基于RadEro模型的土壤再分配速率估算：一种用于137Cs分析的物理分区模型及其R包实现

针对传统土壤侵蚀评估方法精度不足的问题，西班牙国家研究委员会团队开发了开源R包RadEro。该模型基于Soto和Navas的质量平衡理论，整合137Cs年沉降量、放射性衰变、石砾效应和垂直扩散等物理过程，首次实现了耕作与未扰动土壤剖面（分层/整体样本）的统一分析。验证显示其对实验库存量的模拟可靠性达95%，为土地管理决策提供了创新工具。

　　

土壤侵蚀是全球土地退化的核心问题，传统评估方法受限于时空尺度和精度误差。而放射性核素¹³⁷Cs作为人为核爆产物，因其在黏土中的强吸附性和30.2年半衰期，成为研究土壤迁移的理想示踪剂。尽管已有多种转换模型（如MBM1-MBM3），但缺乏同时适用于耕作与自然土壤的通用物理模型，且现有工具存在参数灵活性不足、代码封闭等问题。

西班牙国家研究委员会团队在《Environmental Modelling》发表研究，开发了开源R包RadEro。该模型基于Soto和Navas的物理分区理论，创新性地整合了年际¹³⁷Cs沉降曲线、有效体积校正（V_eff）、耕作混合深度等参数，通过蒙特卡洛优化迁移速率（e）和扩散系数（k），实现了对分层/整体土壤剖面的统一分析。关键技术包括：1）基于北半球1954-1983年沉降数据的时空建模；2）采用CFL条件（Courant-Friedrichs-Lewy）的数值求解；3）参考剖面k_ref标准化方法；4）耕作层完全混合算法。验证数据来自埃布罗盆地6个剖面（含3个耕作地），采样深度达40cm，通过γ能谱法（检测限0.4 Bq kg^-1）测定¹³⁷Cs活度。

模型构建
采用分层质量平衡方程，将土壤剖面划分为1cm分辨率单元，控制方程包含扩散项（k=0.03 cm² month^-1）和迁移项（e=±0.04 cm month^-1）。耕作土壤通过设定混合深度（如PD剖面30cm）和耕作年限（1954-2003年）模拟均质化过程。

验证结果
在参考点（1570±80 Bq m^-2），模型完美复现了¹³⁷Cs指数衰减曲线（R²>0.99）。极端案例中，耕作地PE剖面测得683 Bq m^-2库存量，对应侵蚀速率-65.1 Mg ha^-1 yr^-1；而沉积点PD（1837 Bq m^-2）显示14.2 Mg ha^-1 yr^-1堆积速率，与地中海地区实测数据吻合。

讨论与意义
研究揭示了采样间隔对k值估算的影响：UD3剖面因15cm粗采样导致k估值偏高（0.119 vs 0.03 cm² month^-1）。相比Zhang的MBM2模型，RadEro省略了植物吸收等次要过程，但通过V_eff校正石砾效应（如PE剖面59.46%石砾含量），显著提升了陡坡农地的模拟精度。未来将扩展至⁷Be、²¹⁰Pb等核素分析，以应对¹³⁷Cs衰变带来的技术挑战。该模型的开源特性（GPL许可）为全球土壤侵蚀研究提供了标准化工具，特别适用于异质性强的地中海农业系统。