土壤侵蚀研究新结合点

邓继峰 张淞著

摘 要：耕作侵蚀是存在于农田景观当中的土壤侵蚀过程，随着现代农业化的发展，耕作方式变得复杂而多样化，耕作侵蚀对农业环境的不利影响已经日益显现，并引起相应的关注。近年来围绕着耕作侵蚀对传统侵蚀过程（水蚀）的研究开展较为全面，但是相反的侵蚀作用影响却未见报道。本研究描述了两种侵蚀过程的作用机理，结合两者间的同异性，探讨了水蚀对耕作侵蚀可能产生的能流、物流变化影响，分析了土壤侵蚀关系研究中存在的新问题，并提出了相应的展望。

关键词：耕作侵蚀；水蚀；土壤侵蚀关系

传统意义上的水蚀被认为是总土壤侵蚀的驱动因子，而在农田坡耕地上，耕作侵蚀则是总土坡侵蚀的重要的贡献者，如在加拿大东部的安大略省、魁北克省及大西洋三省，耕作侵蚀可占总侵蚀量的70%以上。在传统的农业实践中，耕作是改变土壤物理性质的手段，为播种进行准备，促进深层土壤养分的释放，灭除杂草，将作物残余填埋等。然而在现代农业推广下，连年、高效、高强度的耕作措施加速了土壤自然结构的破坏，尤其在山区和丘陵区坡地，土壤从上坡坡位向下坡坡位迁移，使得良好的土壤层暴露在外面，加上水蚀的干扰，使得整体侵蚀过程加剧。由于水蚀是以自然机械力作为侵蚀的动因，而耕作侵蚀是人为机械力的作用结果，因此以往的研究更倾向于人为作用对环境的影响，而忽略相应的反方向科学探索。正是因为耕作侵蚀在形式、过程、机理等方面，与其他侵蚀类型存在明显的异质性，侵蚀过程的前后顺序会对总侵蚀量产生较大影响，所以展开相应的土壤侵蚀过程间的结合研究显得尤为必要。

1 耕作侵蚀过程

耕作侵蚀是一种在外营力的作用、干预下，母质土壤被循环搬运、沉积和亚表层土壤被不断破坏的侵蚀过程。在耕地范围内，依赖于耕作方向，土壤产生耕作位移，上坡与下坡产生的耕作位移差值为耕作侵蚀量，即耕作过程起到了土壤的传输、堆积和重新分配作用影响。从大尺度范围的景观生态学上看，以往的研究集中在自然侵蚀力（水蚀）对农田景观格局的能流、物流影响，而忽略了基本的耕作诱因。直到Cs-137技术的发展、成熟，土壤侵蚀量的计算不足以用单一的水蚀进行解释时，耕作侵蚀问题才开始被关注。如今此类研究已成为欧美国家在土壤侵蚀研究领域研究的热点之一，然而与传统意义上的侵蚀研究相比，还有待补充加强。

2 水蚀与耕作侵蚀的异质性

水蚀作为农田景观中重要的侵蚀过程，是指土壤及其母质、岩石等受水力作用造成的侵蚀。作为传统意义上的侵蚀过程，水蚀与耕作侵蚀的差异性主要体现在以下5个方面。第一，侵蚀发生部位：耕作侵蚀主要发生在上坡（凸坡）的耕层土壤；而水蚀发生在中至下坡的表面薄层土壤。第二，侵蚀力及产生的微地貌变化：耕作侵蚀为耕作工具（农机具）作用于土壤，具有夷平坡面效应，主要在耕作范围内；而水蚀是降雨和径流等自然力作用形成细沟等水蚀沟，可发生在其他景观。第三，土壤运动形式：耕作侵蚀可以一次性的大范围移动土壤，导致土块滑动和滚动，但是单一事件下，土壤运动距离短；水蚀则对土壤有分选性，对土壤颗粒的搬运形式为，大颗粒滚动、小颗粒悬浮，沉积物可长距离运输。第四，侵蚀速率影响因子：耕作侵蚀取决于微地貌（坡度、坡曲率和土壤表面状况）和耕作人员（耕层深度和耕作速度的控制）；而水蚀取决于土壤本身的性质。第五，单次事件的侵蚀征状：耕作侵蚀征状不明显；水蚀则是一个快速性的过程，产生征状明显。

