川中丘陵區(qū)紫色土坡耕地土壤侵蝕研究進(jìn)展

巨 莉，郭 進(jìn)，何 孟，張曉波

(1.四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072；2.四川省電力設(shè)計(jì)院，成都，610041)

川中丘陵區(qū)紫色土坡耕地土壤侵蝕研究進(jìn)展

巨 莉1，郭 進(jìn)2，何 孟1，張曉波1

(1.四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072；2.四川省電力設(shè)計(jì)院，成都，610041)

川中丘陵區(qū)是四川主要的農(nóng)產(chǎn)區(qū)之一，該區(qū)紫色土坡耕地比重大，分布面廣，土壤侵蝕十分嚴(yán)重。本文綜述了川中丘陵區(qū)紫色土坡耕地土壤侵蝕的研究方法、特征及治理措施等相關(guān)內(nèi)容，以期能對該區(qū)紫色土坡耕地土壤侵蝕研究現(xiàn)狀及進(jìn)展有較為系統(tǒng)的了解和認(rèn)識。

土壤侵蝕 紫色土坡耕地 研究進(jìn)展 川中丘陵區(qū)

川中丘陵區(qū)位于四川盆地中部，面積12.1萬多km2，其中耕地面積3.3萬多km2，占區(qū)內(nèi)總土地面積29.4%、占全省耕地面積55.8%[1]。川中丘陵區(qū)是四川主要農(nóng)產(chǎn)區(qū)之一，土壤主要為紫色土，人口密度大，土地墾殖指數(shù)高，坡耕地比重大，加上降雨的時(shí)空不均，土壤侵蝕十分嚴(yán)重，嚴(yán)重影響本區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，控制川中丘陵區(qū)坡耕地土壤侵蝕及其面源污染，是提高該區(qū)土地生產(chǎn)力的主要途徑，對建設(shè)長江上游生態(tài)屏障具有重要地位。本文就川中丘陵區(qū)坡耕地土壤侵蝕的研究方法、機(jī)理、坡耕地治理措施等進(jìn)行綜述，以期能對川中丘陵區(qū)紫色土坡耕地土壤侵蝕研究現(xiàn)狀有較為系統(tǒng)的認(rèn)識。

1 主要研究方法

研究目的和研究區(qū)自然條件不同，可采用的研究方法也不同。目前，川中丘陵區(qū)坡耕地土壤侵蝕的研究方法主要有徑流小區(qū)觀測法、人工模擬降雨法、模型模擬法和核素示蹤法，各種方法均有優(yōu)缺點(diǎn)。不同研究方法的配合使用，能有效克服單一研究方法的不足，縮短研究時(shí)間，還能相互印證，增加研究結(jié)果的可靠性。

徑流小區(qū)法是坡面土壤侵蝕研究的傳統(tǒng)方法，也是川中丘陵區(qū)應(yīng)用最廣的研究方法。標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)的規(guī)格為5m×20m，也有根據(jù)研究選擇10m×10m和2m×1m規(guī)格的。徑流小區(qū)法經(jīng)常同人工模擬降雨法結(jié)合使用，獲取數(shù)據(jù)快，且可根據(jù)需要，控制變量，試驗(yàn)結(jié)果更理想。

土壤侵蝕模型是土壤侵蝕研究的前沿領(lǐng)域，能模擬土壤侵蝕的各個(gè)過程，對指導(dǎo)土壤侵蝕研究和水土保持措施的實(shí)施有重要作用。但模型中參數(shù)的獲取比較困難，所需數(shù)據(jù)量大。川中丘陵區(qū)土壤侵蝕模型研究尚處于初級階段，主要是用WEPP、USLE模型來研究坡面土壤侵蝕。

核素示蹤法對無觀測資料地區(qū)的土壤侵蝕研究有很大的優(yōu)勢，能快速地獲取該區(qū)域中長期及短期的平均土壤侵蝕模數(shù)。137Cs和7Be示蹤法在川中丘陵區(qū)應(yīng)用比較廣泛，也有學(xué)者將核素示蹤法與土壤侵蝕模型和人工降雨相結(jié)合。

2 紫色土坡耕地土壤侵蝕特征

川中丘陵區(qū)土地墾殖指數(shù)高，加上降雨集中，水土流失嚴(yán)重，造成紫色土坡耕地土層淺薄化、土壤養(yǎng)分貧瘠化、土壤干旱化及土壤結(jié)構(gòu)劣化等土壤肥力退化問題。土壤侵蝕會使土壤顆粒在坡面發(fā)生位移，從而對土壤特性的空間變異性產(chǎn)生深刻影響，坡上部土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分貧瘠，而在坡下部相對富集；土壤有機(jī)質(zhì)、全N、堿解N、有效P、K以及土壤粘粒含量在不同坡位之間出現(xiàn)顯著差異[2]。

