ارزیابی اولیه‌ی امکان استفاده از رادیونوکلید سرب-210 اضافی در برآورد توزیع مجدد خاک در اراضی دیم منطقه‌ی کوهین

خدادادی, مارال; گرجی, منوچهر; قنادی مراغه, محمد; بهرامی سامانی, علی; مفتاحی, معین; میرسید حسینی, حسین; زاهدی امیری, قوام الدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 836-14395، تهران ـ ایران

² گروه مهندسی علوم خاک، دانشکده ی علوم و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، صندوق پستی: 4111، کرج ـ ایران

³ پژوهشکده ی چرخه ی سوخت هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 8486-11365، تهران ـ ایران

⁴ گروه مهندسی جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکده ی منابع طبیعی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، صندوق پستی: 4111، کرج ـ ایران

چکیده

در دهه‌های اخیر، در کشور ما از سزیم-137 برای برآورد آهنگ فرسایش خاک و ته‌نشینی استفاده شده است. لیکن به دلیل کاهش مقدار آن در خاک در اثر فروپاشی پرتوزا، نیاز به بررسی امکان استفاده از یک ردیاب جای‌گزین با نهشت مداوم مانند سرب-210 اضافی، ضروری به نظر می‌رسد. در مطالعه‌ی حاضر، نمونه‌‌های خاک جمع‌آوری شده از یک مزرعه با وسعت هفت هکتار، برای تعیین مقدار و الگوی توزیع مکانی خاک مورد استفاده قرار گرفت. میزان فرسایش خالص خاک با استفاده از مدل‌ موازنه‌ی جرم 2، برای روش‌های مبتنی بر استفاده از سزیم-137 و سرب-210 اضافی، به ترتیب، 6/4 و 3/12 تن بر هکتار- سال و نسبت باردهی ته‌نشت به ترتیب، 52 و 60 درصد محاسبه شد. به طور کلی میانگین فرسایش و ته‌نشینی برآورد شده با استفاده از سرب-210 اضافی بسیار بیش‌تر از سزیم-137 بود، زیرا سزیم-137، تخمینی از میانگین فرسایش از سال 1963 تا زمان نمونه‌برداری را به دست می‌دهد، در حالی‌که نتیجه‌های سرب-210 اضافی بازتابی از دوره‌ی زمانی طولانی‌تر است. تغییرهایی که در مدیریت خاک و ویژگی‌های بارش‌ها در طی قرن گذشته در منطقه رخ داده است، تأثیر مهمی بر برآورد توزیع مجدد خاک با استفاده از سرب-210 اضافی گذاشته است. به طور کلی نتیجه‌های پژوهش حاضر امکان استفاده از سرب-210 اضافی در منطقه‌های نیمه خشک را تأیید نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Preliminary assessment of using 210Pbex radionuclide to estimate soil redistribution rate in kouhin dry farming region

نویسندگان [English]

Maral Khodadadi ¹
Manuchehr Gorji ²
Mohammad GhanadiMaragheh ³
Ali Bahrami-Samani ³
Moein Meftahi ³
Hossein Mirseyedhosseini ²
Ghavamodin ZahediAmiri ⁴

چکیده [English]

Over the past decades, the ¹³⁷Cs approach has been successfully applied in Iran for estimating soil erosion and sedimentation rates. By the progressive reduction in ¹³⁷Cs activity due to radioactive decay, however, it is essential to investigate the use of an alternative environmental radionuclide with a constant deposition through time, such as Lead-210. In this study, soil samples were collected within seven hectares cultivated field to determine the magnitude and spatial pattern of soil redistribution budgets. The net erosion rates for ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex techniques were estimated to be 4.6 and 12.3t ha^-1 yr^-1 respectively and the sediment delivery ratio reached 52 and 60 percent respectively using mass balance model 2. Totally, soil erosion and deposition mean estimated from the ²¹⁰Pb_ex measurements were much higher than those of ¹³⁷Cs, since in the case of ¹³⁷Cs, the results provided an estimate of the mean erosion rate over a period from 1963 to the time of sampling, whereas for the ²¹⁰Pb_extechnique, the estimates reflect a longer time period. The changes in the land management and rainfall characteristics that have occurred during the past century in the area under the study have had important influence on the soil redistribution estimates by the ²¹⁰Pb_ex. This study has demonstrated the potential of using ²¹⁰Pb_ex measurements to estimate soil erosion and deposition in semiarid regions.

