东北黑土区典型农业小流域土壤再分配与泥沙收支的137Cs示踪研究

针对黑土区农业小流域土壤侵蚀机制不清的问题，研究人员运用137Cs技术对比分析了黑龙江三个典型小流域（HS、KS、HL）的土壤再分配率（SRRs）和泥沙收支特征。发现HL流域净侵蚀率最高（725.9 t km?2 yr?1），地形因子主导KS流域侵蚀，而土地利用格局调控HS和HL流域泥沙输移比（SDR）。研究为黑土区水土保持策略制定提供了科学依据。

　　

东北黑土区是我国重要的粮食生产基地，但长期集约化农业活动导致严重土壤侵蚀，黑土层厚度已从开垦初期的60-80cm降至20-30cm。这种"生态危机"不仅威胁粮食安全，还造成养分流失和生态环境退化。传统监测方法难以捕捉流域尺度土壤流失的空间异质性，而放射性核素137Cs技术为中长期土壤再分配研究提供了独特手段。中国科学院地理科学与资源研究所水循环与地表过程重点实验室的研究团队在《Soil and Tillage Research》发表论文，通过137Cs示踪技术对比研究了黑龙江鹤山（HS）、克山（KS）和海伦（HL）三个典型农业小流域的土壤侵蚀规律。

研究采用质量平衡模型MBM2将137Cs活度转化为土壤再分配率，结合无人机LiDAR获取的1米分辨率DEM提取地形因子，运用偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）解析影响因素。采样设计上，各流域分别采集51-53个土壤剖面（深度40-120cm）和61-100个表土样本，通过高纯锗γ能谱仪测定137Cs活度（662 keV峰），并校正至2024年基准值。

研究结果显示：137Cs参考值在三个流域分别为1646-1725 Bq m^?2，空间分布显示林地的137Cs库存量最高，道路区域最低。HS、KS和HL流域的平均净侵蚀率分别为356.4、435.7和725.9 t km^?2 yr^?1，泥沙输移比（SDR）呈现HS（55%）<><>

地形因子主导简单土地利用流域的侵蚀过程：在KS流域，坡度（3.02°）和地形崎岖指数（TRI）与SRRs显著相关（p<0.05）；而在HS和HL流域，防护林带、道路和冲沟等线性地物通过改变径流路径调控侵蚀格局，如HS流域防护林使64%农田侵蚀区的泥沙截留率达45%。降水通过影响径流输移能力导致HL流域（年降水523.8mm）侵蚀率显著高于KS流域（494.8mm）。

该研究创新性揭示了农业小流域土壤侵蚀的"双驱动机制"：简单土地利用条件下地形控制为主，复杂景观中土地利用格局主导。特别指出防护林带可使泥沙输移比降低27个百分点，为黑土区"长坡+防护林"治理模式提供了理论支撑。研究建立的137Cs-地形-土地利用多参数分析框架，对全球类似农业流域的土壤侵蚀防控具有重要借鉴价值。