3 耕作侵蚀对水蚀的影响

在农田坡地上，耕作过程会搬运走表层土壤，暴露出可蚀性高的亚表土层，从而更易于水蚀侵扰。另外，耕作侵蚀所造成沉积物的位置是水蚀开始的会聚区域（细沟和集水地带），从而加速了总的土壤侵蚀过程。同时，耕作影响了细沟的形成，在降雨与径流的冲刷下，细沟又会变大，形成冲沟，加速了水蚀的侵蚀力作用。

4 水蚀对耕作侵蚀的潜在影响

如果在已有的水蚀地区进行农业耕作，那么耕作侵蚀过程所能产生的土壤侵蚀量有何变化，对耕作侵蚀量如何测定？本研究认为有以下五个方面值得考虑。一是水蚀沟的破坏与再形成，耕作工具在一次有效的耕作作用后，可将原有的水蚀沟（细沟）完全破坏掉，而在反复的耕作作用下，沟堑会再次形成，这时降雨或径流再次作用于土壤表面会填充侵蚀沟，形成新的水蚀沟，对新的水蚀侵蚀量或新的耕作侵蚀量需要进行重新计算评估。二是对耕作侵蚀量的评估，室内模拟实验可以很好的了解在水蚀作用下耕作侵蚀量所占总土壤侵蚀量多少，但是在野外试验中，受限于天气状况和土壤条件，在雨量充沛的田间坡地，很难将水蚀与耕作侵蚀的先后顺序区分开来，因此需要在野外设置对照，对整体试验进行精确控制进而求算土壤总侵蚀量。三是总体土壤位移距离，由于水蚀沟的存在，土壤是被不断填充进去，因此耕作作用下所产生的能量有很大一部分被耗散。土壤位移距离会比单一的耕作侵蚀作用（无水蚀作用）要短。这也取决于水蚀沟的宽度与深度，宽度越大、深度越深其能量消耗越大，土壤位移越短。因此，不能直接计算比较，较为可行的办法是在计算中算出上坡和下坡的侵蚀量取坡度对侵蚀量的线性方程，比较方程斜率（消去水蚀沟存在的影响，可理解为可蚀性因子），间接进行比较，或进行其他有效的数学分析计算。四是对上坡的土壤后置位移和偏侧位移的影响，土壤后置位移发生在上坡的耕作上，由于重力作用，少量的土壤会翻滚向后移动。而偏侧位移则发生在上坡和下坡上，土壤在耕作作用力下向两侧分展开，产生最大与耕作方向90°的偏移。在水蚀沟存在的情况下，两者位移距离产生变化程度取决于耕作位置与水蚀沟所在位置是否相同，相同时则会出现能量先耗散，然后土壤重新分配；如果位置作用不相同则会出现土壤重新分配，然后能量消耗的过程，总之两者位移距离是产生耕作侵蚀长尾效应的主要因素，在分析中是必须得考虑进去的因素之一。目前，在单一的耕作侵蚀作用下，对两者的量化测定存在一定技术和科学界线划定上的困难，加入水蚀因素后这一过程又变得复杂起来，这也是今后需要考虑的方向。五是建立水蚀对耕作侵蚀的嵌入式模型，单一的土壤侵蚀模型不能够真实地反映复杂地形农业景观土壤的侵蚀状况。需要将两者有效的结合起来，才能得到较为准确的效果。由于耕作侵蚀力与气候无关，因此与水蚀模型比较，耕作侵蚀模型更具有普遍性，而水蚀对耕作侵蚀的模型建立应该是以耕作侵蚀模型为背景，水蚀模型作为模块嵌入形式存在，所以未来的模型建立可具有价值和普遍性。

5 结论

对土壤侵蚀之间相互作用关系的深入认识，需要明晰侵蚀发生的先后顺序，先水蚀后耕作侵蚀的研究地位应当与耕作侵蚀对水蚀的研究地位同等重要。希望这类研究能在未来的科研、政府的政策和有关国家项目中得到具体体现。

作者简介：邓继峰（1984-），男，沈阳农业大学讲师，博士，从事森林生态研究，Email：dengjifeng1984@gmail.com

（责任编辑 马迎杰）