کلیدواژه‌ها [English]

210Pbex
137Cs
Soil erosion
Fallout radionuclides
Mass balance models

مراجع

[1] L. Mabit, M. Benmansour, D.E. Walling, Comparative advantages and limitations of the fallout radionuclides ¹³⁷Cs, ²¹⁰Pb_ex and ⁷Be for assessing soil erosion and sedimentation, Journal of Environmental Radioactivity, 99 (2008) 1799–1807.

[2] D.E. Walling, Y. Zhang, Q. He, Models for deriving estimates of erosion and deposition rates from fallout radionuclide (caesium-137, excess lead-210 and beryllium-7) measurements and the development of user-friendly software for model implementation, Impact of Soil Conservation Measures on Erosion Control and Soil Quality, IAEA-TECDOC-1665. International Atomic Energy Agency Publication (2011) 11-33.

[3] R.A. Robbins, Geochemical and geophysical application of radioactive lead, In: J.O. Nriagu, (Ed.), The Biogeochemistry of Lead in the Environment, Elsevier, Amsterdam (1978) 286–383.

[4] Q. He, D.E. Walling, Interpreting particle size effects in the adsorption of ¹³⁷Cs and unsupported ²¹⁰Pb by mineral soils and sediments, Journal of Environmental Radioactivity, 30 (1996) 117–137.

[5] D.E. Walling, Q. He, Using fallout lead-210 measurements to estimate soil erosion on cultivated land, Soil Science Society American Journal, 63 (1999) 1404–1412.

[6] X. Zhang, Y. Qi, D.E. Walling, X. He, A. Wen, J. Fu, A preliminary assessment of the potential for using ²¹⁰Pb_ex measurement to estimate soil redistribution rates on cultivated slopes in the Sichuan Hilly Basin of China, Catena, 68 (2006) 1-9.

[7] D.E. Walling, A.L. Collins, H.M. Sichingabula, Using unsupported lead-210 measurements to investigate soil erosion and sediment delivery in a small Zambian catchment, Geomorphology, 52 (2003) 193-213.

[8] L. Gaspar, A. Navas, J. Machin, D.E. Walling, Using ²¹⁰Pb_ex measurements to quantify soil redistribution along two complex toposequences in Mediterranean agroecosystems, northern Spain. Soil and Tillage Research, 130 (2013) 81-90.

[9] M. Benmansour, L. Mabit, A. Nouira, R. Moussadek, H. Bouksirate, M. Duchemin, A. Benkdad, Assessment of soil erosion and deposition rates in a Moroccan agricultural field using fallout ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex, Journal of Environmental Radioactivity, 115 (2013) 97-106.

[10] L. Mabit, A. Klik, M. Benmansour, A. Toloza, A. Geisler, U.C. Gerstmann, Assessment of erosion and deposition rates within an Austrian agricultural watershed by combining ¹³⁷Cs, ²¹⁰Pb_ex and conventional measurements, Geoderma, 150 (2009) 231-239.

[11] P. Porto, D.E. Walling, G. Callegari, Investigating the effects of afforestation on soil erosion and sediment mobilization in two small catchments in Southern Italy, Catena, 79 (2009) 181-188.

[12] H. Kato, Y. Onda, Y. Tanaka, Using ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex measurements to estimate soil redistribution rates on semi-arid grassland in Mongolia, Geomorphology, 114 (2010) 508-519.

[13] M. Gorji, H. Refahi, S. Shahooi, M. Ardalan, Effects of surface soil removal (erosion simulation) on crop yield and evaluation of fertilizer compensating effects, PhD thesis, University of Tehran, (2004).

[14] F. Zapata, Handbook for the assessment of soil erosion and sedimentation using environmental radionuclides, Kluwer Ac. Publ., Dordrecht, The Netherlands (2002) 1-15.

[15] B.L. Campbell, R.J. Loughran, G.L. Elliott, A method for determining sediment budgets using caesium-137, In M.P. Bordas, D.E. Walling, (Eds.), Sediment budgets. International Association of Hydrological Sciences Publication, 174 (1988) 171-179.

[16] N.H. Cutshall, I.L. Larsen, C.R. Olsen, Direct analysis of ²¹⁰Pb in sediment samples: self-absorption corrections, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 206 (1-2) (1983) 309-312.

[17] A.E.M. Khater, Y.Y. Ebaid, A simplified gamma-ray self-attenuation correction in bulk samples, Applied Radiation and Isotopes, 66 (3) (2008) 407-413.

