土壤侵蝕研究新結合點

鄧繼峰 張淞著

摘 要：耕作侵蝕是存在于農田景觀當中的土壤侵蝕過程，隨著現代農業化的發展，耕作方式變得復雜而多樣化，耕作侵蝕對農業環境的不利影響已經日益顯現，并引起相應的關注。近年來圍繞著耕作侵蝕對傳統侵蝕過程（水蝕）的研究開展較為全面，但是相反的侵蝕作用影響卻未見報道。本研究描述了兩種侵蝕過程的作用機理，結合兩者間的同異性，探討了水蝕對耕作侵蝕可能產生的能流、物流變化影響，分析了土壤侵蝕關系研究中存在的新問題，并提出了相應的展望。

關鍵詞：耕作侵蝕；水蝕；土壤侵蝕關系

傳統意義上的水蝕被認為是總土壤侵蝕的驅動因子，而在農田坡耕地上，耕作侵蝕則是總土坡侵蝕的重要的貢獻者，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。在傳統的農業實踐中，耕作是改變土壤物理性質的手段，為播種進行準備，促進深層土壤養分的釋放，滅除雜草，將作物殘余填埋等。然而在現代農業推廣下，連年、高效、高強度的耕作措施加速了土壤自然結構的破壞，尤其在山區和丘陵區坡地，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，使得整體侵蝕過程加劇。由于水蝕是以自然機械力作為侵蝕的動因，而耕作侵蝕是人為機械力的作用結果，因此以往的研究更傾向于人為作用對環境的影響，而忽略相應的反方向科學探索。正是因為耕作侵蝕在形式、過程、機理等方面，與其他侵蝕類型存在明顯的異質性，侵蝕過程的前后順序會對總侵蝕量產生較大影響，所以展開相應的土壤侵蝕過程間的結合研究顯得尤為必要。

1 耕作侵蝕過程

耕作侵蝕是一種在外營力的作用、干預下，母質土壤被循環搬運、沉積和亞表層土壤被不斷破壞的侵蝕過程。在耕地范圍內，依賴于耕作方向，土壤產生耕作位移，上坡與下坡產生的耕作位移差值為耕作侵蝕量，即耕作過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學上看，以往的研究集中在自然侵蝕力（水蝕）對農田景觀格局的能流、物流影響，而忽略了基本的耕作誘因。直到Cs-137技術的發展、成熟，土壤侵蝕量的計算不足以用單一的水蝕進行解釋時，耕作侵蝕問題才開始被關注。如今此類研究已成為歐美國家在土壤侵蝕研究領域研究的熱點之一，然而與傳統意義上的侵蝕研究相比，還有待補充加強。

2 水蝕與耕作侵蝕的異質性

水蝕作為農田景觀中重要的侵蝕過程，是指土壤及其母質、巖石等受水力作用造成的侵蝕。作為傳統意義上的侵蝕過程，水蝕與耕作侵蝕的差異性主要體現在以下5個方面。第一，侵蝕發生部位：耕作侵蝕主要發生在上坡（凸坡）的耕層土壤；而水蝕發生在中至下坡的表面薄層土壤。第二，侵蝕力及產生的微地貌變化：耕作侵蝕為耕作工具（農機具）作用于土壤，具有夷平坡面效應，主要在耕作范圍內；而水蝕是降雨和徑流等自然力作用形成細溝等水蝕溝，可發生在其他景觀。第三，土壤運動形式：耕作侵蝕可以一次性的大范圍移動土壤，導致土塊滑動和滾動，但是單一事件下，土壤運動距離短；水蝕則對土壤有分選性，對土壤顆粒的搬運形式為，大顆粒滾動、小顆粒懸浮，沉積物可長距離運輸。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。第五，單次事件的侵蝕征狀：耕作侵蝕征狀不明顯；水蝕則是一個快速性的過程，產生征狀明顯。

3 耕作侵蝕對水蝕的影響

在農田坡地上，耕作過程會搬運走表層土壤，暴露出可蝕性高的亞表土層，從而更易于水蝕侵擾。另外，耕作侵蝕所造成沉積物的位置是水蝕開始的會聚區域（細溝和集水地帶），從而加速了總的土壤侵蝕過程。同時，耕作影響了細溝的形成，在降雨與徑流的沖刷下，細溝又會變大，形成沖溝，加速了水蝕的侵蝕力作用。

4 水蝕對耕作侵蝕的潛在影響

如果在已有的水蝕地區進行農業耕作，那么耕作侵蝕過程所能產生的土壤侵蝕量有何變化，對耕作侵蝕量如何測定？本研究認為有以下五個方面值得考慮。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（細溝）完全破壞掉，而在反復的耕作作用下，溝塹會再次形成，這時降雨或徑流再次作用于土壤表面會填充侵蝕溝，形成新的水蝕溝，對新的水蝕侵蝕量或新的耕作侵蝕量需要進行重新計算評估。二是對耕作侵蝕量的評估，室內模擬實驗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分開來，因此需要在野外設置對照，對整體試驗進行精確控制進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去，因此耕作作用下所產生的能量有很大一部分被耗散。土壤位移距離會比單一的耕作侵蝕作用（無水蝕作用）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，不能直接計算比較，較為可行的辦法是在計算中算出上坡和下坡的侵蝕量取坡度對侵蝕量的線性方程，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），間接進行比較，或進行其他有效的數學分析計算。四是對上坡的土壤后置位移和偏側位移的影響，土壤后置位移發生在上坡的耕作上，由于重力作用，少量的土壤會翻滾向后移動。而偏側位移則發生在上坡和下坡上，土壤在耕作作用力下向兩側分展開，產生最大與耕作方向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，相同時則會出現能量先耗散，然后土壤重新分配；如果位置作用不相同則會出現土壤重新分配，然后能量消耗的過程，總之兩者位移距離是產生耕作侵蝕長尾效應的主要因素，在分析中是必須得考慮進去的因素之一。目前，在單一的耕作侵蝕作用下，對兩者的量化測定存在一定技術和科學界線劃定上的困難，加入水蝕因素后這一過程又變得復雜起來，這也是今后需要考慮的方向。五是建立水蝕對耕作侵蝕的嵌入式模型，單一的土壤侵蝕模型不能夠真實地反映復雜地形農業景觀土壤的侵蝕狀況。需要將兩者有效的結合起來，才能得到較為準確的效果。由于耕作侵蝕力與氣候無關，因此與水蝕模型比較，耕作侵蝕模型更具有普遍性，而水蝕對耕作侵蝕的模型建立應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，所以未來的模型建立可具有價值和普遍性。

5 結論

對土壤侵蝕之間相互作用關系的深入認識，需要明晰侵蝕發生的先后順序，先水蝕后耕作侵蝕的研究地位應當與耕作侵蝕對水蝕的研究地位同等重要。希望這類研究能在未來的科研、政府的政策和有關國家項目中得到具體體現。

作者簡介：鄧繼峰（1984-），男，沈陽農業大學講師，博士，從事森林生態研究，Email：dengjifeng1984@gmail.com

（責任編輯 馬迎杰）