土壤侵蝕對農業和糧食生產構成威脅。它是造成土地退化的最重要因素，影響全球 19 億公頃土地，接近全球土壤資源的三分之二，威脅著全球糧食供應。(圖片：A. Vargas/IAEA)

土壤侵蝕是最常見的土地退化類型，是一種去除土壤上層的過程，植物從中獲得大部分養分和水分。當這層被稱為表土的肥沃層滑落時，土地的生產力就會下降，農民就會失去種植糧食的重要資源。

與風或太陽不同，土壤是一種有限的、不可再生的資源，正在以驚人的速度退化。不同類型的土地退化正在影響大約 15 億人，特別是在發展中國家。但是土壤有一個意想不到的盟友——核科學。核技術可以幫助專家更好地了解土壤侵蝕的原因和機制，確定侵蝕熱點并評估各種土地管理做法對侵蝕率的影響，從而使土壤更能抵御氣候變化的影響并保護土壤未來。

原子能機構利用核技術，如 沉降放射性核素 (FRN) 技術 和化合物特定穩定同位素 (CSSI) 技術，幫助評估土壤侵蝕，從而實施保護土壤的正確戰略。國際原子能機構與聯合國糧食及農業組織(糧農組織)合作，幫助各國加強利用核和同位素技術對抗土壤侵蝕、保護土壤資源和支持可持續農業生產的能力。

原因是什么?有什么影響?

(圖片：A. Vargas/IAEA)

雖然水土流失是一個自然過程，并且發生在各大洲，但人類活動大大加速了它。一般來說，土壤侵蝕在陡峭的坡地上更為常見。它通常是由自然因素引起的，包括強風或大雨;然而，不可持續的人類活動，例如森林砍伐或土地管理不當，可以將這一過程加速兩到三個數量級。

土壤侵蝕使土地容易受到肥沃表土流失的影響，這與相關養分和化學物質的流失一起，對農業生產、糧食安全和環境，主要是水資源構成威脅。土壤是我們高達95% 的食物的來源，因此它的健康和可用性會影響食物生產的質量和數量。世界上大約四分之一的人口直接依賴在退化土地上生產的糧食，而且每年退化的速度都在增加，導致全世界每年損失數百萬公頃的土地。

被侵蝕的土壤也會影響水質和水生生物，因為土壤可以通過徑流輸送到河流和湖泊等水道，堵塞水庫，導致從田間沖刷的養分在水中積累并導致藻類爆發。這會危及水質并損害水生生物的棲息地。此外，即使在海洋等較大的水庫中，沉積物也可能積聚足夠多，以增加附近水域的濁度并降低能見度，進一步威脅水生生態系統的可持續性，并經常導致植物群死亡。

土壤侵蝕的其他后果包括生態系統功能退化、山體滑坡和洪水風險擴大、生物多樣性嚴重喪失、城市基礎設施受損，以及在嚴重的情況下人口流離失所。

核技術如何提供幫助?

被侵蝕的土壤可能不會幾代人補充，這就是為什么評估土壤侵蝕和沉積率以及改善土地管理和實施土壤保持措施很重要的原因。這就是核技術可以提供幫助的地方。FRN 和 CSSI 技術最常用于解決土壤侵蝕問題。FRN 技術有助于評估和量化土壤侵蝕率，而 CSSI 方法識別受侵蝕影響最大的區域。

根據這些核應用的結果，可以實施土壤保護措施，例如梯田、等高種植、條帶種植、少耕、免耕、覆蓋、覆蓋作物、侵蝕脊和侵蝕溝。參見馬達加斯加和烏干達的例子。

放射性核素 (FRN) 法

放射性沉降物 (FRN) 隨雨水沉積在地面上。土壤中 FRN 的數量非常少，對人類無害，但使用核技術測量精確數量有助于估計土壤侵蝕率。(圖片：A. Vargas/IAEA)

FRN 分布在世界各地。最常見的 FRN 是銫 137 (Cs-137)，主要在 1950 年代至 1960 年代的核武器試驗期間釋放。它散布在世界各地的大氣中，然后被雨水沉積，并隨著時間的推移融入表土。

雖然土壤中 FRNs 的含量非常少，對人體無害，但可以通過靈敏的伽馬能譜法測量，其數量可用于估算土壤侵蝕速率。當表土受到侵蝕影響時，Cs-137濃度降低，結果，在侵蝕土壤沉積的地方，Cs-137濃度增加。跟蹤 FRN 重新分配允許專家確定有多少土壤已從一個位置移走并沉積在另一個位置。為了解釋數據，需要確定一個沒有受到侵蝕或沉積影響的地點。這個站點，FRN 的數量僅通過放射性衰變減少，代表基線。然后將侵蝕和沉積地點與參考地點進行比較，以計算侵蝕或沉積土壤的數量。

除了 Cs-137 之外，另外兩種沉降放射性核素也用于土壤侵蝕跟蹤，即鉛 210 (Pb-210) 和鈹 7 (Be-7)。

與傳統方法相比，使用 FRN 進行土壤侵蝕評估更方便、更便宜且勞動強度更低，例如土壤去除的體積測量或在不同大小的土地上的空間尺度上的沉積物輸出測量。FRN 技術特別適用于研究土地利用對土壤侵蝕的影響和土壤保持措施的效率。這些信息對于制定土壤保護戰略、選擇合適的保護措施和實施土壤保護計劃是必不可少的。

化合物特異性穩定同位素 (CSSI) 方法

科學家可以追蹤土壤中穩定同位素(如碳 13)的存在，以確定土壤侵蝕熱點，并確定不同土地利用和作物對侵蝕分布的影響。(圖片：A. Vargas/IAEA)

FRN 技術涵蓋了土壤侵蝕評估中的許多方面，但并非所有方面。出于這個原因，在識別較大區域(例如流域)的沉積物和侵蝕熱點的來源時，會使用化合物特異性穩定同位素 (CSSI) 方法——它是專門為這些目的而設計的。

CSSI 技術測量碳 13 (C-13) 穩定同位素以區分不同來源的土壤有機質。這是因為每株植物都有不同的 C-13 特征，當植物組織腐爛時，這些特征會保存在土壤中。這可以識別生態系統和土地利用，這有助于土壤有機質。C-13 分析需要植物組織的成分，這些成分在土壤中是穩定的并且不會分解。源自植物根的脂肪酸最適合此目的。當植物組織腐爛時，脂肪酸成為土壤有機質的一部分。它們具有獨特的穩定同位素特征，可以像指紋一樣進行分析和使用。

使用 CSSI 技術，科學家將土壤中化合物的“指紋”與占據選定研究區域的生態系統中的化合物進行匹配。通過采集侵蝕區域的樣本，科學家可以確定水庫中侵蝕土壤和沉積物的來源，以及特別容易發生侵蝕的區域。這些信息對于精確定位土壤保持措施很有價值。