[18] E. Robu, C. Giovani, Gamma-ray self-attenuation corrections in environmental samples, Romanian Reports in Physics, 61 (2) (2009) 295-300.

[19] D.E. Walling, Q. He, P.G. Appleby, Conversion models for use in soil-erosion, soil-redistribution and sedimentation investigations, In: F. Zapata, (Ed.), Handbook for the Assessment of Soil Erosion and Sedimentation using Environmental Radionuclides. Kluwer Ac. Publ., Dordrecht, The Netherlands (2002)111–164 (Chapter 7).

[20] D.E. Walling, Q. He, Using fallout Lead-210 measurements to estimate soil erosion in cultivated land, Soil Science Society of America Journal, 63 (1999) 1404–1412.

[21] D.E. Walling, A.L. Collins, H.M. Sichingabula, Using unsupported lead-210 measurements to investigate soil erosion and sediment delivery in a small Zambian catchment, Geomorphology, 52 (2003) 193-213.

[22] H. Liu, D.J. Jacob, I. Bey, R.M. Yantosca, Constraints from Pb-210 and Be-7 on wet deposition and transport in a global three-dimensional chemical tracer model driven by assimilated meteorological fields, Journal of Geophysical Research, [Atmospheres] 106 (D11) (2001) 12109–12128.

[23] K.K. Turekian, Y. Nozaki, L.K. Benniger, Geochemistry of atmospheric radon and radon products, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 5 (1977) 227–255.

[24] X. Zhang, D.E. Walling, M. Feng, A. Wen, ²¹⁰Pb_ex depth distribution in soil and calibration models for assessment of soil erosion rates from ²¹⁰Pb_ex measurements, Chinese Science Bulletin, 48 (8) (2003) 813-818.

[25] Y. Wakiyama, Y. Onda, S. Mizugaki, H. Asai, S. Hiramatsu, Soil erosion rates on forested mountain hillslopes estimated using ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex, Geoderma, 159 (2010) 39-52.

[26] T. Fukuyama, Y. Onda, C. Takenaka, D.E. Walling, Investigating erosion rates within a Japanese cypress plantation using Cs-137 and Pb-210_ex measurements, Journal of Geophysical Research, 113 (2008) 1-15.

[27] P. Porto, D.E. Walling, Validating the use of ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex measurements to estimate rates of soil loss from cultivated land in southern Italy, Journal of Environmental Radioactivity, 106 (2012) 47-57.

[28] D.E. Walling, A.L. Collins, H.M. Sichingabula, Using unsupported lead-210 measurements to investigate soil erosion and sediment delivery in a small Zambian catchment, Geomorphology, 52 (2003) 193-213.

[29] C.A. Huh, C.C. Su, Distribution of fallout radionuclides (⁷Be, ¹³⁷Cs, ²¹⁰Pb and ^{239, 240}Pu) in soils of Taiwan, Journal of Environmental Radioactivity, 77 (1) (2004) 87-100.

[30] P. Du, D.E. Walling, Using sup ²¹⁰Pb measurements to estimate sedimentation rates on river floodplains, Journal of Environmental Radioactivity, 103 (2012) 59-68.

[31] J.A. Sánchez-Cabeza, M. Garcia-Talavera, E. Costa, V. Pena, J. Garcia-Orellana, C. Nalda, Regional calibration of erosion radiotracers (²¹⁰Pb and¹³⁷Cs): Atmospheric fluxes to soils (N Spain), Environ. Sci. Technol. 41(4) (2007) 1324-1330.

[32] P. Porto, D.E. Walling, Using plot experiments to test the validity of mass balance models employed to estimate soil redistribution rates from ¹³⁷Cs and ²¹⁰Pb_ex measurements, Applied Radiation and Isotopes, 70 (2012) 2451-2459.

مجله علوم و فنون هسته ای

ارزیابی اولیه‌ی امکان استفاده از رادیونوکلید سرب-210 اضافی در برآورد توزیع مجدد خاک در اراضی دیم منطقه‌ی کوهین

مراجع

مراجع

دوره 35، شماره 4 - شماره پیاپی 70
اسفند 1393
صفحه 53-63

ارزیابی اولیه‌ی امکان استفاده از رادیونوکلید سرب-210 اضافی در برآورد توزیع مجدد خاک در اراضی دیم منطقه‌ی کوهین

مراجع

مراجع

دوره 35، شماره 4 - شماره پیاپی 70اسفند 1393صفحه 53-63

دوره 35، شماره 4 - شماره پیاپی 70
اسفند 1393
صفحه 53-63