高寒区冻融侵蚀类型及驱动力分析

钱登峰，庄晓晖，张 博

(1.西藏大学农牧学院 资源与环境学院，西藏 林芝860000；2.中国农业大学 水利与土木工程学院，北京100013)

据第三次全国土壤侵蚀遥感调查资料统计，全国水土流失面积(含冻融侵蚀)484.74万km2，占国土面积的50.49%，其中冻融侵蚀面积127.82万km2， 占国土面积的13.31%。我国冻融侵蚀区涉及西藏、青海、新疆、内蒙古、甘肃、四川、黑龙江7个省(自治区)，其中西藏自治区冻融侵蚀面积最大，达90.50 万km2，占全国冻融侵蚀面积的70.8%[1]。

基于高海拔地区的定义[2]和陈仁升对中国寒区的界定[3]，提出高寒区(高海拔寒区)的概念，即海拔3 500 m (或4 000 m)以上，存在多年冻土、冰川和稳定性季节积雪的高山高原地区。作为高寒区一种主要的土壤侵蚀形式，由于其所处的地理位置和地质环境特殊，冻融侵蚀产生的水土流失问题也比较特殊。对高寒区土壤侵蚀进行分类和驱动力分析，能为进一步研究土壤侵蚀发生发展机理、空间分布特征和规律以及制定科学的土壤侵蚀防治对策提供依据。

1 冻融侵蚀与冻融作用

所谓冻融侵蚀是指在多年冻土地区，土体或岩石风化体中的水分反复冻融而使土体和风化体不断冻胀、破裂、消融、流变而发生蠕动、移动的现象[4]。冻融作用是造成冻融侵蚀的主要原因，它与气候的日、年和多年变化有着密切的关系[5]。高寒区海拔高，气温低，气温日、年较差大，冻融作用交替频繁，为冻融侵蚀的发生发展创造了条件。随着冻土区温度周期性地发生正负变化，冻土层中的水分相应地出现相变与迁移，致使岩石碎裂，松散沉积物扰动与再分选，冻土层发生变形，产生冻胀、融沉和流变等一系列的复杂过程。

冻融侵蚀和冻融作用是两个不同的概念，冻融侵蚀是一种侵蚀现象，而冻融作用是造成这种现象的主要因素。存在冻融作用不一定会出现冻融侵蚀现象。在我国华北地区，冬季常会出现低于0 ℃的气温，在第二年春季气温回升过程中昼夜气温正负变化造成土壤机械破坏，如田间大土块经过冻融作用分裂成很多小土块，但春季转暖后这些土块并没有流失掉，而是停留在原地，这种现象就不能认为是冻融侵蚀。冻融侵蚀强调碎裂土体、岩石等在冻融作用下产生机械破坏或位移，并使土体、岩石不能恢复原状或回复原位[6]。

2 高寒区冻融侵蚀类型及驱动力分析

在不同作用力下土壤侵蚀发生发展过程中所呈现的各种形式或形态，称为侵蚀类型[4]。根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—96)的分区依据，一级区划以发生学原则(主要侵蚀外营力)，分为水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀三大侵蚀类型区，冻融侵蚀又分为北方冻融土侵蚀区和青藏高原冰川侵蚀区，其中青藏高原被列为冰川侵蚀区。刘淑珍等认为冰川侵蚀与冻融侵蚀在营力和方式上都有本质区别，冰川侵蚀应单独划为一个类型[2]。参照水利部标准并结合大多数研究者对冻融侵蚀的观点，把冰川侵蚀作为冻融侵蚀的一种进行研究。本研究把高寒区冻融侵蚀分为冰川侵蚀、融冰/雪径流侵蚀、冻融风蚀、冻融泻溜、冻融泥流、沟道冻融侵蚀。

(1)冰川侵蚀。冰川侵蚀是指冰川在自身重力作用下向下移动过程中对坡面或沟床造成的磨蚀和拔蚀作用。冰川是地球上最大的“天然固体水库”。青藏高原高寒区雪线以上多年的积雪因重力缘故被挤压成冰块，并在重力的作用下沿河床或山坡缓慢向下移动。多数冰川厚达几十米，甚至上百米，重量非常大，具有巨大的机械动能，在运动过程中就像一台巨大的铲土机，破坏着山坡地表土壤[6]。山谷中的冰川是一条长年存在以冰块组成的巨大河流，又称为冰河。冰川前进时切割山谷两旁的石头，将它们带往下游很远的地方。冰川融化时下部冰舌退缩，这些巨大的石头就被留在原来冰河的河道上或两旁山坡上。冰河流经的山谷会由原来的V形变成U形。

