土壤侵蝕研究新結(jié)合點(diǎn)

鄧?yán)^峰 張淞著

摘 要：耕作侵蝕是存在于農(nóng)田景觀當(dāng)中的土壤侵蝕過(guò)程，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化的發(fā)展，耕作方式變得復(fù)雜而多樣化，耕作侵蝕對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的不利影響已經(jīng)日益顯現(xiàn)，并引起相應(yīng)的關(guān)注。近年來(lái)圍繞著耕作侵蝕對(duì)傳統(tǒng)侵蝕過(guò)程（水蝕）的研究開(kāi)展較為全面，但是相反的侵蝕作用影響卻未見(jiàn)報(bào)道。本研究描述了兩種侵蝕過(guò)程的作用機(jī)理，結(jié)合兩者間的同異性，探討了水蝕對(duì)耕作侵蝕可能產(chǎn)生的能流、物流變化影響，分析了土壤侵蝕關(guān)系研究中存在的新問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的展望。

關(guān)鍵詞：耕作侵蝕；水蝕；土壤侵蝕關(guān)系

傳統(tǒng)意義上的水蝕被認(rèn)為是總土壤侵蝕的驅(qū)動(dòng)因子，而在農(nóng)田坡耕地上，耕作侵蝕則是總土坡侵蝕的重要的貢獻(xiàn)者，如在加拿大東部的安大略省、魁北克省及大西洋三省，耕作侵蝕可占總侵蝕量的70%以上。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)實(shí)踐中，耕作是改變土壤物理性質(zhì)的手段，為播種進(jìn)行準(zhǔn)備，促進(jìn)深層土壤養(yǎng)分的釋放，滅除雜草，將作物殘余填埋等。然而在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)推廣下，連年、高效、高強(qiáng)度的耕作措施加速了土壤自然結(jié)構(gòu)的破壞，尤其在山區(qū)和丘陵區(qū)坡地，土壤從上坡坡位向下坡坡位遷移，使得良好的土壤層暴露在外面，加上水蝕的干擾，使得整體侵蝕過(guò)程加劇。由于水蝕是以自然機(jī)械力作為侵蝕的動(dòng)因，而耕作侵蝕是人為機(jī)械力的作用結(jié)果，因此以往的研究更傾向于人為作用對(duì)環(huán)境的影響，而忽略相應(yīng)的反方向科學(xué)探索。正是因?yàn)楦髑治g在形式、過(guò)程、機(jī)理等方面，與其他侵蝕類型存在明顯的異質(zhì)性，侵蝕過(guò)程的前后順序會(huì)對(duì)總侵蝕量產(chǎn)生較大影響，所以展開(kāi)相應(yīng)的土壤侵蝕過(guò)程間的結(jié)合研究顯得尤為必要。

1 耕作侵蝕過(guò)程

耕作侵蝕是一種在外營(yíng)力的作用、干預(yù)下，母質(zhì)土壤被循環(huán)搬運(yùn)、沉積和亞表層土壤被不斷破壞的侵蝕過(guò)程。在耕地范圍內(nèi)，依賴于耕作方向，土壤產(chǎn)生耕作位移，上坡與下坡產(chǎn)生的耕作位移差值為耕作侵蝕量，即耕作過(guò)程起到了土壤的傳輸、堆積和重新分配作用影響。從大尺度范圍的景觀生態(tài)學(xué)上看，以往的研究集中在自然侵蝕力（水蝕）對(duì)農(nóng)田景觀格局的能流、物流影響，而忽略了基本的耕作誘因。直到Cs-137技術(shù)的發(fā)展、成熟，土壤侵蝕量的計(jì)算不足以用單一的水蝕進(jìn)行解釋時(shí)，耕作侵蝕問(wèn)題才開(kāi)始被關(guān)注。如今此類研究已成為歐美國(guó)家在土壤侵蝕研究領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，然而與傳統(tǒng)意義上的侵蝕研究相比，還有待補(bǔ)充加強(qiáng)。

2 水蝕與耕作侵蝕的異質(zhì)性

水蝕作為農(nóng)田景觀中重要的侵蝕過(guò)程，是指土壤及其母質(zhì)、巖石等受水力作用造成的侵蝕。作為傳統(tǒng)意義上的侵蝕過(guò)程，水蝕與耕作侵蝕的差異性主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面。第一，侵蝕發(fā)生部位：耕作侵蝕主要發(fā)生在上坡（凸坡）的耕層土壤；而水蝕發(fā)生在中至下坡的表面薄層土壤。第二，侵蝕力及產(chǎn)生的微地貌變化：耕作侵蝕為耕作工具（農(nóng)機(jī)具）作用于土壤，具有夷平坡面效應(yīng)，主要在耕作范圍內(nèi)；而水蝕是降雨和徑流等自然力作用形成細(xì)溝等水蝕溝，可發(fā)生在其他景觀。第三，土壤運(yùn)動(dòng)形式：耕作侵蝕可以一次性的大范圍移動(dòng)土壤，導(dǎo)致土塊滑動(dòng)和滾動(dòng)，但是單一事件下，土壤運(yùn)動(dòng)距離短；水蝕則對(duì)土壤有分選性，對(duì)土壤顆粒的搬運(yùn)形式為，大顆粒滾動(dòng)、小顆粒懸浮，沉積物可長(zhǎng)距離運(yùn)輸。第四，侵蝕速率影響因子：耕作侵蝕取決于微地貌（坡度、坡曲率和土壤表面狀況）和耕作人員（耕層深度和耕作速度的控制）；而水蝕取決于土壤本身的性質(zhì)。第五，單次事件的侵蝕征狀：耕作侵蝕征狀不明顯；水蝕則是一個(gè)快速性的過(guò)程，產(chǎn)生征狀明顯。

