西南巖溶區(qū)土壤侵蝕研究進展與展望

西南巖溶區(qū)的土壤侵蝕問題嚴重威脅區(qū)域的生態(tài)環(huán)境安全和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，從20世紀后期至今，研究者們對該區(qū)的土壤侵蝕進行廣泛的研究，取得顯著成果.在系統(tǒng)分析把握已有研究現(xiàn)狀的基礎上，闡明西南巖溶區(qū)土壤侵蝕的特點;同時，從短時間（短期，lt;50 a）、中時間（中期，lt;100 a）和長時間（長期，gt;100 a）3種不同時間尺度入手，分析和總結目前西南巖溶區(qū)土壤侵蝕的研究方法、現(xiàn)狀和不足.針對西南巖溶區(qū)水土保持工作的需求，提出筆者的3個展望：首先，推動學科交叉融合，引入并應用多種新技術和新方法深化巖溶區(qū)土壤侵蝕研究;其次，拓寬研究視野，運用多元化手段探究巖溶區(qū)土壤侵蝕在長時間尺度上的演變特征;最后，對現(xiàn)有土壤侵蝕模型進行優(yōu)化升級，融入試驗數(shù)據(jù)，以提高對未來土壤侵蝕趨勢的預測能力.

西南巖溶區(qū); 土壤侵蝕; 多時間尺度; 時空差異; 進展和展望

S151.1

A

0341-12

03.004

土壤侵蝕作為全球性的生態(tài)環(huán)境問題，嚴重影響了社會經(jīng)濟的發(fā)展.巖溶區(qū)因碳酸鹽巖可溶性而形成地表和地下獨特的雙重水文地質(zhì)結構，使得該區(qū)域土壤侵蝕顯得尤為嚴重^[1-2].巖溶區(qū)土壤侵蝕會帶來一系列連鎖反應，包括降低土壤的肥力，加劇糧食不安全狀況，影響土壤碳儲存能力，破壞生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且?guī)硭畮煊偃⑺Y源污染等問題^[3-5];嚴重的土壤侵蝕是形成石漠化的主要根源^[6-9].我國西南巖溶區(qū)是世界上裸露碳酸鹽巖連片分布面積最大的區(qū)域之一，其成土過程極為緩慢，形成1 cm厚的土壤需要4～8.5 ka時間^[10-11]，所能允許的最大土壤流失量不可超過50 t/km2·a（巖溶地區(qū)水土流失綜合治理技術標準SL461—2009），遠低于其他地區(qū)的常規(guī)標準500 t/km2·a（土壤侵蝕分類分級標準SL190—1996/2007）^[1，12].因此，黨中央和國務院對我國西南巖溶區(qū)的土壤侵蝕及其石漠化問題給予了高度重視.改革開放前，我國主要依靠行政命令和手段來開展巖溶區(qū)水土保持工作，隨著水土流失的嚴重化，我國將水土保持工作作為長期堅持的基本國策之一，于1991年6月29日發(fā)布《中華人民共和國水土保持法》，并于2011年3月1日進行了修訂^[13].

中國西南巖溶區(qū)土壤侵蝕研究從20世紀60年代就已經(jīng)開始，直到20世紀90年代，提出和完善了石漠化概念，該區(qū)的侵蝕現(xiàn)狀得到廣泛關注^[14].國內(nèi)外學者也對西南巖溶區(qū)土壤侵蝕展開了諸多研究，特別是進入21世紀，我國學者在西南巖溶區(qū)土壤侵蝕速率^[15-17]、侵蝕方式^[9，18-20]、分級標準^[21-22]、侵蝕因素^[23-25]、治理措施^[2]以及利用適宜方法定量評價侵蝕量^[26]等方面取得了重要進展.比如前人研究表明西南巖溶區(qū)土壤主要以地表流水侵蝕（面蝕、溝蝕、潛蝕等）、重力侵蝕（滑塌和崩塌等）、化學溶蝕、地下土壤流失、蠕移和人為侵蝕等為主，在自然條件下，尤以流水和化學侵蝕為主要侵蝕方式^[9，18-20];通過歸納總結土壤流失和徑流數(shù)據(jù)，前人發(fā)現(xiàn)不同土地利用類型、不同區(qū)域的土壤流失速率差異較大，并且土壤流失與年均降水呈非線性相關^[3，27].這些研究和發(fā)現(xiàn)為我國水土保持工作提供了重要的科學依據(jù).

