土壤侵蚀及其所导致的土壤质量退化是重大的世界性环境问题之一,不仅导致土壤退化、土地生产力降低,影响农业生产和食物安全,而且伴随径流、泥沙运移的污染物对异地生态环境、人类生存和社会经济发展都会带来严重影响。土壤侵蚀及其引起的土壤养分流失、土壤退化、水体污染、富营养化、水库淤积等一系列的生态环境问题,给整个国家的生态环境和经济发展带来严重损害。相对我国而言,正确认识和处理土壤侵蚀是关系国家前途和命运的重大问题。当前,我国是世界上遭受土壤侵蚀和水土流失最严重的国家之一,土壤侵蚀引发的土壤肥力流失、土地退化等一系列的生态环境问题日益严重;主要表现在大面积的土壤侵蚀,使生态系统生产力普遍降低。土壤侵蚀已对我国的粮食安全、生态安全和社会经济可持续发展构成了严重威胁。加大对土壤侵蚀研究的投入,揭示土壤侵蚀规律,对指导生态建设,恢复良好的生态环境具有重要的科学和现实意义。研究土壤侵蚀规律的传统方法由于自身的局限性,难以对某些土壤侵蚀规律进行更深入的研究;然而,核素示踪技术应用于土壤侵蚀的研究中,不仅拓宽了土壤侵蚀的研究手段,而且对土壤侵蚀规律的深入研究具有独特的优势,核素示踪技术在土壤侵蚀研究领域里越来越受到重视。核素示踪技术在土壤侵蚀研究中表现出鲜明的特点和优势,随着土壤侵蚀研究的深入,需要进一步拓宽核素示踪技术的应用范围,提高核素示踪的准确度,为深入研究土壤侵蚀过程和建立土壤侵蚀定量模型提供理论支撑。目前,环境放射性核素示踪技术在土壤侵蚀和环境演变的研究中得到广泛应用,已成为流域与环境系统研究领域的主要组成部分。利用放射性核素示踪技术研究土壤侵蚀成为当今国际社会普遍关注的热点课题。本研究的主要结论如下:1. 土壤中210Pbex含量对侵蚀速率变化的响应模型论文在分析耕作土和非耕作土壤侵蚀速率的变化对土壤中210Pbex含量变化的机理基础上,利用质量平衡模型建立了耕作土和非耕作土壤侵蚀速率变化对土壤中210Pbex含量变化的响应模型;并针对耕作土和非耕作土壤210pbex示踪土壤侵蚀速率的响应模型,通过土壤侵蚀速率变化对响应模型进行数值模拟与分析,结果证明:(1)目前普遍认为的“100a或200a为210Pbex法测定较长期的平均土壤侵蚀速率的测定值”这一说法,是不妥当的。100a仅仅是耕作土和非耕作土壤侵蚀速率发生变化后,土壤剖面中的210Pbex含量到达稳定态的最短时间,而并非210Pbex法测定的土壤侵蚀速率所表征的时限。(2)耕作土和非耕作土壤侵蚀速率发生变化后,土壤剖面中的210Pbex面积活度即刻做出响应,随着时间的推移呈指数减少或者增加趋势。若侵蚀速率减小的,面积活度增加;若侵蚀速率增大的,面积活度减少;土壤侵蚀速率与210Pbex含量呈反比例关系。土壤侵蚀速率改变后的前些年,土壤中210Pbex面积活度往往会发生剧烈变化,20a以后明显减缓,50a以后非常缓慢,100a以后几乎接近稳定态值。(3)耕作土和非耕作土壤侵蚀速率变化量与210Pbex的张弛质量深度和稳定态的时间有关,侵蚀速率变化量越小、达到稳定态的时间越快;反之,达到稳定态的时间越慢;张弛质量深度越小,土壤侵蚀速率变化量越大;反之,越小。(4)论文通过数值模拟对耕作土和非耕作土 210Pbex含量对侵蚀速率变化的响应模型进行对比分析,结果发现无论是耕作土还是非耕作土,在示踪机理上表现出一致性。210Pbex是一种理想的可以代替137Cs用于测定土壤侵蚀速率的示踪核素,它不仅可以测定100a以上长期的土壤侵蚀速率,还可以调查近期土地利用变化的土壤侵蚀响应。2.核素7Be示踪次降雨过程土壤侵蚀速率的定量模型在质量平衡模型基础上,建立了核素7Be示踪次降雨过程土壤侵蚀速率的定量模型。利用次降雨前后土壤中7Be面积比活度的变化与土壤侵蚀深度的关系进行数值模拟,分别模拟了次降雨前后土壤剖面中7Be的质量比活度和面积比活度的变化情况,并与Walling模型进行对比分析。结果证明:(1)次降雨后土壤中7Be面积比活度与土壤侵蚀速率呈反比关系;次降雨后土壤中7Be面积比活度越小,次降雨过程中土壤侵蚀速率越大;反之,越小。(2)论文模型与Walling模型相对比,发现次降雨后土壤中7Be面积比活度对土壤侵蚀速率的响应趋势是一致的;但是,相同的-7Be面积比活度所对应的土壤侵蚀速率略低于Walling模型;这是由于背景值的选取差异引起的。论文模型提高了估算土壤侵蚀速率的准确度,更适合于估算次降雨过程的土壤侵蚀速率。3.利用7Be示踪季节性土壤侵蚀速率的定量模型建立土壤侵蚀速率与示踪核素的关系模型是精确计算土壤侵蚀速率的关键。利用质量平衡模型,根据7Be在土壤表层呈指数递减的分布特征和7Be在侵蚀流失或沉积过程中都会发生再分布的可能,充分考虑实验前后采样点的7Be含量、分布特征指数系数的影响,建立了适合计算季节性土壤侵蚀速率的定量模型。根据土壤侵蚀厚度与土壤剖面中7Be含量之间关系,对定量模型进行数值模拟发现:实验前后土壤中7Be含量、土壤表层质量比活度以及张弛质量深度都会对估算土壤侵蚀速率产生重要影响。4.核素137Cs估算农耕地土壤侵蚀速率定量模型在质量平衡模型的基础上,构建核素137Cs示踪耕作地土壤侵蚀的定量模型。所建立的定量模型充分考虑了核素137Cs在耕作层土壤的地表富集类型、地表富集深度Hs、耕作地耕作层深度Hp、示踪核素137Cs的年沉降分量Ft、示踪核素137Cs在耕作层中的渗透系数β和采样年份t等影响因素。对核素137Cs示踪土壤侵蚀的定量模型进行数值模拟与分析表明:耕作地的土壤侵蚀速率与示踪核素137Cs在地表的富集类型、地表富集深度Hs、耕作地耕作层深度Hp存在一定的相互联系;并且耕作地土壤中137Cs的损失量与土壤侵蚀速率之间既不是线性关系也不是非线性关系,而是一种复杂的函数关系。