土壤侵蝕研究進展

劉爭光

(四川蜀水生態環境建設有限責任公司，四川 成都 610021)

在無人為干擾的情況下，土壤及其母質在水力、風力、凍融等外部作用力下被逐漸破壞、剝蝕、搬運和沉積的過程即為土壤侵蝕[1]。唐克麗等[2]以外部環境對土壤的作用力為依據，將土壤侵蝕分為風力侵蝕、水力侵蝕、凍融侵蝕等，土壤侵蝕可以導致土壤退化，對土地資源造成了不可逆的破壞。程圣東等[3]通過對云南省金沙江河谷實驗表明，土壤理化性質是影響土壤侵蝕和土壤抗蝕性能的重要內在因素。而在土壤侵蝕過程中，土壤水動力學特征是最直觀表現[4]。因此，研究土壤理化性質以及土壤侵蝕水動力學特征，對于預防和治理不同地區不同類型不同程度土壤侵蝕具有重要意義。本文通過分析不同學者的研究進展，歸納總結不同地域的土壤侵蝕研究結論，為進一步探討如何減弱土壤侵蝕，保護土壤資源提供理論依據。

1 土壤物理性質對土壤侵蝕的影響

朱樂紅等[5]研究結果表明，土壤侵蝕受到土壤理化性質的顯著影響。其中，關于土壤物理性質的研究主要包括土壤容重、土壤含水量及土壤團聚體結構等。

1.1 土壤容重對土壤侵蝕的影響

土壤容重反映了土壤的松緊程度，直接影響到土壤的通氣性和透水性，進而影響土壤侵蝕[5]。劉希林等[6]在對廣東五華縣蓮塘崗研究中得出，砂土容重較大，黏土容重較小。李建興等[7]通過對普洱市棄渣場研究實驗得出，土壤容重越大，棄渣場坡面流能力越強，坡面產流時刻越早，徑流系數越大，導致土壤流失量越大。徐燕等[8]在貴州省紫云縣通過對不同土地利用類型對比得出，土壤容重越大，土壤侵蝕越嚴重；其結果還表明，不同土地利用類型土壤容重有很大差異，其排列順序為裸坡地>坡耕地>草地>臺耕地>林地。根據分析，得到這些結果主要與土壤有機質含量、粘粒含量、結構狀況和孔隙狀況等有關。而且李建興等[7]、徐燕等[8]的結果表明，同一地區其研究結果具有相似性。胡嬋娟等[9]在對延安市羊圈溝流域的研究中用137Cs的含量來表征土壤侵蝕程度，137Cs的含量越低表明土壤侵蝕越嚴重，研究結果表明，土壤容重隨著137Cs的升高而升高，即土壤容重增大，土壤侵蝕減小。

不同研究者針對不同地區土壤容重與土壤侵蝕之間關系的研究結論表明，不同地區不同土質不同降雨量土壤容重對土壤侵蝕的存在較大影響，一定條件下適當的土壤容重有利于減弱土壤侵蝕強度。

1.2 土壤含水量對土壤侵蝕的影響

土壤含水量能夠反映土壤接納降雨量和減少地表徑流量的多少，并對土壤侵蝕有顯著影響，所以研究土壤含水量對提高土壤的抗蝕和抗旱能力具有一定意義。安曉奇等[10]通過室內模擬棄渣含水量侵蝕影響實驗得出在不同降雨強度情況下，土壤侵蝕與土壤含水量有顯著相關性。楊永紅等[11]對昆明市蔣家溝土樣室內研究中發現，當土壤含水量增大時，土粒間連結強度會降低，致使土粒之間的摩擦強度降低，土壤侵蝕程度隨之增大。張向炎等[12]、文雅琴等[13]通過現場監測得出數據，前期土壤含水量越高，土壤侵蝕速度越快，達到穩定徑流和入滲的時間越短，對土壤的侵蝕強度越大。不同學者通過前期土壤含水量對土壤侵蝕程度進行模擬與監測，都能夠得出兩者的相關性，這可以對以后進一步研究土壤侵蝕提供科學依據。

