土壤侵蚀对农业和粮食生产构成威胁。它是造成土地退化的最重要因素，影响全球 19 亿公顷土地，接近全球土壤资源的三分之二，威胁着全球粮食供应。(图片：A. Vargas/IAEA)

土壤侵蚀是最常见的土地退化类型，是一种去除土壤上层的过程，植物从中获得大部分养分和水分。当这层被称为表土的肥沃层滑落时，土地的生产力就会下降，农民就会失去种植粮食的重要资源。

与风或太阳不同，土壤是一种有限的、不可再生的资源，正在以惊人的速度退化。不同类型的土地退化正在影响大约 15 亿人，特别是在发展中国家。但是土壤有一个意想不到的盟友——核科学。核技术可以帮助专家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做法对侵蚀率的影响，从而使土壤更能抵御气候变化的影响并保护土壤未来。

原子能机构利用核技术，如 沉降放射性核素 (FRN) 技术 和化合物特定稳定同位素 (CSSI) 技术，帮助评估土壤侵蚀，从而实施保护土壤的正确战略。国际原子能机构与联合国粮食及农业组织(粮农组织)合作，帮助各国加强利用核和同位素技术对抗土壤侵蚀、保护土壤资源和支持可持续农业生产的能力。

原因是什么?有什么影响?

(图片：A. Vargas/IAEA)

虽然水土流失是一个自然过程，并且发生在各大洲，但人类活动大大加速了它。一般来说，土壤侵蚀在陡峭的坡地上更为常见。它通常是由自然因素引起的，包括强风或大雨;然而，不可持续的人类活动，例如森林砍伐或土地管理不当，可以将这一过程加速两到三个数量级。

土壤侵蚀使土地容易受到肥沃表土流失的影响，这与相关养分和化学物质的流失一起，对农业生产、粮食安全和环境，主要是水资源构成威胁。土壤是我们高达95% 的食物的来源，因此它的健康和可用性会影响食物生产的质量和数量。世界上大约四分之一的人口直接依赖在退化土地上生产的粮食，而且每年退化的速度都在增加，导致全世界每年损失数百万公顷的土地。

被侵蚀的土壤也会影响水质和水生生物，因为土壤可以通过径流输送到河流和湖泊等水道，堵塞水库，导致从田间冲刷的养分在水中积累并导致藻类爆发。这会危及水质并损害水生生物的栖息地。此外，即使在海洋等较大的水库中，沉积物也可能积聚足够多，以增加附近水域的浊度并降低能见度，进一步威胁水生生态系统的可持续性，并经常导致植物群死亡。

土壤侵蚀的其他后果包括生态系统功能退化、山体滑坡和洪水风险扩大、生物多样性严重丧失、城市基础设施受损，以及在严重的情况下人口流离失所。

核技术如何提供帮助?

被侵蚀的土壤可能不会几代人补充，这就是为什么评估土壤侵蚀和沉积率以及改善土地管理和实施土壤保持措施很重要的原因。这就是核技术可以提供帮助的地方。FRN 和 CSSI 技术最常用于解决土壤侵蚀问题。FRN 技术有助于评估和量化土壤侵蚀率，而 CSSI 方法识别受侵蚀影响最大的区域。

根据这些核应用的结果，可以实施土壤保护措施，例如梯田、等高种植、条带种植、少耕、免耕、覆盖、覆盖作物、侵蚀脊和侵蚀沟。参见马达加斯加和乌干达的例子。

放射性核素 (FRN) 法

放射性沉降物 (FRN) 随雨水沉积在地面上。土壤中 FRN 的数量非常少，对人类无害，但使用核技术测量精确数量有助于估计土壤侵蚀率。(图片：A. Vargas/IAEA)

FRN 分布在世界各地。最常见的 FRN 是铯 137 (Cs-137)，主要在 1950 年代至 1960 年代的核武器试验期间释放。它散布在世界各地的大气中，然后被雨水沉积，并随着时间的推移融入表土。

虽然土壤中 FRNs 的含量非常少，对人体无害，但可以通过灵敏的伽马能谱法测量，其数量可用于估算土壤侵蚀速率。当表土受到侵蚀影响时，Cs-137浓度降低，结果，在侵蚀土壤沉积的地方，Cs-137浓度增加。跟踪 FRN 重新分配允许专家确定有多少土壤已从一个位置移走并沉积在另一个位置。为了解释数据，需要确定一个没有受到侵蚀或沉积影响的地点。这个站点，FRN 的数量仅通过放射性衰变减少，代表基线。然后将侵蚀和沉积地点与参考地点进行比较，以计算侵蚀或沉积土壤的数量。

除了 Cs-137 之外，另外两种沉降放射性核素也用于土壤侵蚀跟踪，即铅 210 (Pb-210) 和铍 7 (Be-7)。

与传统方法相比，使用 FRN 进行土壤侵蚀评估更方便、更便宜且劳动强度更低，例如土壤去除的体积测量或在不同大小的土地上的空间尺度上的沉积物输出测量。FRN 技术特别适用于研究土地利用对土壤侵蚀的影响和土壤保持措施的效率。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必不可少的。

化合物特异性稳定同位素 (CSSI) 方法

科学家可以追踪土壤中稳定同位素(如碳 13)的存在，以确定土壤侵蚀热点，并确定不同土地利用和作物对侵蚀分布的影响。(图片：A. Vargas/IAEA)

FRN 技术涵盖了土壤侵蚀评估中的许多方面，但并非所有方面。出于这个原因，在识别较大区域(例如流域)的沉积物和侵蚀热点的来源时，会使用化合物特异性稳定同位素 (CSSI) 方法——它是专门为这些目的而设计的。

CSSI 技术测量碳 13 (C-13) 稳定同位素以区分不同来源的土壤有机质。这是因为每株植物都有不同的 C-13 特征，当植物组织腐烂时，这些特征会保存在土壤中。这可以识别生态系统和土地利用，这有助于土壤有机质。C-13 分析需要植物组织的成分，这些成分在土壤中是稳定的并且不会分解。源自植物根的脂肪酸最适合此目的。当植物组织腐烂时，脂肪酸成为土壤有机质的一部分。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。

使用 CSSI 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进行匹配。通过采集侵蚀区域的样本，科学家可以确定水库中侵蚀土壤和沉积物的来源，以及特别容易发生侵蚀的区域。这些信息对于精确定位土壤保持措施很有价值。