西南巖溶區(qū)土壤侵蝕研究成果不斷增多，需要及時對相關研究進行綜述和總結.近年來，前人從多方面對西南巖溶區(qū)土壤侵蝕進行了綜述.比如蔣忠誠等^[12]對現(xiàn)階段西南巖溶區(qū)地下水土漏失研究進行了系統(tǒng)的總結和展望;陳曉燕^[28]從西南巖溶區(qū)不同空間尺度對土壤侵蝕進行了綜述，隨后，前人相繼從坡面、小流域和區(qū)域3個尺度上也系統(tǒng)概括了西南喀斯特區(qū)土壤侵蝕的相關研究進展^[9，14];此外，前人還對西南巖溶區(qū)水土保持措施識別與提取方法^[29-31]、土壤侵蝕模型研究方法^[32-33]、土壤侵蝕機制^[3，24]、水土漏失定量研究^[26]等方面也分別進行了綜述.然而，目前針對不同時間尺度上西南巖溶區(qū)土壤侵蝕研究的綜述相對缺乏.

西南巖溶區(qū)是我國生態(tài)環(huán)境治理與政府部門扶貧攻堅的重點、難點區(qū)^[2，34]，從不同角度明晰該區(qū)土壤侵蝕研究現(xiàn)狀，也可對該區(qū)石漠化治理、社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護提供重要科學根據(jù).基于此，本文總結了巖溶區(qū)土壤侵蝕特征;著重從不同時間尺度入手，分析和總結目前土壤侵蝕的研究方法，以及西南巖溶區(qū)的土壤侵蝕研究現(xiàn)狀和不足;進一步展望下一步西南巖溶區(qū)土壤侵蝕的研究方向，以期為進一步推動該區(qū)土壤侵蝕研究與水土保持工作提供更多參考和科學依據(jù).

1 西南巖溶區(qū)土壤侵蝕特征

1.1 成土速率與土壤侵蝕不平衡 碳酸鹽巖較低的成土速率特點決定了巖溶區(qū)土壤侵蝕的危險性.巖溶區(qū)上覆土壤的主要物源為碳酸鹽巖中的酸不溶物，比如硅質(zhì)巖或碳酸鹽巖層間的薄層狀泥頁巖等.當碳酸鹽巖受含CO2的降雨或流水的溶蝕作用，灰?guī)r中方解石等可溶性物質(zhì)會不斷淋溶流失，只有極少的鐵、鋁、錳等的氧化物，以及黏土礦物等原地堆積或經(jīng)搬運后就近沉積于溶溝、溶隙、天坑或洼地等低洼地帶，成為巖溶區(qū)主要的成土物質(zhì)^[12，20].

[JP3]如果沒有人類干預，在當前氣候條件下，碳酸鹽巖區(qū)形成1 cm厚的土壤大約需要2.5～8.5 ka，平均約4 ka，需要剝蝕掉約25 m厚的碳酸鹽巖.換句話說，碳酸鹽巖地區(qū)每年僅能形成0.002 5 mm厚的土壤，或者成土速率為2.5 m³/km2·a^{[10，11，35]}，[JP]相比于非巖溶區(qū)的成土速率要慢10～80倍^[36-37].在較純碳酸鹽巖區(qū)形成1 cm厚的土壤則需要更長的時間，如貴州黔中碳酸鹽巖風化形成1 m厚的土壤需要630～7 880 ka^[36].

然而，西南巖溶區(qū)的土壤侵蝕速率相對較高.比如Teng等^[38]利用衛(wèi)星圖像、實地樣本和RUSLE土壤侵蝕模型對中國土壤流失進行了定量估計，發(fā)現(xiàn)中國西南巖溶地區(qū)的平均土壤流失率和總土壤流失量分別達[JP3]302 t／km2·a和7 852億t／km2·a.[JP]土壤流失率遠高于巖溶地區(qū)所能允許的最大土壤流失量，即50 t/km2·a^[1].總體而言，已有的研究結果表明，中國西南巖溶區(qū)的成土速率和土壤流失速率極不平衡^[39].

