坡耕地土壤溅蚀影响因子浅析及管理对策建议

焦银龙，周 娟

(1.四川省德阳市土肥站，四川 德阳 618000；2.四川省德阳市农业技术推广站，四川 德阳 618000)

川中丘陵区以坡耕地为主，其中10°～25°坡耕地面积较大，占全区坡耕地面积的65%以上，是长江上游主要的侵蚀产沙区之一。四川作为全国人口大省和农业大省，迫于粮食压力和经济需求，大量农户选择陡坡耕种，土地利用不合理，使丘陵区耕作层变薄，土壤养分流失严重，保水保土能力变差，加速了水土流失进程，严重阻碍了该区域土壤可持续利用和农业可持续发展[1]。雨滴溅蚀是水力侵蚀的初始阶段，主要发生在坡面产流初期，溅蚀作用能分散和迁移地表土壤颗粒，增强地表径流侵蚀作用，雨滴溅蚀产生的地表松散土粒会随水流流失，是径流损失泥沙的来源之一，因此地表土壤的变化会直接影响后续水力侵蚀的演化及其侵蚀强度[2]。鉴于此，国内外学者在土壤溅蚀变化特征的影响因素方面做了大量研究，并取得一系列重要成果。研究综合分析了降雨、坡度、植被覆盖和地表糙度等主要因子对土壤溅蚀的影响特征，并提出相应的对策建议。

1 溅蚀过程影响因素分析

1.1 降雨性质对溅蚀的影响

溅蚀是由雨滴对地表的打击造成的，降雨是坡耕地土壤溅蚀的原动力，受到降雨性质的直接影响，降雨性质包含雨量、雨强、雨滴级配、雨滴终速、降雨分布等指标。国内外学者对降雨性质及其对溅蚀的影响、降雨溅蚀机理的研究取得了重要进展，研究表明雨强、雨滴终速、雨滴级配，这3个指标对溅蚀的影响最为明显。研究人员选择了不同的降雨性质，并开展了雨滴物理特性的实测与理论研究。

学者在早期对溅蚀作用的研究中，考虑较多的降雨性质主要是降雨量和降雨强度。比如，陈一兵[3]通过采用不同的溅蚀收集方法对比发现，虽然在各测定方法间溅蚀量有所不同，但随着降雨量的增大溅蚀量总是不断增加。随着研究的深入和科技的发展，降雨雨滴相关指标的测定方法趋向于高科技，也更能真实、客观地反映溅蚀的机理。研究发现雨滴溅蚀的强弱与雨滴到达地表时自身能量的大小有关，雨滴动能则与降雨强度和雨滴直径关系密切，随着降雨强度的增大，雨滴直径和雨滴动能也增大，雨滴溅蚀能力也越强[4]。降雨强度和降雨动能与溅蚀量呈正相关关系，两者均能较好地反映降雨对土壤溅蚀的影响。此外，雨滴动能还影响土壤颗粒的迁移距离，雨滴动能越大土壤颗粒迁移越远，迁移量则随溅蚀距离的增大而减小，溅蚀土粒的61%～75%分布在距离样地0～20cm范围内，两者呈指数函数关系[5]。

每场降雨都是由大小不等的雨滴组成，雨滴级配的不同导致地表溅蚀产生了很大差异。有研究显示，当雨滴直径小于3mm时，所产生的溅蚀量很小且变化微弱，而直径大于4mm的雨滴造成的溅蚀量显著增大，变化十分明显[6]。雨滴溅蚀作用时间一般较短，它的影响在地表出现径流后不断减弱直至消失，一般情况下，当地表水深大于3倍雨滴直径时，溅蚀作用就可以忽略[7]。

1.2 坡度对溅蚀的影响

坡面坡度是影响土壤溅蚀的一个重要的地形因素，坡度不仅直接影响地表土壤颗粒的降雨动能及其起动条件, 还通过影响产流间接作用于降雨对土粒的分散和搬运强度。研究发现，溅蚀在坡面上具有明显的分带性，存在坡度时雨滴击溅作用不对称[8]。因此，只看溅蚀总量不能很好地反映雨滴溅蚀作用的本质，学者在研究过程中又根据溅蚀土粒的来向将其划分为向下坡、向上坡和侧坡，从而了解各个方向的溅蚀变化规律。