坡度是該區(qū)坡耕地土壤侵蝕的一個(gè)重要因素，隨著坡度的增大，坡耕地降雨產(chǎn)生的徑流量和土壤侵蝕量明顯增加(表1)。小于10°的坡耕地侵蝕強(qiáng)度較小，侵蝕模數(shù)<1000t/(km2·a)；10°～15°的坡耕地侵蝕模數(shù)介于972.3～2149.7t/(km2·a)之間；15°～25°的坡耕地侵蝕模數(shù)介于1723.48～6780t/(km2·a)之間。川中丘陵區(qū)紫色土坡耕地壤中流極為發(fā)育，因此，降雨除通過地表徑流損失外，壤中流損失是降雨損失的又一重要途徑。當(dāng)其他條件相同時(shí)，土壤侵蝕強(qiáng)度依坡長來決定，在一定坡長范圍內(nèi)，隨著坡長的增加土壤侵蝕強(qiáng)度增加。

表1 川中丘陵區(qū)紫色土坡耕地土壤侵蝕狀況

坡耕地土壤侵蝕發(fā)生的同時(shí)，土壤養(yǎng)分隨之流失。研究表明，坡耕地泥沙中有效磷流失量隨降雨時(shí)間延續(xù)呈增加趨勢，有效磷流失總量隨著坡度的增加成倍增加，20°坡面有效磷流失總量是10°坡的6.2～12.7倍、15°坡的3.1～3.7倍。地表徑流中磷素流失總量隨著坡度的增加而增加，壤中流中磷素流失總量則隨坡度的增加而較小。徑流中磷素流失以可溶性磷為主，其中在地表徑流中可溶性磷占總磷的比例隨坡度的增加而增加，且均在65%以上；壤中流中可溶性磷流失量占總磷流失量的比例更高[7]。

3 丘陵區(qū)坡耕地土壤侵蝕影響因素

3.1 降雨

降雨是土壤侵蝕的主要影響因素之一，是土壤侵蝕發(fā)生的動力，降雨諸要素包括降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨類型、降雨歷時(shí)、雨滴大小及其下降速度等都與土壤侵蝕量及侵蝕過程密切相關(guān)。川中丘陵區(qū)坡耕地的徑流量隨降雨量增加而增大，與年降雨量之間的關(guān)系不明顯，但土壤侵蝕與降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)及降雨的分配過程有密切關(guān)系，降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)與土壤侵蝕量分別存在著顯著的冪函數(shù)和二次函數(shù)關(guān)系，降雨歷時(shí)對土壤侵蝕的貢獻(xiàn)率隨坡度的增加逐漸加強(qiáng)[5，8]。相關(guān)研究得出，川中丘陵區(qū)侵蝕性降雨雨強(qiáng)為10mm/h，雨強(qiáng)≥10mm/h的降雨過程年均僅7～8次，出現(xiàn)在4-10月之間，以5-8月集中(占全年侵蝕性降雨的91%)，10月以后的秋冬季節(jié)，基本上無侵蝕性降雨。這說明，川中丘陵區(qū)坡耕地的土壤侵蝕主要由幾次侵蝕性降雨產(chǎn)生，從中雨至大暴雨，雨型每增加一級，土壤流失量將翻一番。研究表明，7、8月的徑流量和土壤侵蝕量分別占其總量的90.17%和90.98%[1，9]。

3.2 地形、地質(zhì)

地形、地質(zhì)是引起土壤侵蝕的重要因素之一。地形因素中的坡度、坡長、坡向、坡形、分水嶺與谷底及河面的相對高差，以及溝壑密度和地質(zhì)因素中的巖性等，對土壤侵蝕的影響很大。

不同種類巖石及其風(fēng)化產(chǎn)物具有不同的物質(zhì)組成和特征，其遺留給土壤的性質(zhì)如質(zhì)地、礦物養(yǎng)分組成和含水量等也不相同，對水土流失產(chǎn)生不同影響。紫色土是由紫色或紫紅色砂巖、頁巖風(fēng)化而來，其發(fā)育時(shí)間短，土壤疏松，可溶性鹽含量較高，抗沖和抗蝕能力相對較弱[10]。研究表明，除暴雨時(shí)遂寧組的土壤侵蝕量大于蓬萊鎮(zhèn)組的土壤侵蝕量外，其余一般大、中雨和大暴雨的土壤侵蝕量都是蓬萊鎮(zhèn)組>遂寧組>天馬山組>沙溪廟組，說明沙溪廟組泥質(zhì)紫色土本身具有較強(qiáng)的抗蝕能力[1]。