1.2 [JP5]巖溶區(qū)土壤侵蝕具地表和地下二元結構特征[JP] 與非巖溶區(qū)相比，巖溶區(qū)水文及土壤侵蝕過程相對復雜，地表土壤可能會隨降雨發(fā)生地下漏失是巖溶區(qū)土壤侵蝕的一種特殊現(xiàn)象^[40].因此，西南巖溶區(qū)土壤侵蝕往往呈地表和地下雙重結構特征（圖1）.巖溶區(qū)地表土壤侵蝕指的是在徑流或者風等營力作用下，土壤遭受侵蝕和搬運，在負地形周圍匯聚或沉積的過程，比如在巖溶天坑、溶蝕洼地、峰叢洼地、巖溶槽谷等的沉積過程（圖1）.巖溶區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境與地表少土關系密切，由于巖溶區(qū)土層淺薄，土被不連續(xù)，水土流失后，常會出現(xiàn)石漠化現(xiàn)象（圖1）.巖溶區(qū)土壤地下漏失是指地表土壤或溶蝕殘積物受到流水的侵蝕，在重力的作用下通過傾瀉、蠕滑或塌陷等的方式，沿著基巖發(fā)育的通道，如落水洞、溶蝕裂隙、溶洞或地下暗河等（圖1），進入地下巖溶管道系統(tǒng)的過程，也是土壤從上覆土層向下覆巖層遷移的過程^[41].巖溶區(qū)嚴重的土壤侵蝕不僅導致西南巖溶區(qū)寶貴的耕地資源的銳減，使得本就脆弱的生態(tài)環(huán)境雪上加霜，與此同時，還會加劇巖溶地區(qū)旱澇災害的發(fā)生頻次，并對水庫、河道等水利設施的正常運行構成潛在風險，進而影響到珠江、長江流域乃至全國的生態(tài)安全等^[42].

巖溶區(qū)地表土壤侵蝕已有的研究主要集中于土壤侵蝕強度的分級^[21-22]，土壤侵蝕機理^[43-44]，土壤侵蝕的影響因素^[24]，土壤侵蝕的空間分布^[45-46]，石漠化的形成原因、危害及治理途徑^[2，47]等.此外，針對巖溶區(qū)地下土壤侵蝕的研究主要集中于地下土壤漏失過程、機制^{[19，41，48-50]}和漏失量的估算^[26，51][CM（18]等.然而，由于對巖溶區(qū)土壤漏失進行直接觀察存在較大困難，并且自21世紀以來學者才逐步開展地下土壤漏失研究與防治工作^[12]，目前只有少數(shù)學者對巖溶區(qū)地下土壤漏失開展了初步研究，使得巖溶區(qū)地下漏失過程仍存在爭議，地下土壤侵蝕量的估算也仍然是巖溶區(qū)土壤侵蝕研究的重點和難點問題^[12，39].筆者也對不同的巖溶地貌類型，如天坑、巖溶洼地和巖溶湖泊等（圖1）進行了野外踏勘和沉積物的采樣工作，以期為后期深入研究巖溶區(qū)地表和地下土壤侵蝕增添寶貴資料.

1.3 成土速率和土壤侵蝕時空差異大 西南地區(qū)多數(shù)碳酸鹽巖酸不溶物含量一般不超過10%，局部純灰?guī)r和純白云巖中酸不溶物含量低于5%，具有較大的時空差異^[20，52]，這導致西南巖溶區(qū)成土速率和土壤侵蝕時空差異大等特點.如圖2（a）^[53]所示，由于不同地區(qū)，特別不同地質(zhì)時代的碳酸鹽巖的化學成分有很大的差別，導致西南巖溶區(qū)所展示的成土速率，或者碳酸鹽巖酸不溶物的比例在時空上存在較大的差異^[52].在鈣、鎂含量較高的區(qū)域，方解石、白云石等可溶性礦物含量占其礦物總成分在90%以上，甚至達到99%，該特點決定了巖溶地區(qū)不溶物含量都比較低，一般在10%以下，有的甚至不到1%，這給巖溶區(qū)的水土流失或土壤侵蝕問題帶來特殊性和嚴重性，所以巖溶地區(qū)的土層一般都很薄而且分布零星，厚度一般不超過20 cm，許多地區(qū)只有1～2 cm厚，而且是經(jīng)過漫長時間累積起來的，一旦流失很難恢復^[52].