(2)融冰/雪径流侵蚀。融冰/雪径流侵蚀是指表层解冻土壤在融冰/雪径流作用力下被破坏、搬运和沉积的过程。春夏季高寒区地表热量收支变化，收入大于支出，造成空气及土壤温度上升，雪线以下积雪和雪线以上部分冰川产生融水。土壤表层解冻土壤与下层未解冻土壤之间产生了一个不透水层，入渗水分遇到土壤隔水层不能继续下渗，造成表层解冻土壤呈饱和或过饱和状态，进而冰/雪融水在土壤表面汇集，产生股状水流，造成土壤侵蚀，严重时会导致冰川融雪型泥石流的发生，危及人们生命安全，损坏道路和工程设施。

(3)冻融风蚀。冻融风蚀是指土壤在冻融作用下土体团聚结构遭破坏，在风力作用下被吹起及搬运的过程。青藏高原高寒区大部分地区干旱少雨，除西藏东南部降水量相对较多外，藏北和阿里等地区降水量稀少，最少的只有几十毫米，并且大风天气多。青藏高原高寒区反复的冻融作用使得表土变得松散，加之处于气候干燥、植被稀疏、冬春季多风的环境，在风力等作用下形成了强烈的风蚀作用区。

(4)冻融泻溜。裸露陡坡上表层岩石由于冷热不均或内部水分冻胀热缩作用破裂成碎屑，并在自重作用下顺坡向下滚落的现象，称为冻融泻溜。岩石是热的不良导体，是由不同热膨胀系数矿物组成的集合体。高寒区白天光照强，造成岩石表面温度高、内外温差大，导致岩石开裂，在表层出现块状或层状的剥落物，并在重力作用下向下运动。此外，岩石内部水分在温度反复的正负变化之下会出现冻胀热缩过程，在这种膨胀力和收缩力作用下一样会使得岩石碎裂和滑落，从而产生侵蚀。

(5)冻融泥流。冻融泥流是指冻融风化层和饱含水的松散土层解冻时，因具有塑性而发生沿斜坡蠕动的现象。冻融泥流是发生在10°～20°坡面上的一种重力侵蚀现象。解冻土壤和未解冻土壤之间隔水层的存在使入渗到解冻土壤的水分在重力作用下形成壤中流，导致土壤重量加大。当滑动面上未解冻土产生的摩擦力小于上面解冻土壤的下滑力时，土壤就沿着滑动面向下蠕动，并随着外部融水的加入，逐渐形成泥流向下流动。

(6)沟道冻融侵蚀。沟道冻融侵蚀是指沟道内土壤由于冻融作用造成的沟坡滑泻、沟壁垮塌和沟岸裂隙及融滑现象。高寒区沟道主要位于小型集水面的出水口处以及大型坡面下坡位地势相对较低的位置，通常是由最初的细沟发展而来，由细沟发展为浅沟再到切沟，最后形成有一定宽度和深度的沟道。在高寒区沟道发展过程中，起初水力侵蚀作用明显，沟道形成后冻融作用和水力作用都为沟道发展壮大提供了能量基础，尤其是冻融侵蚀，沟道内土壤等物质受到地面和沟道边坡两个方向表层土壤向深层传递的热量影响，导致土壤内部温度昼夜正负交替变化，产生热缩冷胀现象，使土壤和一些岩石风化物滑落或垮塌进入沟床，经沟道内冰雪融水流失掉。

3 冻融侵蚀研究展望

由于环境恶劣、条件艰苦，所以目前对高寒区冻融侵蚀的研究较少，并且多数是宏观研究成果，相关机理性研究鲜有报道。受全球变暖和人类活动影响，高寒区冻融侵蚀对高原生态环境、人类生产生活、工程设施安全造成的影响日益凸显，因此加强对高寒区冻融侵蚀的研究十分必要。

未来青藏高原高寒区冻融侵蚀研究有以下几个方向：冰川退缩与全球气候环境关系研究、冻融侵蚀机理研究、冻融侵蚀预报模型研究、冻融侵蚀强度评价指标体系研究、河流/湖泊水文—泥沙过程与冻融侵蚀关系研究。

[参考文献]

[1] 水利部,中国科学院,中国工程院.中国水土流失防治与生态安全(水土流失数据卷)[M].北京:科学出版社,2010:1-16.

[2] 刘淑珍,吴华,张建国,等.寒冷环境土壤侵蚀类型[J].山地学报,2008,26(3):326-330.

[3] 陈仁升,康尔泗,吴立宗,等.中国寒区分布探讨[J].冰川冻土,2005,27(4):469-475.

[4] 唐克丽.中国水土保持[M].北京：科学出版社,2004:110.

[5] 李述训，南卓铜，赵林.冻融作用对系统与环境间能量交换的影响[J].冰川冻土,2002,24(2):109-115.

[6] 景国臣.冻融侵蚀的类型及其特征研究[J].中国水土保持,2003(10):17-18.