3 耕作侵蝕對(duì)水蝕的影響

在農(nóng)田坡地上，耕作過(guò)程會(huì)搬運(yùn)走表層土壤，暴露出可蝕性高的亞表土層，從而更易于水蝕侵?jǐn)_。另外，耕作侵蝕所造成沉積物的位置是水蝕開(kāi)始的會(huì)聚區(qū)域（細(xì)溝和集水地帶），從而加速了總的土壤侵蝕過(guò)程。同時(shí)，耕作影響了細(xì)溝的形成，在降雨與徑流的沖刷下，細(xì)溝又會(huì)變大，形成沖溝，加速了水蝕的侵蝕力作用。

4 水蝕對(duì)耕作侵蝕的潛在影響

如果在已有的水蝕地區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)耕作，那么耕作侵蝕過(guò)程所能產(chǎn)生的土壤侵蝕量有何變化，對(duì)耕作侵蝕量如何測(cè)定？本研究認(rèn)為有以下五個(gè)方面值得考慮。一是水蝕溝的破壞與再形成，耕作工具在一次有效的耕作作用后，可將原有的水蝕溝（細(xì)溝）完全破壞掉，而在反復(fù)的耕作作用下，溝塹會(huì)再次形成，這時(shí)降雨或徑流再次作用于土壤表面會(huì)填充侵蝕溝，形成新的水蝕溝，對(duì)新的水蝕侵蝕量或新的耕作侵蝕量需要進(jìn)行重新計(jì)算評(píng)估。二是對(duì)耕作侵蝕量的評(píng)估，室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)可以很好的了解在水蝕作用下耕作侵蝕量所占總土壤侵蝕量多少，但是在野外試驗(yàn)中，受限于天氣狀況和土壤條件，在雨量充沛的田間坡地，很難將水蝕與耕作侵蝕的先后順序區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此需要在野外設(shè)置對(duì)照，對(duì)整體試驗(yàn)進(jìn)行精確控制進(jìn)而求算土壤總侵蝕量。三是總體土壤位移距離，由于水蝕溝的存在，土壤是被不斷填充進(jìn)去，因此耕作作用下所產(chǎn)生的能量有很大一部分被耗散。土壤位移距離會(huì)比單一的耕作侵蝕作用（無(wú)水蝕作用）要短。這也取決于水蝕溝的寬度與深度，寬度越大、深度越深其能量消耗越大，土壤位移越短。因此，不能直接計(jì)算比較，較為可行的辦法是在計(jì)算中算出上坡和下坡的侵蝕量取坡度對(duì)侵蝕量的線性方程，比較方程斜率（消去水蝕溝存在的影響，可理解為可蝕性因子），間接進(jìn)行比較，或進(jìn)行其他有效的數(shù)學(xué)分析計(jì)算。四是對(duì)上坡的土壤后置位移和偏側(cè)位移的影響，土壤后置位移發(fā)生在上坡的耕作上，由于重力作用，少量的土壤會(huì)翻滾向后移動(dòng)。而偏側(cè)位移則發(fā)生在上坡和下坡上，土壤在耕作作用力下向兩側(cè)分展開(kāi)，產(chǎn)生最大與耕作方向90°的偏移。在水蝕溝存在的情況下，兩者位移距離產(chǎn)生變化程度取決于耕作位置與水蝕溝所在位置是否相同，相同時(shí)則會(huì)出現(xiàn)能量先耗散，然后土壤重新分配；如果位置作用不相同則會(huì)出現(xiàn)土壤重新分配，然后能量消耗的過(guò)程，總之兩者位移距離是產(chǎn)生耕作侵蝕長(zhǎng)尾效應(yīng)的主要因素，在分析中是必須得考慮進(jìn)去的因素之一。目前，在單一的耕作侵蝕作用下，對(duì)兩者的量化測(cè)定存在一定技術(shù)和科學(xué)界線劃定上的困難，加入水蝕因素后這一過(guò)程又變得復(fù)雜起來(lái)，這也是今后需要考慮的方向。五是建立水蝕對(duì)耕作侵蝕的嵌入式模型，單一的土壤侵蝕模型不能夠真實(shí)地反映復(fù)雜地形農(nóng)業(yè)景觀土壤的侵蝕狀況。需要將兩者有效的結(jié)合起來(lái)，才能得到較為準(zhǔn)確的效果。由于耕作侵蝕力與氣候無(wú)關(guān)，因此與水蝕模型比較，耕作侵蝕模型更具有普遍性，而水蝕對(duì)耕作侵蝕的模型建立應(yīng)該是以耕作侵蝕模型為背景，水蝕模型作為模塊嵌入形式存在，所以未來(lái)的模型建立可具有價(jià)值和普遍性。

5 結(jié)論

對(duì)土壤侵蝕之間相互作用關(guān)系的深入認(rèn)識(shí)，需要明晰侵蝕發(fā)生的先后順序，先水蝕后耕作侵蝕的研究地位應(yīng)當(dāng)與耕作侵蝕對(duì)水蝕的研究地位同等重要。希望這類研究能在未來(lái)的科研、政府的政策和有關(guān)國(guó)家項(xiàng)目中得到具體體現(xiàn)。

作者簡(jiǎn)介：鄧?yán)^峰（1984-），男，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)講師，博士，從事森林生態(tài)研究，Email：dengjifeng1984@gmail.com

（責(zé)任編輯 馬迎杰）