此外，西南巖溶區(qū)土壤侵蝕也具有較大的時空差異（圖2（b））.從21世紀初至2015年，隨著治理效果的顯現(xiàn)，西南巖溶山區(qū)石漠化擴張的整體趨勢減緩，少數(shù)惡化的區(qū)域零散分布在中部巖溶地區(qū)（圖2（b）），在巖溶高原區(qū)，石漠化改善速度快于退化速度，明顯減少的區(qū)域集中在高原區(qū)的西北部及南部區(qū)域^[54];同時，各省、市、自治區(qū)內(nèi)部石漠化類型演變也存在差異，但總體仍以中度石漠化轉(zhuǎn)向輕度石漠化為主，石漠化土地總面積持續(xù)減少，而潛在和輕度石漠化面積在增加^[54].因此，巖溶區(qū)土壤侵蝕不僅受到了成土速率的影響，也受到了人類活動（如治理政策）的影響，同時，西南巖溶區(qū)土壤侵蝕還會受到土壤組構、氣候和植被等因素影響^{[18，24，39，55-56]}，這些因素的時空演變會進一步增強巖溶區(qū)土壤侵蝕時空分布的差異性.

2 土壤侵蝕的研究方法

近幾十年來，土壤侵蝕的研究走過了從定性到半定量、再到定量的過程，由單一的土壤侵蝕研究方法發(fā)展到多途徑、多學科交叉的研究方法.針對土壤侵蝕的研究手段多樣，前人也做過相應的總結，比如早在20世紀90年代，我國學者就對現(xiàn)代和地史時期的土壤侵蝕速率研究方法進行過綜述，他們將土壤侵蝕速率研究方法歸結為測量學方法、遙感研究法、地球化學方法、地貌研究法、水文研究方法、土壤學方法、階地剖面法和宇宙核素法，并對每種方法進行了說明和優(yōu)缺點分析^[57];國外學者也從不同方面對土壤侵蝕研究方法進行了總結，如地塊研究（plot studies）、監(jiān)測（monitoring）、建模（model）和示蹤劑（tracers）等，但這些土壤侵蝕研究方法大都針對非巖溶區(qū)^[58].隨著土壤侵蝕研究的不斷深入，越來越多新的土壤侵蝕研究方法和手段被提出，使得非巖溶區(qū)的土壤侵蝕研究方法紛繁復雜（表1）.然而，巖溶區(qū)通常具有地表和地下“二元三維”土壤侵蝕結構，這使得巖溶區(qū)土壤侵蝕研究方法較非巖溶區(qū)更加困難和復雜^[59].

針對巖溶區(qū)土壤侵蝕研究方法，目前普遍采用的方法包括徑流小區(qū)法、遙感學方法結合土壤侵蝕模型法以及放射性核素示蹤法等.利用徑流小區(qū)監(jiān)測，可以定量揭示土壤侵蝕的現(xiàn)代過程與強度，并在巖溶區(qū)坡面尺度的土壤侵蝕過程與機理方面取得了豐碩的成果和認識^[44，60-63];利用遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和土壤侵蝕模型（如RUSLE）相結合可以揭示近50 a來（短期）土壤侵蝕的時空演變過程，在坡面—小流域—區(qū)域土壤侵蝕取得重要的進展和認識^[64-68];利用放射性核素示蹤法可以定量揭示近100 a來的（中期）土壤侵蝕過程與強度，該方法被證明為重建巖溶小流域土壤侵蝕歷史的有力手段^[69];此外，針對更長時間尺度（長期）土壤侵蝕研究，可以利用階地剖面法、史志資料法等定性方法和放射性同位素定年等定量方法（表1），這些方法多用于非巖溶區(qū)，近年來，也逐漸被用于巖溶區(qū)土壤侵蝕歷史的研究^[70-72].