1.3 土壤團聚體對土壤侵蝕的影響

團聚體是土壤中重要的組成部分，是土粒經過凝聚膠結作用形成的直徑<10mm的良好結構體。根據已有研究[14,15]，土壤團聚體作為土壤抵御侵蝕外力最基本的單元，是影響土壤可蝕性的一個重要指標，對土壤侵蝕產生重要影響。王文鑫等[16]在黃土高原溝壑區研究結論表明，溝頭土壤侵蝕程度的減小與水穩性團聚體含量的增加、團聚體穩定性的提高密切相關。呂剛等[17]對彰武縣土石質山研究得出，該地區土壤大多數為<0.25mm的土壤顆粒，而這樣的顆粒極易堵塞土壤孔隙，造成水分難以下滲，從而增加土壤抗蝕性。曾全超等[18]通過Le Bissonais方法得出，黃土高原地區陰坡、陰溝坡和陽溝坡土壤團聚體穩定性比陽坡穩定性強，土壤抗侵蝕能力較強。張欽等[19]、任嬌嬌等[20]通過其它實驗數據也得出相似結論。以上研究都表明，在某些地區隨著土壤團聚體含量增加，穩定性增強都能在一定程度減少土壤侵蝕程度。

2 土壤化學性質對土壤侵蝕的影響

在水土流失過程中，土壤是被破壞的對象，所以土壤的化學性質對水土流失的發展有著重要的影響。在一定的地形和降雨條件下，地表徑流的大小以及水土流失程度和強度則取決于土壤化學性質。土壤中的pH、有機質和速效養分是土壤中重要組成元素，三者含量的高低也是反應土壤養分的重要指標。

2.1 pH對土壤侵蝕的影響

土壤pH值用來表示土壤酸堿性的強弱，作為反映土壤養分狀況的重要指標之一，與土壤侵蝕之間有密切關系。土壤中的氮磷鉀等主要營養元素在一定酸堿范圍內有較好的吸收和利用，酸堿度改變后則降低土壤養分利用。劉丹等[21]通過137Cs示蹤技術分析表明，137Cs含量與土壤pH呈負相關，即pH越低土壤侵蝕程度越低。區曉琳等[22]、劉乃君等[23]通過對不同地區土壤理化性質分析調查得出，土壤可蝕性與pH值成極顯著正相關，在酸性土壤中，土壤的pH值越高，土壤抗侵蝕能力越強。而張詩琦[24]在對遼西地區調查時卻得出相反結論，研究表明，在表層土中沒有受到人為干擾，枯枝落葉層在微生物分解下產生大量的腐殖質，促進了土壤的膠結作用，使得土壤pH值最低，抗侵蝕性強。出現這一結論可能與研究時土壤表層覆蓋物質不同有關。

2.2 有機質對土壤侵蝕的影響

有機質是衡量土壤肥力高低的重要指標，土壤有機質直接影響著土壤的耐肥性、抗旱性、耕性、通氣狀況和土壤溫度等，是研究土壤侵蝕過程中一項重要的化學參數。李瑩等[25]在對作物間土壤有機質侵蝕進行研究得出，土壤有機質含量隨降雨量的增加而增加，隨侵蝕土壤的粒徑和植物覆蓋率的增加而減少。王戰臺等[26]對大姚縣5個不同采樣地區的研究得出，園地、林地和灌叢有機質含量較高，耕地和草地的含量較低，并且都是隨著土層深度增加，有機質含量逐漸降低并且耕地和草地最容易受土壤侵蝕，導致土壤肥力下降。王文正等[27]通過實地調查得出，土壤有機質含量高，水穩性指數越大，土壤結構愈加穩定，抗蝕性能越強。仲亞婷等[28]通過室內模擬得出，不同土壤類型的坡面侵蝕特征不同，有機質含量越高的土壤，膠結程度愈高，能改善土壤的持水量和入滲量，同時抗侵蝕能力愈強。學者對土壤有機質與土壤侵蝕之間相互產生的影響都做了不同的調查分析，這對不同地區土壤抗蝕性提供了參考。

