成都學者利用雙核素失蹤技術對防風固沙效益進行評估

　　風沙災害是我國北方干旱和半干旱區主要的生態環境問題之一，對該區社會和經濟的可持續發展造成影響。我國實施的“三北”防護林工程，減少了“三北”地區的荒漠化和沙塵暴。但由于地面監測資料欠缺，單純依靠遙感手段難以科學評估“三北”防護林效益。中國科學院成都山地災害與環境研究所副研究員蘇正安利用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex雙核素示蹤技術，以河北省張家口市張北縣為典型區域，初步揭示和評估該區農田防護林的防風固沙效益。

　　研究人員提出了¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex雙核素估算防護林地（退耕地）土壤侵蝕速率模型。¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex是目前運用較成熟的兩種核素示蹤劑，其中¹³⁷Cs主要用于估算1963年以來的平均土壤侵蝕速率，²¹⁰Pb_ex主要用于估算近百年尺度的平均土壤侵蝕速率；但已有的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex估算土壤侵蝕速率模型均只適用于近百年以來土地利用類型未發生變化的農耕地和非農耕地，即土地利用類型處于穩定態。從20世紀70年代末期起，張北縣開始在耕地上大規模種植防護林，坡地土地利用類型由耕地轉變為林草地，土壤侵蝕速率發生顯著變化，土壤¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex的剖面形態均發生一定變化，形成了非穩定態坡地，已有的估算土壤侵蝕速率模型均無法適用。研究人員利用耕地和非耕地的²¹⁰Pb_ex模型，并根據¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex的來源和質量平衡過程，提出了基于¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex的雙核素估算退耕地侵蝕速率模型。

　　研究人員采用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex雙核素估算土壤侵蝕模型，估算該區農田和防護林（退耕地）的土壤侵蝕速率及其變化。²¹⁰Pbex法估算“三北”防護林種植以前農田和垂直于主風方向防護林的風蝕速率分別為68.55±22.11 t ha^-1 yr^-1和38.85±44.51 t ha^-1 yr^-1，“三北”防護林建成以后農田和垂直于主風方向防護林的風蝕速率分別下降為-8.52±47.32 t ha^-1 yr^-1和-6.40±48.59 t ha^-1 yr^-1；采用¹³⁷Cs法估算該區農田和垂直于主風方向防護林的風蝕速率分別為29.11±14.42 t ha^-1 yr^-1和3.27±11.57 t ha^-1 yr^-1。研究表明，¹³⁷Cs面積活度及其空間變化能夠較好地表征該區農田和防護林自1963年以來的平均風蝕速率，且由于防護林成林前風蝕速率高，主要反映了防護林成林前的風蝕速率；²¹⁰Pb_ex能夠較好地反映該區防護林建成前后的農田和防護林的風蝕速率及其變化。此外，研究還發現，防護林建成之后，農田防護林發揮了防風固沙和攔截風沙作用，農田的土壤侵蝕速率降低，甚至從風力侵蝕區轉變為風沙沉積區。

　　相關研究成果發表在Soil Tillage and Research上，研究工作得到水體污染控制與治理科技重大專項課題、國家重點研發項目和四川省科技廳項目等的支持。

　　圖1.三北防護林景觀

　　圖2.防護林影響下農耕地¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex的空間分布格局