3 巖溶區(qū)多時間尺度土壤侵蝕研究

3.1 短期（近50 a）土壤侵蝕研究 除了傳統(tǒng)土壤侵蝕方法，如測量學方法、土壤學方法等（表1），研究者們采用了包括徑流小區(qū)監(jiān)測法、遙感和土壤侵蝕模型等在內(nèi)的多種先進技術，使得短期土壤侵蝕的研究取得了顯著進展.其中，徑流小區(qū)監(jiān)測法通過精確測量降雨或灌溉過程中的徑流量或泥沙含量等數(shù)據(jù)，可以直接評估土壤侵蝕程度并定量揭示土壤侵蝕的現(xiàn)代過程與強度，在巖溶區(qū)坡面尺度的土壤侵蝕過程與機理方面取得了豐碩的成果和認識.比如大量野外監(jiān)測和實驗室模擬結果表明，巖溶區(qū)坡面產(chǎn)流系數(shù)極小（一般lt;5%），坡度大的耕地和石漠化地的徑流系數(shù)高^[44，60-61];巖溶區(qū)地表產(chǎn)水隨基巖裸露度的增加表現(xiàn)出先增加后減小的波動變化，而地下產(chǎn)水則隨基巖裸露度的增加呈現(xiàn)出先減小后增加的特征^[62];巖溶區(qū)坡面土壤侵蝕具有顯著的空間異質(zhì)性，坡度大的耕地對應土壤侵蝕強度大^[60，62];降雨強度控制巖溶區(qū)坡面土壤侵蝕過程等^[63].由此可見，徑流小區(qū)監(jiān)測可以獲得較為準確的坡面土壤侵蝕過程和速率，但其也局限于巖溶區(qū)坡面土壤侵蝕的現(xiàn)代過程，針對中—長期土壤侵蝕歷史束手無策.

遙感學方法是利用衛(wèi)星影像等數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)對大面積地區(qū)（流域或區(qū)域尺度）地表覆蓋變化和地形特征的監(jiān)測，從而間接反映了土壤侵蝕趨勢，此外，土壤侵蝕模型則通過整合氣候、植被、土地利用等多重因素，運用數(shù)學公式和算法，定量計算土壤侵蝕情況.這2種方法的綜合運用，可以加深對土壤侵蝕過程及其影響因素的理解.比如利用地理信息系統(tǒng)（GIS）和RUSLE土壤侵蝕模型結合的方法，發(fā)現(xiàn)西南巖溶區(qū)年均土壤侵蝕模數(shù)從幾十t/km2·a到幾千t/km2·a，并存在明顯的歷史性差異特征^[64];盡管巖溶區(qū)土壤侵蝕較為復雜，通過引入非巖溶地區(qū)土壤侵蝕模型，并將巖溶區(qū)石漠化因子納入其中，前人在不同巖溶地區(qū)也取得眾多研究進展^[65-68].但由于遙感（RS）和GIS是近30 a才發(fā)展的新技術，數(shù)據(jù)時間尺度短，即使利用最早的航片也僅能解釋50 a來土壤侵蝕的時間變化過程;此外，由于巖溶區(qū)地質(zhì)結構復雜，同時遙感影像的分辨率以及解譯過程的人為因素的影響，估算的土壤侵蝕數(shù)據(jù)存在較大不確定性，這也是為什么到目前為止仍沒有研發(fā)出巖溶區(qū)專門的土壤侵蝕模型.