地形因素中坡度對坡耕地土壤侵蝕影響最大。研究得出，地表徑流產(chǎn)生的能量是徑流質(zhì)量和流速的函數(shù)，徑流量的大小和流速主要取決于徑流深和坡度。因此，坡度直接影響徑流的沖刷能力，從而影響坡耕地的土壤侵蝕。在大雨強(qiáng)情況下，起始產(chǎn)流時(shí)間受坡度影響不明顯，在小雨強(qiáng)時(shí)，起始產(chǎn)流時(shí)間隨坡度的增加而縮短，小雨強(qiáng)下坡度對起始產(chǎn)流時(shí)間的影響可用冪函數(shù)表示，相關(guān)性顯著。大雨強(qiáng)下坡度對徑流系數(shù)的影響顯著，并存在臨界坡度:裸地介于10°～15°，農(nóng)地約為20°，在臨界坡度以內(nèi)，坡耕地的土壤侵蝕量及養(yǎng)分流失量隨著坡度的增加而增加。坡長對土壤侵蝕影響也很大，當(dāng)其他條件相同時(shí)，土壤侵蝕強(qiáng)度依坡長來決定。坡長10m～20m、20m～30m、>30m的坡耕地侵蝕泥沙量分別是1m～10m坡耕地的149%、187%和244%[11]。

3.3 耕作

強(qiáng)烈的耕作會使土壤發(fā)生搬運(yùn)、分散和堆積，導(dǎo)致土壤在坡面上發(fā)生再分布，造成土壤侵蝕。研究表明，耕作侵蝕是土壤侵蝕的主要類型之一，與水力侵蝕一樣具有較大的危害。強(qiáng)烈耕作侵蝕將影響坡耕地地形地貌以及土壤理化性質(zhì)的變化；其導(dǎo)致上坡發(fā)生嚴(yán)重的土壤流失，土壤水貯量顯著降低，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體顯著減??；在下坡位置則相反，土壤發(fā)生堆積，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體顯著增加；在中坡未發(fā)生明顯變化[12]。

4 主要治理措施及效果

坡耕地的治理措施有耕作措施、工程措施、生物措施。川中丘陵區(qū)保土耕作措施主要包括聚土免耕、橫坡壟作、格網(wǎng)式壟作、地膜覆蓋、秸稈還田、復(fù)種等，這些措施能夠攔截地表徑流、減少土壤侵蝕、提高土壤肥力，防止水分過多蒸發(fā)，同時(shí)可提高土地利用率，達(dá)到保水保土和增產(chǎn)的效益；坡耕地保土耕作措施各有其優(yōu)勢和不足，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中要根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r因地制宜，使保土耕作措施的效益最大化。研究表明，秸稈覆蓋能減少地表徑流73.9%～86.2%，減少侵蝕泥沙96.5%～98.1%，減少N流失總量12.8%～65.1%，減少P流失總量高達(dá)91.5%～96.0%，減少K流失總量高達(dá)94.2%～97.1%[13]。秸稈覆蓋能夠有效控制紫色土P、K損失，但控制N損失的效果有限。要全面控制紫色土養(yǎng)分損失，不僅要采用秸稈覆蓋、分帶耕作等技術(shù)，還需要增厚土層、改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤蓄水保肥能力。橫坡壟作、格網(wǎng)式壟作與傳統(tǒng)的順坡壟作相比，顯著減少了土壤侵蝕量和地表徑流損失，提高作物產(chǎn)量。據(jù)遂寧水保站實(shí)測，橫坡等高溝壟土壤流失量減少28.3%～27.6%，橫坡等高溝壟比順坡溝壟多減少4.7%～6.14%[14]。聚土免耕耕作能明顯減少水土流失，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，聚土免耕較橫坡種植制減少土、水流失率(年平均)分別為45.6%、38.7%，較順坡種植分別減少63.2%、52.4%。

工程措施中，坡改梯是我國傳統(tǒng)的坡耕地治理方法，在修建緩坡梯地的同時(shí)，配套溝、凼、池、渠等坡面水系和道路。坡改梯的減沙效果可達(dá)到24%～95%，平均70%左右，同時(shí)地表徑流減少42%～47%[14]；配套的小型蓄排水工程可以調(diào)節(jié)徑流，攔截泥沙，提高雨水的利用率。但是該措施成本高，需要投入大量的人力、物力和財(cái)力。

生物措施主要指植物籬技術(shù)，該技術(shù)在控制土壤侵蝕和提高土壤肥力方面具有很大的潛力，是集生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益為一體的坡耕地治理技術(shù)。川中丘陵區(qū)坡耕地栽種的植物籬品種主要有衰草、黃花、紫背天葵、花椒、桑樹、茶、柑橘等。種植模式有等高植物籬(在坡耕地上沿等高線種植植物籬)和地埂植物籬(在梯田埂上栽種植物籬)，在坡耕地栽種植物籬帶可顯著減少徑流量和泥沙流失量，提高土壤肥力，同時(shí)能減少坡地氮磷等農(nóng)業(yè)面源污染物流失量，提高土壤抗侵蝕力與土地生產(chǎn)力。

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2095-1809(2017)01-0059-03