黄土高原土壤侵蚀和生态修复方面取得进展

土壤侵蚀是威胁环境生态的一个重要问题，对农业生产、自然环境有重要影响。我国西北黄土高原面积约0.64×10⁶ km²，其中60%以上的地区存在土壤侵蚀现象，每年的土壤侵蚀量5000-10000 t/km²，是世界上土壤侵蚀最为严重的区域之一。为了治理黄土高原的土壤侵蚀和实现黄土高原地区的可持续发展，我国从20世纪90年代开始在黄土高原实行大面积的“退耕还林”和“退耕还草”政策。土壤侵蚀速率的抑制效果是生态修复评价的主要依据。土壤侵蚀速率研究方法包括径流小区法、野外调查法、定位观测法、遥感技术及核素示踪法。其中核素示踪法是利用上世纪50-60年代大气核试验释放的放射性核素在全球范围内的沉降，及某些核素与土壤颗粒牢固结合的特性，通过测定土壤中这些核素的深度和区域分布，来定量估算土壤的流失和堆积速率。该法具有高效、快速、准确优点，能够对于长尺度的土壤侵蚀程度进行评价。

中国科学院地球环境研究所环境放射性研究组近年来开发了低水平环境钚同位素分析方法，用于土壤、沉积物、水样等环境样品中钚同位素的测定。本工作采集了我国甘肃省庆阳市西峰区南小河沟流域自然植被修复的董庄沟（DZG）和人工植树造林修复的杨家沟（YJG）不同地点的土壤剖面样品（见图1），分析了其中²³⁹Pu和²⁴⁰Pu比活度，获得其中²⁴⁰Pu/²³⁹Pu原子比和^239,240Pu沉积通量等。应用非耕地土壤侵蚀模型，估算了不同地点的土壤侵蚀深度和年均侵蚀速率，初步评价不同修复类型对于土壤侵蚀的抑制效果。

图1,黄土高原南小河流域董庄沟和杨家沟采样点示意图及采样周边环境

 根据我国水利部2007年颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007）中水力侵蚀的划分等级，两个研究区域(D2、D3、Y1及Y2)修复后的土壤侵蚀速率（538-941 t/km²/yr）均小于1000 t/km²/yr，属于微度侵蚀。表明两种生态修复方式均能够有效的抑制土壤侵蚀。  

结合已报道的观测数据发现（见图2），发现在短期内通过人工种植树木修复的杨家沟流域的土壤侵蚀速率是明显优于自然草地植被修复的董庄沟土壤侵蚀速率；但从长远来看自然植被修复是更适合抑制黄土高原土壤侵蚀的生态修复方法。

图2 不同生态修复类型对于土壤侵蚀的影响

本研究是首次使用钚同位素作为示踪剂评估我国黄土高原的土壤侵蚀状况和不同生态修复方式对于土壤侵蚀的抑制效果。表明该方法可为研究黄土高原土壤侵蚀和治理黄土高原提供一种有效的评估手段。

该项目得到科技部基础性工作专项、中国科学院国际合作局国际伙伴计划、国家自然科学基金、国家大气中污染成因与治理攻关项目等项目的资助。

详文及链接见：

Weichao Zhang, Shan Xing, Xiaolin Hou*. Evaluation of soil erosion and ecological rehabilitation in Loess Plateau region in Northwest China using plutonium isotopes[J]. Soil and Tillage Research, 2019, 191: 162-170.