黄土高原是我国土壤侵蚀最严重的地区之一,其中水蚀风蚀交错带受风力和水力交错作用,土壤侵蚀强烈,成为黄土高原侵蚀最严重的区域,加之该区地面物质组成复杂,即使在水土保持工程持续大规模实施的背景下,该区域仍是黄河下游河床泥沙的重要来源地[1-6]。针对该区域的风水交错侵蚀特征,深入研究土壤侵蚀的过程与机理,揭示土壤侵蚀的变化规律,为科学防治水土流失提供科学依据。前人采用3S、野外调查、核素示踪、小区观测、模拟试验等方法对该区域的土壤侵蚀开展了大量研究,并取得了丰硕的成果[7-10]。然而该区土壤侵蚀过程复杂且全年活跃,限制了传统方法在该区土壤交错侵蚀研究中的应用,而核素示踪技术,尤其是半衰期较短的天然放射性核素7Be,对示踪该区的土壤交错侵蚀具有独到优势[11]。
7Be的沉降特征为其示踪短期土壤侵蚀提供了可能。7Be是具有连续来源的天然放射性核素,经干、湿沉降到达地表后,迅速与地表土壤颗粒吸附,在土壤中的分布和含量均较稳定[12]。7Be半衰期较短(53.3 d),导致其在土壤中的分布深度较小且无法长期蓄存。7Be主要分布在土壤表层0—20 mm内,尤其在0—2 mm内含量最高,其含量随土层深度增加一般呈指数递减[13]。7Be的上述基本特征不仅使其适用于短期土壤侵蚀示踪,也为运用其区分交错侵蚀区域的风蚀、水蚀提供了准确、便利的方法。可见,明确7Be在土壤中的背景分布特征是利用7Be示踪土壤交错侵蚀的基础。
7Be的土壤剖面分布特征可用其面积浓度(Bq/m2)或质量浓度(Bq/kg)随土层深度的变化、质量深度(kg/m2)等描述。前人对7Be的土壤剖面分布特征开展了大量研究并取得丰硕成果。在国内外不同区域的研究表明,7Be集中分布在表层0—20 mm或者0—30 mm土壤中,未扰动土壤中其基本呈现随土层深度增加的指数递减规律[12-13]。7Be在土壤剖面中的分布主要受降雨、纬度、海拔、土壤质地、土壤入渗能力等因素的影响[14-15]。首先,7Be主要是通过湿沉降到达地表,降水状况直接决定土壤中7Be的含量[16]。因而,影响降雨的因素,包括地理纬度、海拔等均会对土壤中的7Be含量造成影响。7Be沉降通量与降雨量存在密切的相关性,前人研究发现可用线性函数表达[14]。纬度的影响表现为中高纬度地区高于低纬度地区,同一纬度降雨多的地区沉降通量大[17]。如黔中地区7Be背景值为263 Bq/m2,较陕西安塞地区7Be背景值392 Bq/m2要低,而比四川盐亭地区7Be背景值143.2 Bq/m2要高[18-22]。其次,土壤中7Be含量受土壤质地的影响。随土壤颗粒粒径变小而变少,相较于粗颗粒,在土壤组分较细、有机质含量较高、黏粒含量较多的条件下往往可以检测到较高的7Be含量。研究表明细组分和有机质的增加可导致土壤负电荷增多,使得细颗粒对7Be的吸附能力变强,不同粒级大小土壤中7Be含量分布规律为黏粒>粉砂粒>沙粒[23]。除上述原因外,土壤入渗也影响7Be的剖面分布,对于美国沼泽土和中国三峡库区紫色土的研究均表明,在土壤未饱和的情况下,雨水的快速下渗会导致7be向更深的土壤剖面分布[24-26]。目前大多研究均聚焦于单一外营力(水力为主,风力较少)背景下的7Be剖面分布特征、描述函数影响因素等[27],而对风力、水力交错条件下7Be特征的研究薄弱。
明确水蚀风蚀交错带7Be在不同土壤类型的背景分布特征,是运用该方法研究该区域交错侵蚀的基础。本研究基于土壤中7Be仅分布在土壤表层且呈指数递减的特点,在陕西省榆林市神木县六道沟流域建立当地4种典型土壤(粉壤土、粉黏土、沙壤土和风沙土)的7Be背景值观测小区,观测风季(10月—次年5月)和雨季(5—10月)的7Be背景值含量、剖面分布特征,分析其张弛质量深度,明确不同类型土壤的7Be分布特征,为运用7Be示踪该区域的土壤交错侵蚀研究提供依据。