20世纪40年代，就有学者通过人工模拟降雨实验研究分析了坡度对雨滴击溅作用的影响，结果表明向下坡的溅蚀量远大于向上坡溅蚀量。此后，学者对坡度与溅蚀的关系进行了大量研究，并取得了一系列重要成果，大体上可以根据溅蚀量的变化规律，将其归纳为两种观点。其一，随坡度的增大溅蚀量增加。比如，在陡坡条件下(从2.9°～40.4°)的人工模拟降雨实验表明，随坡度的增加，向下坡溅蚀量、溅蚀总量与净溅蚀搬运量不断增大[9]。其二，随坡度的增大，向下坡溅蚀量、溅蚀总量和净搬运量呈现出先增后减的趋势，存在临界坡度。陈浩等[10]在3°～29°的坡度范围内，用室内人工模拟降雨实验，得出三者均随坡度的增大呈现出先增加后减小的结论。江忠善等[11]用天然降雨小区(坡度0°～40°、投影面积3m×3 m)溅蚀观测实验得出的结果与陈浩等人的研究结论一致，即溅蚀总量与坡度表现出有极大值的抛物线关系。向上坡溅蚀量随坡度的变化情况较为复杂，多数研究结果表明其随坡度的增加略有减少，而有关侧坡溅蚀量与坡度间关系得出的结果较一致，认为两者之间的关联不大。

1.3 植被覆盖对溅蚀的影响

溅蚀作用主要发生在裸露地表，尤其是农耕地。植被使地面上方局部空间格局发生变化，进而影响降雨的空间分布，导致土壤溅蚀与各因子间的关系复杂化。植被具有拦截和缓冲降雨雨滴的效果，影响溅蚀作用，地表植被的抗溅蚀能力与其种类和生长阶段息息相关，植被对降雨有直接的再分配过程，其作用主要通过透流、截流和茎秆流3种方式进行[12]。

植被冠下土壤的溅蚀作用，与冠层结构特别是冠层高度和覆盖度有极其密切的关系，覆盖度较高的低矮冠层对控制坡耕地土壤溅蚀有明显的积极作用[13]。植被覆盖率大时，雨滴动能因植被拦截作用而减弱，土壤表面很少被雨滴直接击打，与裸地相比土壤颗粒没有完全分散，地表径流形成缓慢产生径流的时间也比裸地晚，径流总量和径流流速也相对较小[14]。作物植被对降雨的拦截作用本质上和森林植被是相同的，但在具体过程和产生的效果上却有很大的不同。

作物冠下溅蚀主要受作物种类、生育期和种植方式等因素影响，作物生长初期的溅蚀量有很大的差别。玉米种植条件下，对降雨再分配影响的研究发现，玉米冠层对降雨的截留量、穿透雨和茎秆流与降雨强度呈极显著线性正相关，玉米可引导一部分冠上降雨，从而减缓对地表的直接冲击[15]。种植大豆后，其冠下溅蚀作用主要是穿透雨所致，各生育期的平均溅蚀率与叶片指数和冠下雨强的变化趋势一致[16]。通过研究同一降雨强度条件下，草本植物覆盖度与溅蚀作用的关系发现，植被覆盖度达到40%前，溅蚀量随作物覆盖度的增大显著减小，两者呈负相关[17]。植被冠层覆盖度的增大在一定程度上对地表有保护作用，但植被高度对溅蚀的影响也比较突出，冠层较高的植被可能造成更强烈的冠下溅蚀作用[18]。溅蚀主要发生在裸露地表，当地面有枯枝落物层时溅蚀量迅速下降，在其厚度为1cm时溅蚀量几乎为零，同时作物收割后的残根及其秸秆也有保护地面减缓溅蚀的效果[19-20]。

1.4 地表糙度对溅蚀的影响

降雨雨滴的不断撞击、迁移、搬运和径流冲刷等作用，会导致地表微地形改变，雨滴击溅侵蚀与地表微地形之间相互影响。地表微地形常以地表糙度表示，是指在一定面积地块上，受自然或人为因素影响形成的一种高低起伏的地表现象。它能反映出地表在比降梯度最大方向上凹凸不平的形态或起伏状况，是认识和理解水蚀机理的重要指标。

