2.2.1 核素137Cs土壤侵蚀示踪技术
相对于其他核素，137Cs来源单一，经大气沉降到地表可快速被土壤颗粒吸附。土壤中137Cs容易测量，技术简单理论成熟，并且适合各种地貌类型[25]，国内外多数学者一致认为该方法应当大力推广应用。但也有学者对此持反对态度，英国学者Parsons和Foster[26]认为该方法所依据的假设（大气沉积空间均匀、沉降到地表空间均匀且传输过程无重分布）均不是有效的，并提供相应的证据。针对上述的质疑声，Mabit等[27]给出了快速的回应，虽然同意了两人的个别观点，但认为他们对该方法的研究不够深入，并给出大量的相关研究成果以及理论依据，仍然确信137Cs是一种有效的土壤侵蚀评价方法。
2.2.1.1 关键技术
使用137Cs核素示踪法研究土壤侵蚀，必须重视两个关键技术方面的研究：①获取到准确且具有代表性的研究区137Cs背景值；②掌握在研究区空间分布特点以及在137Cs土壤剖面的入渗过程。以上两点是使用137Cs技术研究进行准确的土壤侵蚀评估的前提条件，有很多国内外学者对这两个方面进行了针对性的研究。
2.2.1.1.1 137Cs背景值区域分布研究
使用核素137Cs法技术研究土壤侵蚀首先需要确定研究区137Cs的背景值，因为在具有空间异质性多因素综合作用下，本底值呈现高度的空间异质性。刘宇等[28]从气候气象要素、地形、土壤属性、土地利用等四个方面阐明各因素与本底值空间变异的作用机理。分析了当前137Cs示踪法应用中在本底值获取时参考点存在性及选点的准确性、单个或几个本底值对研究区本底值的代表性和参考点采样设计。齐永青等[29]利用Walling和He[30]的137Cs本底值模拟软件计算了我国137Cs本底值的区域分布值，并着重讨论了137Cs本底值在我国的区域分布特征以及主要影响因素。万国江等[31]通过比较滇西和黔中地区之间137Cs自大气散落的差异，认为青藏高原对滇西地区存在全球性大气污染物的屏蔽效应。
总的来说，为保证研究区137Cs本底值的准确性和可靠性，除了需要对采样点进行科学合理的设计，还必须结合研究区地形、土壤属性、植被覆盖等因素对获取到的137Cs本底值进行校正。
2.2.1.1.2 137Cs的剖面分布和入渗过程
137Cs随大气沉降到地表后会很快被土壤有机质和黏土颗粒吸附，由于其稳定的地球化学性质，不易向土壤深处迁移淋溶。137Cs在地表的迁移主要是随土壤黏土颗粒在水力侵蚀下的物理迁移和沉淀，由于土壤剖面的侵蚀量和沉积量与137Cs的损失量和累积量存在一定的关系，它是所有137Cs侵蚀模型的理论构建基础。因此研究137Cs在土壤剖面中的分布、入渗特点对建立、应用土壤侵蚀估算模型起到至关重要的作用。
张笑楠等[32-35]对西南喀斯特地区坡地土壤137Cs分布及影响因子进行了相关研究。孙冶等[36]对云南各地土壤中137Cs的比活度及分布规律进行调查，讨论了主要的影响因素。白占国等[37]通过滇西和黔中28个表土剖面分层土样7Be、137Cs比活度进行了分析对比，发现137Cs比活度黔中高于滇西。杨明义等[38]对黄土高原坡地土壤137Cs进行测试分析，研究了坡面侵蚀的空间分布特征。张春来等[39，40]分析内蒙古草原土壤137Cs不同地表类型的分布特征，并深入的对草原137Cs土壤沉积特征进行研究。隋志龙等[41]运用地统计学方法研究了宁镇地区137Cs与210Pb的空间异质性及其坡面分布特征。阎百兴等[42]通过测定黑土样品中的137Cs活度，得到了137Cs背景点的表层分布规律。张信宝等[43，44]研究了我国不同地区湖泊沉积物137Cs空间和深度分布特征。李仁英等[45]对137Cs 的土壤化学行为及剖面运移规律进行了论述，阐明了137Cs可作为中长期土壤侵蚀作用的有效示踪剂的理论基础。伏介雄等[46]重点研究了土壤剖面中137Cs扩散与迁移的物理过程，建立了适用于非农耕土壤137Cs无侵蚀作用下的深度分布入渗过程模型，再现了重庆开县和陕北子长两个剖面137Cs深度分布的变化过程。