3.2 中期（近100 a）土壤侵蝕研究 巖溶洼地沉積物沉降放射性核素法可以定量揭示近100 a來（中期）土壤侵蝕過程與強度.自Yamagata等^[73]首次使用放射性核素進行土壤侵蝕研究以來，該技術便在許多國家和地區(qū)的土壤侵蝕速率估算中得到了廣泛應用.其中較為常用的放射性核素為¹³⁷Cs和²¹⁰Pb，其中¹³⁷Cs是20世紀50—70年代以來人類大氣核爆炸實驗產(chǎn)生的一種人工放射性核素，半衰期為30.2 a.大氣中的¹³⁷Cs核塵埃來源于大氣層的核試驗和核泄漏，核試驗產(chǎn)生的¹³⁷Cs通過干濕沉降的方式到達地表，然后被土壤顆粒吸附，聚集在土壤或泥沙表層，基本不被植物攝取，最后經(jīng)歷物理搬運和沉積過程匯集于巖溶洼地或天坑等沉積物匯集地.北半球的沉積剖面¹³⁷Cs最高峰值對應的時標為1963年，源于1953—1963年間的大量核武器實驗^[67，69].此外，1986年發(fā)生的切爾諾貝利事件在北半球沉積物剖面中也有所記錄^[74-75].因此，根據(jù)¹³⁷Cs核素在沉積物序列中的變化，可以準確測定近50～70 a的沉積物年齡.放射性核素²¹⁰Pb是²³⁸U衰變系列的一種天然放射性核素，大氣中的²¹⁰Pb通過干濕沉降聚集到土壤表層，隨后蓄積在沉積物中，與其母體²²⁶Ra不平衡的²¹⁰Pb通常稱為過剩²¹⁰Pb（²¹⁰Pbex），其半衰期為22.6 a.根據(jù)沉積物中不同層位樣品中的²¹⁰Pbex比活度，可以計算出各層位沉積物的年齡.目前，²¹⁰Pbex定年技術已被廣泛應用于湖泊、河流、海洋等沉積物近150 a來的沉積速率估算^[76-80].

放射性核素方法也被證明為研究巖溶小流域土壤侵蝕的有力手段.比如張信寶等^[69]利用¹³⁷Cs法對貴州普定石人寨小流域的5個巖溶洼地沉積物研究發(fā)現(xiàn)，該流域1954—2009的平均侵蝕速率為1 570 t/km2·a，其中1979—1990年期間土壤侵蝕速率高達7 000 t/km2·a;Cao等^[81]利用貴州安順、畢節(jié)2個小流域的洼地土壤剖面¹³⁷Cs濃度分布特征，發(fā)現(xiàn)這2個流域在1954—1963，1963—1970和1976—1986等3個時期的土壤侵蝕最為嚴重;裴曾莉等^[82]嘗試通過¹³⁷Cs和²¹⁰Pb結合的方法，成功反演三峽庫區(qū)常家洼洼地流域近100 a土壤侵蝕歷史;最近，筆者團隊^[83]也嘗試通過放射性核素¹³⁷Cs和²¹⁰Pb定年，結合區(qū)域史志資料，成功恢復了近100 a來中梁山巖溶槽谷區(qū)的土壤侵蝕歷史.盡管如此，利用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb等放射性核素相結合進行巖溶小流域土壤侵蝕歷史的研究仍處于初期階段，可借鑒的成果仍相對較少.

3.3 長期（gt;100 a）土壤侵蝕研究 針對長期土壤侵蝕的研究方法，目前可用的有階地剖面法、史志資料法、放射性同位素測年法、天文年代學方法和紋層年代學等方法（表1）.階地剖面法是朱照宇^[84]提出的，他們認為可以用典型區(qū)河谷斷面侵蝕率來研究地史時期的侵蝕過程;史志資料法則是通過資料記載的土壤侵蝕分析土壤侵蝕，比如李爽^[85]通過史志資料分析了清朝嘉慶年間耕地石漠化的空間格局;放射性同位素測年法是利用放射性物質(zhì)的衰變原理，對沉積物進行測年，直接計算土壤侵蝕速率，然后利用經(jīng)驗公式計算小流域土壤侵蝕模數(shù)的辦法^[86];天文年代學方法則是根據(jù)沉積物蘊藏的具有韻律的天文軌道信息，分析沉積物剖面的年代序列，從而計算沉積物的沉積速率的辦法^[87];紋層年代學方法的原理是根據(jù)湖泊年紋層進行定年，然后根據(jù)定年結果計算沉積速率的辦法^[88].目前針對巖溶區(qū)長期土壤侵蝕的研究方法，比較常用的是放射性同位素測年法.

