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利用核技术评估和测量乌干达土壤侵蚀的深度

土壤管理 核技术 放射性核素 示踪剂
发布:2021-04-16 14:49:14     来源:IAEA


 乌干达西南高原的山区农业地区受到土壤侵蚀的影响。(照片:E。Fulajtar /国际原子能机构)

数百万乌干达人的生计植根于高地–东非国家的山区或高地地区。乌干达的高地遍布东部和西部边界,是该国4600万人中约40%的家园。这些地区在农业中发挥着重要作用,据该国农业,畜牧业和渔业部称,这是许多乌干达人的主要收入来源,其中包括70%的在职妇女。这些地区也被认为是由于土壤侵蚀而导致土地退化猖erosion的主要热点地区之一。

维持生命的重要理由是首都坎帕拉的国家农业研究实验室(NARL)最近在国际原子能机构的支持下与联合国粮食及农业组织(FAO)合作完成的一项研究的主题。专家们使用核技术评估了高地的侵蚀率,以使决策者,农民和其他利益相关者了解采取何种措施来扭转或至少减少土地退化。“通过技术合作计划,NARL是国家农业研究组织的下属机构,自2013年以来一直受益于开发侵蚀研究的能力。2016-17年,NARL的员工完成了土壤采样培训,分析了137 Ca( Cs-137)在土壤中的放射性核素,可作为侵蚀示踪剂,

该研究包括在西南高地的鲁班达地区的梯田上对斜坡样带进行采样。结果表明,大多数梯田被侵蚀了-在过去60年中损失了约12.6 cm的表土-表明在乌干达高地的陡坡上,传统梯田技术保护土壤的效果不充分。

粮农组织/国际原子能机构粮食和农业核技术联合中心的土壤科学家埃米尔·富拉伊塔尔(Emil Fulajtar)说:“高地人口稠密,被农业密集开发,因为它们降雨高,温度适中,易于定居。” “这片土地被约30至40度陡坡上的小型家庭农场所控制。” 由于雨水很容易冲走表层土壤(土壤剖面中最肥沃的部分),因此这些地区受到土地退化的威胁。


 
严重退化的田地失去了生产潜力,被废弃了。(照片:E。Fulajtar /国际原子能机构)

用于评估和验证测量结果的核技术

来自乌干达,卢旺达和中国的研究人员使用传统的非核模型方法评估了该国的土壤侵蚀,最近一次是在2017年。通过通用水土流失方程(USLE)(描述长期平均年侵蚀率的数学模型)获得的结果表明,高地的平均土壤侵蚀率在每公顷每年10至100吨之间(t / ha / y),通常超过100吨/ ha / y。高地的收成超过了该国平均水平的3.2吨/公顷/年,并突显了采取土壤保持措施以确保可持续农业生产的必要性。这些模型提供的估计速率缺乏需要通过现场测量获得的验证。

研究人员使用Cs-137放射性核素作为示踪剂,对41个土壤剖面进行了采样,以测量侵蚀速率。Fulajtar说:“只有四个土壤剖面是稳定的,既没有侵蚀也没有沉积,并且有六个剖面显示了沉积,侵蚀造成的沉积物在此积聚,改变了土地的形状,” Fulajtar说。其余31个剖面被侵蚀,最大侵蚀速率为96吨/公顷/年,平均侵蚀率为30.4吨/公顷/年。用Cs-137获得的现场测量结果支持USLE计算的估计值。通过IAEA的技术合作计划和协调研究项目,在70多个国家/地区采用了Cs-137方法(请参阅辐射放射性核素评估土壤侵蚀) 测量侵蚀率并验证保护方法的效率。

由于沉积和侵蚀剖面数量之间的差异,Fulajtar得出结论:“大多数侵蚀的土壤已从耕种的梯田坡地上清除,最终落在山坡和山谷上,或者以河流和湖泊中的悬浮沉积物的形式存在”,从而影响了土壤的质量。水资源。

自1960年代初以来-当Cs-137从核武器测试中释放到大气中并沉积在地球表面时-直到2018年取样之时,已耕种的表土层中有60%以上(即12.6厘米)被耕作。失去了侵蚀。Fulajtar说,还需要采取其他的水土保持措施,这提出了三种有希望的方法:免耕土地管理,以减少降雨造成的土壤侵蚀,同时增加渗入土壤的水量;转向土壤保护效率更高的农作物,例如从木薯,高粱,豌豆和豆类到小麦或其他种子密集的农作物;和侵蚀沟渠来阻止径流和沉积物的迁移。

IAEA的研究报告在乌干达的《国家环境状况报告》中,以帮助指导决策者解决环境问题。“政策制定者需要有关水土流失率,其对民生的影响以及各种水土保持措施的有效性的信息,以使他们能够通过有关可持续利用自然资源的相关政策,法规和条例,其中有420万小农户从此谋生。” NARL的Crammer Kayuki Kaizzi说。“通过更好的水土管理,减少水土流失,将减少河流,湖泊和其他开放水域的淤积,从而造福于环境,小农和农村地区的人们。

当径流水形成小通道时,小河侵蚀在乌干达高地的某些田地中很丰富。(照片:E。Fulajtar /国际原子能机构)

科学辐射放射性核素评估土壤侵蚀

天然存在的和人工沉积的放射性核素(FRN),例如铯137(Cs-137),过量的铅210(Pb-210ex)和铍7(Be-7),它们在大气中的含量很少,并沉积在地球表面通过雨。在陆地上,它们仅出现在表土层中,并且当该层的一部分被侵蚀除去时,其浓度会降低。为了量化FRN的减少,将研究区域与不受干扰的参考区域进行比较,该参考区域已通过土地利用信息进行了验证。这种减少表明从特定位置清除了多少土壤。Cs-137是最常用的FRN,是一种人工放射性核素,它是1950年代和1960年代核武器试验的结果而释放的。它可以用来估计从土壤沉降到土壤采样期间的平均土壤侵蚀率。

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