的加速侵蚀之现实。参考文献