由于地表微地形分布的随机性和变化的不确定性，有关地表糙度和土壤侵蚀的研究结果存在很大差异，其中一些研究显示地表微地形起伏可减弱水力侵蚀，而另一些研究人员的结果却截然相反。因此，地表糙度的变化特点一直为国内外学者所关注，而国内目前对地表糙度与土壤溅蚀的相关研究还比较少。地表微地形的变化，对雨水下渗速率、径流方向、土壤颗粒的跃迁和拦截等过程都有直接影响。郑子成等[21]通过对不同降雨强度和管理措施对土壤侵蚀过程中地表微地形的影响进行研究，发现在高差0～1cm和1～3cm区域侵蚀产生的泥沙最易堆积。低雨强(0.62mm/min)条件下，向上坡、向下坡溅蚀量与地表糙度间的关系较为复杂，而在高雨强(1.53mm/min)条件下，向上坡溅蚀量、向下坡溅蚀量和溅蚀总量随地表糙度的变化趋势较为一致，均表现为先增后减[22]。地表微地形对裸地溅蚀作用的影响主要表现为微坡度的变化，具有降低坡面溅蚀量的作用，但微坡向对溅蚀作用的变化不敏感，故可作为一种指标来反映两者之间的关系[23]。溅蚀过程中始终伴随着地表糙度的变化，地表糙度在开始降雨时由雨滴直接击打地面而变化，一段时间后则受降雨击溅和径流冲刷等的综合作用而改变。

2 对策建议

2.1 实施退耕还林还草

要继续巩固和发展退耕还林还草成果，同时按照有关政策，将易造成水土流失的坡耕地有计划、有步骤地停止耕种，根据适地适树的原则，因地制宜稳妥推进植树造林工作，恢复草地和森林植被，保护和改善当地生态环境。特别是重点流域和水库周边15°～25°及25°以上非基本农田坡耕地要逐步实施退耕还林还草，可优先发展经济林果业，并结合推广林下种植技术，因为过陡的坡耕地种植粮油作物，不仅产量低，还会造成不断的水土流失。

2.2 强化综合治理与利用

耕地保护刻不容缓，要积极探索适合本地实情的坡耕地水土流失综合治理模式和农业产业发展模式。因地制宜加强坡耕地水土流失防治，改善山丘区农业生产条件和生态环境，以保土、蓄水、节水措施为主，控制坡耕地水土流失，合理利用和有效保护水土资源。通过实施土地整治和高标准农田建设等项目，推进坡改梯、蓄水池、排灌渠等农业基础设施建设，逐步破除坡耕地生产障碍主要因素，实现水不下山、泥不出沟、肥不外流，推进果、粮、经协调发展，提高土地产出率和农业产业化水平，增加农民收入。

2.3 加强田间管理

2.3.1 选种低矮耐旱作物品种 坡耕地种植的作物应选择低矮耐旱品种，作物茎秆尽量不高于2m，可缓解降雨对地表土壤的击溅侵蚀，减缓耕作层土壤的流失，也能降低农作物被雨水冲刷倒伏的风险。川中丘陵区坡耕地耐旱作物以种植玉米为主，玉米冠层可阻拦一部分冠上雨量，减少直接到达地表的降雨，从而缓解降雨对土壤的直接溅蚀。

2.3.2 增加作物覆盖度 种植作物时最好选择高低搭配，增大作物覆盖度。在种植玉米的情况下，可套作一些草本作物，比如今年全国大力推广的玉米大豆带状复合种植技术，就是采用玉米带与大豆带间作套种，充分利用两种作物高矮搭配、边行优势的互补效应，不仅能提高土地利用率和产出率，促进农业增效农民增收，还增加了作物高低冠层对降雨的拦截次数，大幅减少雨滴对土壤的溅蚀作用。

2.3.3 实施横坡垄作 采用横垄可增大地表微地形，是我国南方坡耕地实施的主要耕作措施之一，不仅能延缓地表径流的产生，降低径流对地表的冲刷，还可增加水分利用效率，起到蓄水保墒的效果，增加作物产量。但在遇到强降雨后易发生断垄，因此在农业生产过程中要注意及时修补横垄破损之处。

2.3.4 推广适度免耕 本文讲到溅蚀主要发生在裸露的地表，当地面有枯枝落物层和作物收割后的残根及其秸秆时溅蚀量迅速下降，加之山丘区坡耕地种植效益低、农村劳力匮乏、农机使用受限等现实原因，应大力推广坡耕地适度免(少)耕技术，达到固土省工、节本增效之目的。