总的来说，对137Cs在土壤剖面浓度分布的研究，主要以非农耕地为主。137Cs入渗过程中分子扩散作用强的剖面，137Cs以指数衰减形式分布；若入渗过程对流作用占主导地位，137Cs深度分布可能出现非指数衰减形态，下部土层的137Cs浓度高于上部土层。
2.2.1.2 137Cs应用范围
美国橡树岭国家实验室的Rogow ski和Tamura于1965年最早发现核素137Cs具有评估土壤侵蚀速率的潜能。随着该技术深入的研究和广泛的应用，20世纪80年代在国际上形成了4个核素137Cs主要研究中心：Ritchie和Mc Henry在美国的研究；De Jong和他的团队在加拿大的研究；Loughran等针对北半球137Cs低背景值的侵蚀研究；英国埃克塞特大学的Walling建立侵蚀研究中心，构建了多个137Cs侵蚀模型。
1988年我国学者张信宝最早将137Cs技术引入国内，结合黄土高原地貌以土壤特点，对黄土高原农耕坡地进行侵蚀评估的初步研究[47]。虽然我国137Cs技术起步较晚，但其应用发展速度，近三十年来在全国大部分地区得到了推广。本书对相关的文献进行统计，我国137Cs技术研究主要集中在以下几个区域：黄土高原、青藏高原、四川盆地（三峡地区）、云贵高原、华东华南丘陵区（红土）、东北地区（黑土）和台湾地区。核素137Cs在土壤侵蚀应用方向主要包括以下四个：坡地侵蚀空间变化、沉积物断代示踪、侵蚀类型对比、侵蚀与土壤属性的相关性分析。
2.2.1.2.1 坡地侵蚀空间变化
张信宝等[14，4850]对西南地区（四川、重庆、云南等地）坡耕地的土壤侵蚀速率进行了定量研究。结果表明在这些地区：长江上游坡面农耕地的侵蚀严重，土壤侵蚀和土壤质地以及坡度有关，坡度越大侵蚀强度约大，认为坡顶农耕地侵蚀速率最大。坡地不同地貌部位的土壤侵蚀速率是坡中部＞坡下部＞坡上部。李勉等[51，52]主要研究了山西、陕西等地的黄土丘陵地区坡面侵蚀，重点分析了坡面侵蚀强度的空间变化。认为坡度越陡侵蚀强度越大，坡度越缓侵蚀强度越小，坡面上有植被覆盖的地方侵蚀强度很小，在复杂地形区域，坡面侵蚀强度呈波动变化趋势。方华军等[53]对东北黑土地坡面耕地侵蚀空间分布特点结合GIS空间分析方法展开研究，将一个耕地坡面作为研究区，采用网格采样法，对得到的结果进行空间插值分析，坡地侵蚀有显著的空间分布特征，从坡顶到坡肩减少，从坡脚又开始增加，到坡足达到最大值。
Nouira和Junge[16，54]分别采用断面和网格采样法对坡地空间特征进行研究，分析了采样点侵蚀量与坡顶距离之间的关系，从坡顶到坡脚侵蚀具有波动特点，坡中的某个位置可能会达到侵蚀和沉积平衡状态。Bujan等[55]在对阿根廷农耕地进行土壤侵蚀评估的研究中，对采样点侵蚀率与坡度和坡长进行相关性分析，认为坡度在0.5左右，坡长超过500m最易发生侵蚀。Theocharopoulos等[56-58]对坡地使用网格采样法，将137Cs活度和得到的侵蚀结果结合空间插值的方法进行分析，通过模拟效果图可以清楚地观察到坡地侵蚀不同位置的复杂空间分布特征。Schuller[59]在对坡地进行侵蚀评估的研究中，不仅分析了坡地的侵蚀空间分布特征，还得到了不同管理模式下不同土地类型的土壤侵蚀特点。Sheng[60]在对加拿大一块坡地进行不同时期侵蚀变化的研究中，把地形和采样点位置作为因子，将地貌分为5种类别，分析了5种地貌侵蚀特征，并对比了137Cs在不同时期活度空间变化，最后得到了研究区在不同侵蚀力（耕作和水力）作用下的侵蚀分布特点。