2.3 養分對土壤侵蝕的影響

土壤中的速效養分是能被植物生長利用的成分，也是土壤最重要的組成部分，速效養分含量受水土保持措施影響較大，速效養分的多少直接影響土質以及土壤抗侵蝕能力。謝賢健等[29]采用靜水崩解法對內江市丘陵區測驗得出，土壤有機質分解后可以提高土壤中速效養分的含量，而速效養分對土壤結構起直接影響作用，能有效提高土壤抗蝕性。李淵等[30]通過對貴州喀斯特地區研究表明，該地區磷在土壤中以穩定的磷酸鈣化合物存在而不易遷移，導致出現表聚現象，增加了土壤抗蝕性。研究者[31]通過對水土保持中氮磷研究得出，氮磷元素流失量與降雨量和徑流量呈正相關，并且堿解氮含量與粘粒含量均呈極顯著負相關；速效鉀含量與砂粒含量、粉粒含量呈極顯著正相關，而與粘粒含量呈極顯著負相關；速效磷含量與土壤顆粒組成之間無顯著相關性。張曉燕等[32]也通過對雨前后的氮磷測定，得出侵蝕泥沙對氮、磷等營養鹽具有富集作用。

3 土壤侵蝕過程中水動力學特征

土壤分離是土壤侵蝕的主要表現形式，而水動力學特征是土壤侵蝕過程的直觀反映。在土壤侵蝕研究方面，早期對坡面流水動力學特性的研究多采用野外觀測的方法，之后的研究基于侵蝕的物理發生過程建立侵蝕預報模型[33]。通過分析土壤侵蝕過程中土壤徑流流速、雷諾數等系數，研究不同地區土壤水流水力學特性及其規律，揭示土壤侵蝕過程動力學機理。研究成果不僅可以深化對土壤侵蝕過程的認識，促進土壤侵蝕理論的進一步發展，也可為水土流失治理及生態建設提供重要科學依據。

3.1 土壤徑流流速的變化

在土壤侵蝕中，坡面徑流為主導因素。而土壤分離為侵蝕重要表現形式，侵蝕程度取決于徑流水動力學特征。研究土壤水動力學特征，主要為研究坡面侵蝕過程，但現階段關于坡面侵蝕過程規律的研究報道較少，特別是土壤坡面降雨—徑流侵蝕水動力學過程機制尚不明確。流速是坡面徑流最重要的水動力學要素之一，是坡面徑流侵蝕的直接動力，主要受降雨強度、坡度和地表特征等因素影響[34]。有研究表明，不同流量或不同坡度下，細溝水流輸沙能力隨流速的增大而增加。楊大明等[35]在不同坡度下試驗表明，細溝水流流速隨放水流量的增大而增大，流量和坡度都會影響水流流速。朱慧鑫等[34]研究得出當放水流量一定時，植被密度與坡面流流態有影響，植被增加可有效減小水流紊動性。蔣芳市[36]采用室內放水沖刷試驗，在小坡度和小流量條件下，當流量或者坡度增大時，侵蝕率隨礫石含量的增加呈先減小后增大的規律。從不同科學家的研究可知，土壤侵蝕速度隨流速的增加而增強。郭忠錄等[37]實驗表明，水流功率相對于徑流剪切力與坡面產流速率有更好的相關性。原因可能是水流功率是水流剪切力和流速的函數，是2個參數共同作用的結果。

3.2 雷諾系數的變化

雷諾數是衡量水流紊動程度的指標，在數值上等于水流慣性力與粘滯力之比。一般而言，在流量恒定的條件下，雷諾數越大，坡面流的紊動性越大，徑流侵蝕能力和泥沙輸移能力的增大，將會導致坡面侵蝕量的增加[38]。肖叢宇等[39]通過野外徑流小區放水得出，坡面流雷諾數隨流量增加而不斷變大。林慶明[40]等通過模擬降雨研究得出，雨強一致下，弗洛德數有隨坡度增大而增加的趨勢。潘成忠等[41]在試驗條件下也得到了類似的結論。這是因為坡度增大，流速相應增大，造成徑流深減小，導致弗洛德數增加。