前人多根據(jù)巖溶區(qū)湖泊沉積物、泥沼沉積物和石筍等沉積物的放射性同位素定年，進而恢復西南巖溶小流域土壤侵蝕歷史.比如劉子琦等^[89]結合史志資料，通過貴州織金洞石筍²³⁰Th/U定年和碳氧同位素的記錄，探討了石筍記錄的石漠化演化時間序列，將1240年至今的歷史時期石漠化演化劃分為孕育期、發(fā)生期、發(fā)展期、搖擺期和井噴期，并表明了千年來石漠化的發(fā)生和發(fā)展主要受人為因素的控制;陳朝軍等^[90]也通過貴州省石將軍洞石筍U系定年和碳同位素（δ¹³C）記錄，發(fā)現(xiàn)自中世紀暖期以來，人類活動和氣候變化觸發(fā)了中國西南石漠化的擴張;此外，通過放射性同位素測年法的運用，研究者們對湖泊或泥沼沉積物也進行了年代測定，并結合多種指標分析得出結論，在過去的幾千年里，人類活動成為主導西南巖溶地區(qū)土壤侵蝕變化的關鍵因素^[91-92].盡管如此，西南巖溶區(qū)長期石筍、泥炭和湖泊沉積物記錄的相對稀缺性，限制了在該地區(qū)開展大規(guī)模土壤侵蝕研究的可行性，構成了研究的一大挑戰(zhàn).

近年來，放射性碳同位素測年方法作為一種高度精確的定年技術，已經(jīng)被科學界廣泛認可^[93]，特別在巖溶洼地這一典型的巖溶地貌區(qū)域，該方法對于小流域土壤侵蝕研究的適用性得到了驗證.比如Zhang等^[86]利用重慶巫山常家洼巖溶洼地沉積物剖面中的炭屑樣品，首次通過炭屑AMS¹⁴C測年，重建了該巖溶洼地小流域過去600 a來土壤侵蝕的歷史過程，為放射性同位素技術應用在巖溶洼地小流域土壤侵蝕歷史和機制方面奠定了一定基礎;隨后，蔣勇軍團隊^[70-71]對重慶市中梁山巖溶槽谷區(qū)洼地沉積物也進行了類似的研究，重建了該區(qū)域近700 a來的植被演變歷史和土壤侵蝕歷史;最近，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林團隊^[72]也通過這種方法重建了300 a以來喀斯特地區(qū)“林-毀林-零星造林”的3個階段土壤侵蝕歷史，同時，他們基于廣西3個巖溶洼地沉積物序列放射性同位素定年數(shù)據(jù)，結合史志資料，發(fā)現(xiàn)明清時期以來人類干擾加劇了喀斯特洼地的侵蝕產(chǎn)沙^[94].雖然這些研究都是在最近幾年取得的成果，其中一些內(nèi)容可能還存在不足之處，但它們?yōu)槔脦r溶小流域沉積物來重建土壤侵蝕的長期歷史進程提供了重要的技術支持.

4 結論和展望

4.1 新技術和新方法的應用 在探討巖溶區(qū)土壤侵蝕問題時，大部分研究都聚焦于地表的侵蝕現(xiàn)象，前人深入分析了地表土壤侵蝕的特征、機理、影響因素以及相關的物理化學過程等，然而，由于巖溶區(qū)獨特的水文地質(zhì)結構，對于地下土壤漏失問題的研究則顯得較為薄弱^[12].隨著科技的發(fā)展，對巖溶區(qū)水土流失的研究手段也不斷豐富，如地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）這3種空間技術（3S技術）的發(fā)展和應用，使宏觀調(diào)查工作更高效、準確;同時，放射性核素示蹤、地球化學元素示蹤和復合指紋識別技術等的發(fā)展和應用，也可以使學者更好地計算土壤侵蝕量和侵蝕來源等.利用這些先進技術，在今后的研究中，應加強學科交叉融合，研究巖溶區(qū)水土流失對相應巖溶地質(zhì)過程，諸如水文過程、巖溶化學過程、二元結構水土流失過程轉(zhuǎn)變等的響應，同時也應加強巖溶區(qū)土壤侵蝕的形成機制和影響因子的研究，進行系統(tǒng)和定量評價，以及模型引入等方面的研究，這樣才能進一步揭示巖溶地區(qū)水土流失的時空演變過程與機理，也可為社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的改善提供理論支撐.

