核技术帮助确认和减轻土壤侵蚀

土壤侵蚀是最常见的土地退化类型，是上层土壤流失的一个过程。植物的大部分养分和水分都来自于上层土壤。当这个被称为表土的肥沃层流失时，土地的生产力下降，农民便失去了种植粮食的一个重要资源。

与风或太阳不同，土壤是一种有限的、不可再生的资源，且正以惊人的速度退化。一些国家和地区受到的影响尤为严重。根据中华人民共和国水利部的数据，2021年，中国的土壤侵蚀面积为267.42万平方公里。

全球约15亿人口正在遭受土壤侵蚀的影响，发展中国家受影响尤甚。但是，借助核技术的帮助，科学家们可以更好地了解土壤侵蚀的原因和机制，确定侵蚀热点，并评估各种土地管理措施对侵蚀率的影响，以使土壤能更适应气候变化的影响，进而保护土壤。

利用核技术，如沉降放射性核素（FRN）技术和特定化合物稳定同位素（CSSI）技术，IAEA协助评估土壤侵蚀，以促使正确的土壤保护战略得以实施。IAEA与联合国粮食及农业组织（粮农组织）合作，助力各国加强利用核技术和同位素技术防治土壤侵蚀、保护土壤资源和支持可持续农业生产的能力。

土壤侵蚀的成因和影响是什么？

虽然土壤侵蚀发生在所有大陆上，是一个自然过程，但人类活动大大加速了这一过程。一般来说，土壤侵蚀在陡峭、倾斜的土地上更为常见。它通常是由自然因素造成的，包括强风或暴雨。然而，不可持续的人类活动，如中国内蒙古地区的过度开垦和过度放牧，可导致这一过程加速两到三个数量级。

土壤侵蚀使土地容易失去肥沃的表土，再加上相关营养物质流失，这对农业生产、粮食保障和环境（主要是水资源）构成了威胁。土壤是高达95%的农业生产之源，因此，土壤的健康和可用性直接影响着食物的质量和数量。世界上大约有四分之一的人口直接依赖于正在退化的土地生产的食物。这些土壤的退化速度也在逐年增加，导致全世界每年损失数百万公顷的土地。

被侵蚀的土壤还影响着水质和水生生物，因为土壤会被径流输送到河流和湖泊等水域中，从而壅塞水库，导致从田地中冲出的营养物质在水中积累，造成藻类暴发。这不仅危害了水质，也会损害水生生物的栖息地。此外，即使在较大的水体中，如海洋，沉积物也可能大量积累，增加附近水域的浊度，降低能见度，进一步威胁水生生态系统的可持续性，往往导致植物群死亡。

土壤侵蚀的其他后果包括生态系统功能退化、山体滑坡和洪水的风险增加、重大生物多样性丧失、城市基础设施破坏，以及人口因环境恶化而迁移。

核技术能起到什么作用？

被侵蚀的土壤可能几代人都无法补救，因此必须评估土壤侵蚀和沉积率，改善土地管理并实施土壤保护措施——这就是核技术可以助力的地方。沉降放射性核素技术和特定化合物稳定同位素技术最常用于解决土壤侵蚀问题。沉降放射性核素技术有助于评估和量化土壤侵蚀率，而特定化合物稳定同位素技术方法则可确定受侵蚀影响最严重的地区。

依据这些核应用的结果，可以实施土壤保持措施，如梯田种植、等高种植、等高条植、最低限度耕作、不耕作、覆土、覆盖作物、侵蚀脊和侵蚀沟。请见马达加斯加和乌干达的例子。

沉降放射性核素（FRN）法

沉降放射性核素随雨水沉积在地面上。土壤中的沉降放射性核素数量非常少，对人体无害，但用核技术测量其精确数量有助于估计土壤侵蚀率。

沉降放射性核素散布在世界各地。最常见的沉降放射性核素是铯-137，主要是在20世纪50-60年代的核武器试验中释放出来的。铯-137散布在世界各地的大气中，然后被雨水沉淀下来，随着时间的推移进入表土。

尽管土壤中的沉降放射性核素数量非常少，且对人体无害，但科学家可通过敏感的γ射线能谱测定法进行测量，并利用其数量评估土壤侵蚀率。当表土受到侵蚀影响时，铯-137的浓度就会降低，而在被侵蚀的土壤沉积的地方，铯-137的浓度则会增加。通过追踪沉降放射性核素的重新分布情况，专家们可以确定有多少土壤从一个地方转移，并沉积在另一个地方。为了解释这些数据，需要确定一个未受到侵蚀或沉积影响的地点。这个地点的沉降放射性核素数量仅因放射性衰变而减少，因此可作为基准，将受侵蚀和沉积的地点与该基准地点进行比较，以计算出被侵蚀或沉积的土壤量。

除了铯-137外，另外两种沉降放射性核素也可用于示踪土壤侵蚀，即铅-210和铍-7。

使用沉降放射性核素进行土壤侵蚀评估比传统方法更便捷、经济、省力，例如在不同规模的地块上进行空间尺度的土壤流失量体积测量或沉积物输出测量。沉降放射性核素技术在研究土地利用对土壤侵蚀的影响和土壤保护措施的效率方面尤为有用。这些信息对于制定土壤保护战略、选择合适的保护措施和实施土壤保护计划是不可或缺的。

特定化合物稳定同位素（CSSI）法

科学家可以追踪土壤中稳定同位素的存在，如碳-13，以确定土壤侵蚀热点，并确定不同的土地使用和作物对侵蚀分布的影响。

沉降放射性核素技术虽然涵盖了土壤侵蚀评估的众多方面，但并未涵盖全部。因此，在确定较大区域（如流域）的沉积物和侵蚀热点的来源时，要使用特定化合物稳定同位素法——这是专门为此目的而设计的评估测试方法。

特定化合物稳定同位素技术用来测量碳-13稳定同位素，以区分土壤有机物的不同来源。这是因为每种植物都有不同的碳-13特征，当植物组织腐烂时，这些特征会保存在土壤中。这使我们能够识别生态系统和土地使用情况，从而了解土壤有机物分布。碳-13分析需要植物组织的成分，而这些成分是稳定的，不会在土壤中分解。源自植物根部的脂肪酸最适合这一目的。当植物组织腐烂时，脂肪酸成为土壤有机物的一部分。它们具有独特的稳定同位素特征，可以像“指纹”一样进行分析和使用。

利用特定化合物稳定同位素技术，科学家将土壤中化合物的 “指纹 ”与占据选定研究区域的生态系统中的化合物相匹配。通过对受侵蚀地区进行取样，科学家可以确定水库中被侵蚀的土壤和沉积物的来源，以及极易发生侵蚀的地区。这些信息对于精准地确定土壤保护措施的目标很有价值。

摘译自IAEA网站