4 土壤理化性質對土壤侵蝕阻力的影響

土壤侵蝕阻力是指土壤抵抗水的分散和懸浮的能力，即土壤對侵蝕營力分離和搬運作用的抵抗能力，其強弱與土壤的理化性質密切相關，是評定土壤抵抗侵蝕力重要參數之一。徑流沖刷引起的土壤分離過程主要通過土壤侵蝕阻力來定量表征[42]，受土壤理化性質顯著影響[43]。目前，國內關于土壤抗蝕性的研究主要集中在黃土高原區、南方紅壤丘陵區及川中丘陵區。相關分析顯示，土壤侵蝕阻力與土壤容重、有機質、水穩性團聚體顯著相關[44]。

4.1 土壤物理性質對土壤侵蝕阻力的影響

土壤有機質為土壤團粒結構的形成提供膠結源，促進土壤團粒結構的形成，增強土壤的透水性、通氣性，提高土壤抗蝕性等。土壤顆粒土是構成土壤結構體的主要成分，不僅影響土壤養分循環，還可以用來解釋土壤抗侵蝕的程度[45]。肖盛楊等[46]對喀斯特高原峽谷樣地測試得出，土壤團聚狀況和分散率可以表征土壤抗蝕性。姜愛國等[47]也通過研究紫金山植被得出結論，隨著土壤水穩性團聚體含量的增加，土壤結構會更加穩定。呂剛等[17]通過調查荊條植被覆蓋度得出，隨著荊條株密度的增加，大粒徑團聚體的穩定性更好，降雨難以將其分散呈成小粒徑顆粒，從而難以形成徑流，減小了雨水對土壤的蝕刷。閆思宇等[48]也通過對山地林分變化采用機械篩分法得出，土壤抗蝕性受水穩性團聚體含量的直接影響。余新曉等[49]得出，土壤容重和>0.25mm的土壤水穩性團聚體含量是決定土壤抗蝕性大小的主導因素。李曉陽等[50]通過果園生草覆蓋使土壤密度、緊實度降低，土壤總孔隙度、水穩性團聚體含量增加，顯著提高了土壤的抗蝕性。

4.2 土壤化學性質對土壤侵蝕阻力的影響

王文正等[27]認為土壤有機質含量、團聚體含量狀況是評價雅江中上游流域土壤抗蝕性強弱的最佳指標；不同河谷地區的土壤抗蝕性強弱差異顯著；有機質與水穩性指數和水穩性團聚體均呈不顯著正相關關系，與容重和結構破壞率均呈不顯著負相關，而容重與結構破壞率呈顯著正相關。張東旭等[51]認為，土壤中黏粒含量、有機質含量和全氮含量愈高，土壤的抗侵蝕能力愈強。任改等[52]經多元回歸得出，土壤化學性質與抗蝕指數存在一定的線性關系，土壤抗蝕指數主要受有機質、速效P含量的影響。

5 存在的問題及展望

通過總結研究，各學者都從不同方向研究了土壤理化性質對土壤侵蝕的影響以及不同地區坡面土壤水動力學特征，但研究仍存在以下問題。研究方法不一樣，導致對同一性質得出不同的結論；部分學者只研究了部分理化性質對土壤侵蝕及抗蝕性的影響，沒有全面得出土壤性質對土壤侵蝕及抗侵蝕影響的研究。因此，在今后的科研工作中應結合現代精密儀器與設備積極開展全面系統地研究，建立土壤理化性質與土壤侵蝕之間的定量關系，能夠在相關理論研究方向有所突破，對以后的土壤侵蝕模擬理論的準確性具有重要參考價值。