基于黃土沉積速率的土壤侵蝕危險度評價

劉 剛，許文年，蔡崇法，劉普靈，楊明義，張 瓊

（1.三峽大學 三峽庫區生態環境教育部工程研究中心，湖北 宜昌443002；

2.中國科學院 水利部 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西 楊凌712100；3.華中農業大學 農業部 長江中下游耕地保育重點實驗室，武漢430070）

水土流失所造成的資源與環境破壞是世界性的問題，中國黃土高原更是世界上水土流失最嚴重的地區之一。我國黃土高原地區水土流失分布范圍廣、面積大；侵蝕形式多樣、類型復雜；治理難度大；因此，需針對不同區域的水土流失特征來制定不同的治理規劃方案，并采取不同的治理措施來實現土地的可持續利用，保護生態環境，發展區域經濟。這就需要建立一種能夠評估和預測侵蝕作用破壞土地資源和生態環境危險性的指標，并在此基礎上提出科學防治水土流失的對策。

迄今已有許多研究［1－4］集中于土壤侵蝕強度的預測和確定上，但土壤侵蝕強度只能反映過去年平均土壤侵蝕量，無法評價這種侵蝕作用破壞土壤和土地資源的危險性。例如，在某些地區雖然土壤侵蝕量不大，但在社會、經濟和環境等方面造成的后果要比某些侵蝕強度大的地區嚴重的多；另外，土壤侵蝕強度也無法估測未來土壤侵蝕發生的可能性以及危害程度；因此，在判別土壤侵蝕強度的同時，應對土壤侵蝕危險程度進行評價。目前，土壤侵蝕危險度評價方法主要有以下3類［5］：土壤抗蝕年限評價法、土壤侵蝕危險度主導因子分級評價法和土壤侵蝕危險度模型評價法。這些方法以經驗性或半定量評價為主，所得到的結果難以滿足實際應用的需求。因此，應加強土壤侵蝕危險度定量評價方法的研究。利用14C測年技術對陜北黃土高原黃土沉積速率開展研究，并通過計算土壤侵蝕模數與黃土沉積速率的比值，對該研究區的土壤侵蝕危險度進行評價。該項研究不僅可以為水土保持治理及規劃提供科學的參考，為水土保持方案的制定提供數據支撐，還可以為環境治理的決策部門提供理論依據。

1 材料與方法

黑壚土是中國土壤分類系統中特有的一個土壤類型［6］，在陜北黃土高原現僅存在于侵蝕輕微的塬面以及梁、峁頂部、溝頭平坦地和川臺地［7］。因此本文以陜北洛川縣、延長縣和橫山縣塬面土壤剖面為研究對象，對各剖面土壤年齡序列和黃土沉積速率進行研究。首先在陜北洛川縣、延長縣和橫山縣塬面分別選擇采樣點，并設置LC、YC和HS三個剖面，深度均為2.0m。用剖面刀對各剖面進行整理，使得剖面各發生層清晰可見，接著用皮尺測量各發生層的深度，同時觀察各發生層特征，并作記錄、拍照，其特征如表1所示。

表1 土壤剖面特征

采集各剖面樣品時，首先清理剖面表層土壤，防止被污染土壤混入樣品中，然后以10cm為一層，自上而下將各剖面分為連續的20層，接著用環刀在每一層采集土壤容重樣品，用塑料鏟采集土壤樣品500g左右裝入密封袋中并編號帶回實驗室。本實驗中所有采集土壤樣品送至中國科學院地球環境研究所加速器質譜中心完成14C年齡樣品的處理及測量工作。

2 結果與分析

2.1 黃土年齡序列及沉積速率

14C測年技術是一種利用死亡生物體中14C不斷衰變的原理進行測年的技術，近些年來在土壤學中得到了廣泛的應用［8－10］。它可以為近5萬年以來的土壤提供精確、可靠的年代標尺，從而為土壤年齡序列的測定提供技術保障。本研究利用14C測年技術建立了LC、YC和HS三個剖面的土壤年齡序列（圖1），測量誤差值均介于21～69a，圖中未標注。從圖1中可以看出，在3個土壤剖面中14C年齡與土壤深度表現出良好的線性關系，這與大多數學者的研究結果是一致的［11－13］，其斜率便為土壤的沉積速率。圖1方程中Y為土壤14C年齡（a），H 為土壤深度（cm），因此LC、YC和HS三個剖面全新世以來平均黃土沉積速率分別為0.017 9cm／a，0.015 3cm／a和0.021 3cm／a。

圖1 LC、YC和HS剖面土壤年齡隨深度變化及線性關系

2.2 土壤侵蝕危險度評價

有學者［14］提出以土壤侵蝕模數與成土速率之比作為土壤侵蝕危險度評價的標準：

式中：Sloss——土壤侵蝕模數［t／（km2·a）］；TR——單位面積單位時間成土量［t／（km2·a）］；Vdan——危險度值，當該比值等于1時為土壤侵蝕危險度的臨界值；大于1時表明土壤侵蝕危險，且比值越大危險程度越高；比值小于1時表明土壤侵蝕不危險，且比值越小，危險程度越低。該方法可以較容易地對土壤侵蝕危險度進行定量評價。筆者認為土壤侵蝕模數與容許土壤流失量之比，則可以更好地反映土壤侵蝕的危險程度。但目前對于容許土壤流失量的研究還在探索之中，并且在土壤侵蝕劇烈的黃土高原地區，容許土壤流失量的確定仍應以保存土層厚度為主要指標［15］。因此，土壤侵蝕模數與黃土沉積速率之比在本研究區仍可以作為土壤侵蝕危險度評價的有效指標。

為便于計算，將黃土沉積速率換算為單位面積單位時間的沉積成土量：

式中：TR——單位面積單位時間的沉積成土量［g／（cm2·a）］；FR——黃土沉積速率（cm／a）；Dbulk——平均土壤容重（g／cm3）；104——換算系數。

根據黃土沉積速率、土壤容重以及各地區多年平均土壤侵蝕模數（表2），對各剖面所處地縣的土壤侵蝕危險度進行計算，得出洛川縣、延長縣和橫山縣土壤侵蝕危險度分別為14.1，43.3和24.8。總體上來看，陜北黃土高原的土壤侵蝕危險度均遠遠大于臨界值1，因此該地區土壤侵蝕危險度非常大，應成為今后水土流失防治的重點區域。

表2 各地區土壤侵蝕危險度評價參數

3 結論

本研究通過在陜北洛川縣、延長縣和橫山縣塬面選擇采樣點并分別設置LC、YC和HS三個土壤剖面，利用14C測年法建立了各剖面土壤年齡序列，得出3個地區全新世以來平均黃土沉積速率分別為0.017 9cm／a，0.015 3cm／a和0.021 3cm／a。

通過計算土壤侵蝕模數與黃土沉積速率的比值，可以定量評價區域及流域土壤侵蝕危險度。結果表明，洛川縣、延長縣和橫山縣土壤侵蝕危險度分別為14.1，43.3和24.8，均遠遠大于1，因此該地區為水土流失重點防治區域。

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