4.2 典型巖溶小流域長期（gt;100 a）土壤侵蝕研究 在探討巖溶區(qū)的土壤侵蝕問題時，我們注意到，相較于其他地區(qū)，關于巖溶區(qū)的長期土壤侵蝕研究相對匱乏.以往的研究者往往依賴于石筍、湖泊以及泥沼沉積物等地質(zhì)載體來重建巖溶區(qū)長期的土壤侵蝕歷史.但遺憾的是，巖溶地貌特有的地表與地下雙重結構特性為這類數(shù)據(jù)的收集和分析帶來了挑戰(zhàn).因此，如何克服這些障礙以更全面地理解巖溶地區(qū)土壤侵蝕過程及其對環(huán)境的影響，成為當前研究的重要任務.巖溶洼地和天坑作為我國西南巖溶區(qū)主要的地貌類型，其四面環(huán)山的地貌特征使得沉積物具有明顯的向心聚集性，坡面徑流從周圍山坡上攜帶的侵蝕泥沙最終沉積在洼地底部.因此，巖溶洼地和天坑可被視為“天然的大型沉沙池”，真實記錄了巖溶小流域的歷史信息，比如環(huán)境演變、人類活動以及土壤侵蝕等信息.這一特性使得巖溶洼地和天坑沉積物等典型巖溶小流域沉積物成為研究巖溶區(qū)長期土壤侵蝕歷史和環(huán)境演變的可行資料，彌補了巖溶區(qū)天然湖泊沉積物的不足.因此，后續(xù)進行巖溶區(qū)長期土壤侵蝕研究時，可以嘗試將研究重點轉(zhuǎn)向巖溶洼地或天坑等典型巖溶小流域.

4.3 土壤侵蝕的未來預測 未來巖溶區(qū)土壤侵蝕演變趨勢的準確預測，是土壤侵蝕研究領域的關鍵目標之一.國內(nèi)外先進的土壤侵蝕模型、數(shù)字模擬和生態(tài)過程模擬試驗等技術，為水土流失研究提供了可靠的平臺.依靠這些平臺，結合對應的實驗數(shù)據(jù)和史志資料等，可以很好地對未來土壤侵蝕進行預測.比如由瑞士巴塞爾大學科研人員領導的國際研究團隊，基于綜合土地利用和氣候模擬結果顯示，從2015年開始，由于氣候變化和土地集約化耕種，在未來50 a內(nèi)，全球徑流造成的水土流失將比以前預期的更嚴重^[95].然而，目前的模擬或模型具有較大的局限性，如RUSLE對土壤侵蝕過程的簡化以及對土壤性質(zhì)動態(tài)變化的忽略等^[96]，可能影響結果的可靠性.因此，在預測未來土壤侵蝕演變時，不僅需要對模型進行優(yōu)化，還必須結合相關的實驗測試數(shù)據(jù)，如現(xiàn)代監(jiān)測數(shù)據(jù)或沉積物記錄的土壤侵蝕信息等.

致謝 西南大學創(chuàng)新研究2035先導計劃（SWU-XD2D220022003）對本文給予了資助，謹致謝意！

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Research Progress and Prospect of Soil Erosion in Karst Area of Southwest China

JIANG Yongjun， TIAN Xing

（Chongqing Key Laboratory of Karst Environment amp; School of Geographical Sciences， Southwest University， Chongqing 400715）

Soil erosion in karst area of Southwest China poses a severe threat to the regional ecological and environmental security and sustainable economic development. Since the latter half of the 20th century， extensive research has been conducted on soil erosion in this area， yielding significant achievements. Based on systematic analysis of the research progress， this paper elucidates the characteristics of soil erosion in the Karst area of Southwest China. Furthermore， this paper analyzes and summarizes the current research approaches， their current state， and inherent limitations across three distinct temporal scales， that are the short-term （lt;50 years）， medium-term （lt;100 years）， and long-term （gt;100 years） scales. To address the demands for soil and water conservation in Southwest China， this paper puts forward three prospects. Firstly， fostering interdisciplinary research by integrating novel technologies and methods to advance soil erosion studies in Karst areas. Secondly， expanding research horizons to explore long-term soil erosion history in Karst areas using diverse approaches. Lastly， refining existing soil erosion models with experimental data to enhance predictive accuracy for future trends.

Karst area of Southwest China; soil erosion; multi-time scale; spatio-temporal differences; progress and prospect[HJ]

（編輯 鄭月蓉）