利用纳米磁性材料表征地表溅蚀特征初探（

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1、研究简报利用纳米磁性材料表征地表溅蚀特征的初探*国家科技支撑计划项目（2014BAD15B0303）、国家自然科学基金项目（41571272）、福建省自然科学基金项目（2015J01156）资助SupportedbytheNationalKeyTechnologySupportProgram（No.2014BAD15B0303）；theNationalNaturalScienceFoundationofChina（No.41571272）；theProvincialNaturalScienceFoundationofFujian（No.2015J01156）†通讯作者，Cor

2、respondingauthor，E-mail：linjs18@163.com作者简介：汪倩（1991—），女，湖北襄阳人，硕士研究生，主要研究领域：土壤侵蚀与治理。E-mail：wangq910103@163.com收稿日期：2017-02-20；收到修改稿日期：汪倩林金石†黄炎和蒋芳市周曼林蕾朱璨（福建农林大学资源与环境学院，福建省土壤环境健康与调控重点实验室，福州350002）摘要磁性示踪研究坡面土壤侵蚀已取得一定成果，但目前的磁性示踪方法不能满足次降雨后的溅蚀特征研究。因此，本研究在无磁性的石英砂上施用不同浓度（1.5%、2.5%、3.5%）和不同粒径（20nm、20

3、0nm）的纳米磁性材料，而后进行人工模拟溅蚀试验，利用磁化率仪和3D手持微地形扫描仪研究地表磁性变化与溅蚀后地表特征变化之间的关系，研究利用纳米磁性材料表征溅蚀特征的可行性。结果表明：20nm磁性材料提高石英砂磁性背景值的幅度远高于200nm磁性材料且不同浓度的磁性差异极显著，两种纳米磁性材料均呈现出布设浓度越大，示踪时间越长的特点;溅蚀后表层磁化率随溅蚀时间的延长而逐渐衰减，二者呈现出相关性较高的χ1=aln(t)+b对数函数关系；20nm磁性材料在3.5%浓度下可有效定量表征出石英砂溅蚀量的变化（p＜0.01），二者之间的相关关系可用χ2=aMb幂函数表示;20nm磁性材

4、料在溅蚀3min内的磁化率变化与微地形高差变化呈极显著相关关系（p＜0.01），说明20nm磁性材料可以在短时间内有效表征出溅蚀地表的侵蚀程度，可表征出的侵蚀厚度在-5~10mm内。该研究证明20nm磁性材料表征溅蚀地表特征的方法在一定程度上是可行的，可为磁性示踪法的深入研究提供新的思路和方法。关键词溅蚀;磁性示踪剂;纳米磁性材料;磁化率;微地形中图分类号Q143;S154.36文献标识码A溅蚀是土壤侵蚀过程的开始，是导致坡面水蚀的重要因子，土壤的溅蚀研究受到人们的长期关注[1]。溅蚀是南方花岗岩崩壁土壤受侵蚀的主要形式，崩岗崩壁土壤受雨滴溅蚀的面积大同时溅蚀也影响崩壁表面的

5、水分变化从而加重崩壁土壤侵蚀，故溅蚀是崩岗崩壁侵蚀的重要影响因素之一。由于垂直崩壁溅蚀测量与传统方法差异较大，已有研究采用激光全站仪、3D激光扫描仪、多角度摄影测量等方法进行研究[2-4]，这些方法可以对一段时间（3—6个月）后崩壁溅蚀量进行分析。为了能进行崩壁次降雨后溅蚀特征的研究，需要寻求新的研究方法。磁性示踪法是一种利用人工磁性示踪剂或土壤本身的矿物磁性，通过磁化率仪测量土壤侵蚀前后磁化率的变化来确定土壤空间变异规律的方法。Eriksson等[5]最早提出利用天然矿物在泥沙中的相对含量来确定泥沙的来源。DanRoyall等[6]认为通过分析土壤表面磁性的变化，可以确定小

6、流域的土壤侵蚀的空间分异模式。Ventura等[7-8]最早利用聚乙烯和磁铁矿粉研制了一种人工土壤侵蚀磁性示踪剂，用它研究坡面的侵蚀和沉积的空间分异特征，开创了利用人工磁性示踪剂研究土壤侵蚀的新思路。近十年来，该方法逐渐得到国内广大科研工作者的重视。董元杰等[9-11]借鉴国外的思路研制了以粉煤灰、水泥等为原料的新型磁性示踪剂并将其施入土壤，研究坡面土壤侵蚀，认为其可以有效的对磁性背景值较低的土壤进行土壤侵蚀的监测研究。胡国庆等[12]通过不同雨强的模拟降雨试验，研究了新型磁性示踪剂的示踪效果，认为示踪剂布设深度越浅，土壤磁化率值越小，随着布设深度的增加，土壤磁化率大幅升高。

7、王全辉等[13]也在模拟降雨条件下对三个坡度进行磁性示踪，结果表明三个坡度上、中、下部分磁化率均有的变化也均能对应相应的侵蚀积累情况。传统的人工磁性示踪剂在平地及坡面上的应用为今后的研究奠定了良好的实践基础，但在垂直崩壁上难以应用传统方法布设示踪剂进行研究[14-15]，在野外崩岗垂直型崩壁上表征溅蚀地表特征的探究应用上还存在困难。因此，本文通过模拟溅蚀试验，利用磁性灵敏度高且携带及布设便捷的纳米氧化三铁磁性材料替代传统磁性示踪剂表征无磁性石英砂溅蚀地表特征，探索利用纳米磁性材料表征溅蚀地表特征的可行性