Ritchie等[61]对灌木和草地流域进行评估，结果表明灌木区的侵蚀量大于草地区，灌木区土壤净损失量为草地区的四倍。Panin等[62]对俄罗斯中部小流域进行侵蚀研究，结合地形与土地利用数据，使用空间插值法得到研究区侵蚀沉积空间分布图，并绘出侵蚀沉积泥沙的输送路径。Fang等[63]对东北黑土地（防护林）流域进行土壤侵蚀研究，得到的数据经过结合径路分析和土壤学调查，结果表明流域侵蚀点主要发生在防护林以后，特别是短的沟壑区域，沉积点会顺着防护林和河流出口，69%的土壤侵蚀沉积物来自于坡面，31%来自短沟壑。Walling等[64]研究英国农业流域地区侵蚀泥沙收支与空间分布，使用地形结合DEM数据，得到流域侵蚀沉积空间分布特征，利用沉积物示踪技术，比较地下水道和主河道对泥沙的贡献者，结果表明地下水道对两流域泥沙贡献率较高，分别为60%和30%。
2.2.1.2.2 沉积物断代示踪
Zhang等[65]对黄土高原地区一个废弃水库28m沉积剖面进行研究，通过对剖面137Cs含量的分布规律研究，评估出1963年以来的沉积速率。齐永青等[66-69]对云贵高原、三峡地区和青藏高原（青海湖）地区流域沉积物137Cs进行分析，通过剖面137Cs峰值使用断代分析法，得到了研究区不同时期的沉积速率，并通过对比不同采样点的沉积速率，得到研究区的沉积速率的空间分布特征。
Walling等[70]通过对比两个研究区耕地和草地的侵蚀速率，结合沉积物示踪技术，认为有很大比例的悬浮沉积物最后存贮在研究区，泥沙输出率很低。Walling等[64]使用沉积物来源示踪技术建立流域表层（地下水道和侵蚀主河道）对产沙的贡献。结果表明，地下水道对研究区泥沙传输起着重要的作用。文安邦等[71]对云贵高原流域不同土层和水坝淤泥泥沙137Cs对比，分析了4个不同土地利用类型小流域的产沙量，结合配比公式，认为侵蚀裸坡和沟道重力侵蚀是水坝库底泥沙的主要来源。
2.2.1.2.3 侵蚀类型对比
Sheng L等[60，72]在对Brant County（加拿大）和Minnesota（美国）两个地区典型的农业坡耕地侵蚀评估中，使用侵蚀模数模型深入地研究耕作侵蚀和水力侵蚀，结合GIS的空间插值方法，对耕作侵蚀和水力侵蚀在坡地的空间分布特征进行三维模拟仿真，通过效果图可以清晰地对比出两者在同一区域的侵蚀特点和空间分布。贾红杰等[73，74]分别对岩溶坡地和黄土耕地进行耕作侵蚀的研究，分析了耕作侵蚀的机理与水力侵蚀的区别，及其耕作侵蚀的空间分布特征。
2.2.1.2.4 侵蚀与土壤属性相关性分析
Du等[75]试图寻找通过137Cs方法评估土壤重分布（侵蚀和沉积）对土壤属性（颗粒度、总有机碳、主量元素与部分微粒元素）的影响性。结果表明一些土壤属性（全磷、黏土矿、Ti和As）与土壤重分布相关性强。Theocharopoulos[56]分析了土壤侵蚀/沉积与土壤属性之间的关系，结果表明土壤侵蚀/沉积与土壤P、K、有机质、坡度和黏土矿有高度的相关性。华珞等[76，77]分析了北京密云水库周边土壤侵蚀与土壤元素氮磷钾的关系，结果表明它们之间存在高度相关。张明礼等[78-80]分别研究了侵蚀与土壤有机质、颗粒度、有机碳和全N的关系，并给出了这些土壤属性在侵蚀区域的空间分布特点。
总的来讲，目前核素137Cs侵蚀示踪技术已经比较成熟，方法简单、侵蚀速率量化程度高。但是，该技术也有明显的局限性，比如在侵蚀极为严重的地区（石漠化地区），土壤中137Cs损失殆尽，此类情况就很难使用该技术评估侵蚀量。这个时候就需要考虑将其他侵蚀研究方法结合起来使用。