幾個(gè)常用土壤侵蝕術(shù)語辨析及其生產(chǎn)實(shí)踐意義

劉寶元，楊 揚(yáng)，陸紹娟

土壤侵蝕是水和風(fēng)等外營力對土壤的消損過程。Lowdermilk(羅德民)通過對世界各國的考察，認(rèn)為土壤侵蝕是導(dǎo)致人類文明消亡的主要原因［1］。美國第一任水土保持局局長、水土保持之父Bennett在總結(jié)20世紀(jì)30年代美國西部黑風(fēng)暴時(shí)得出“土壤侵蝕是國家威脅”的結(jié)論［2-3］。孫鴻烈院士指出土壤侵蝕是我國生態(tài)與環(huán)境問題的集中反映。土壤侵蝕直接導(dǎo)致土地退化、江河湖庫淤積、地表水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題，嚴(yán)重制約著資源—環(huán)境—社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，已成為最嚴(yán)重的全球性環(huán)境問題。我國是土壤侵蝕最為嚴(yán)重的國家之一。根據(jù)水利部2013年發(fā)布的《第一次全國水利普查水土保持情況公報(bào)》［4］，我國土壤侵蝕總面積為294.91萬km2，其中水力侵蝕面積129.32萬km2，風(fēng)力侵蝕面積165.59萬km2。

理解和規(guī)范土壤侵蝕術(shù)語對于土壤侵蝕研究、水土流失調(diào)查和水土保持規(guī)劃十分重要?？破澗捒圃赋龌煜糯治g與現(xiàn)代侵蝕“在防止侵蝕方面必然會(huì)造成不少紊亂和相互矛盾的概念”，“往往使生產(chǎn)走向絕路”［5］。因此，本文將幾種常用的土壤侵蝕術(shù)語分組劃分為6組，分別展開辨析，包括:土壤侵蝕、土壤流失與水土流失;古代侵蝕與現(xiàn)代侵蝕;地質(zhì)侵蝕與加速侵蝕;片蝕、面蝕、濺蝕和細(xì)溝間侵蝕;細(xì)溝、淺溝、切溝侵蝕和瓦背狀地形;沖溝、干溝和河溝。在此基礎(chǔ)上，探討其在生產(chǎn)實(shí)踐中的意義，供學(xué)界斧正，以期求得一致意見，為今后的相關(guān)研究和應(yīng)用提供便利。

1 土壤侵蝕、土壤流失與水土流失

侵蝕(erosion)一詞源于拉丁語erodere，原意是啃掉(gnaw away)。1894年，彭克首次將侵蝕作為科學(xué)術(shù)語用于地質(zhì)學(xué)中，用以描述河流流水對固體物質(zhì)的磨蝕［6］。1918年，Sampson等在美國農(nóng)業(yè)部第675號公告中第一次使用了土壤侵蝕(soil erosion)這一術(shù)語［7］;但直到20世紀(jì)20年代末及30年代初，土壤侵蝕才被廣泛使用，意指水和風(fēng)等外營力啃掉［8］或磨掉［2］土壤顆粒，或是對土壤顆粒的分離(detachment)和搬運(yùn)(transport)［9］。北魏酈道元在《水經(jīng)注·江水一》中以“今夏水漂蕩，歲月消損，高處可二三尺，下處磨滅殆盡”描述水力侵蝕。其中，“消損”一詞便反映了水力作用下，土壤顆粒的消除和損失。因此，建議將土壤侵蝕定義為水和風(fēng)等外營力對土壤的消損過程。

土壤侵蝕發(fā)生在點(diǎn)尺度上。任何一塊土壤，即使面積只有1 cm2，在遭受風(fēng)吹、雨打、水沖等外營力作用時(shí)發(fā)生土壤顆粒(團(tuán)粒和單粒)被帶走的過程即為土壤侵蝕。由于某一點(diǎn)在發(fā)生土壤侵蝕的同時(shí)也可能發(fā)生外來泥沙沉積，因此測量得到的結(jié)果為凈侵蝕量或凈沉積量。137Cs和7Be等同位素測定方法和測針法等可得到土壤侵蝕或沉積的空間分布，但由于精度不高，其應(yīng)用有所限制。徑流小區(qū)法由于是針對一定面積范圍開展的測量，理論上可縮小小區(qū)面積無限逼近點(diǎn)尺度的凈侵蝕量(t/hm2)。

土壤流失是指離開某一坡面或地塊的土壤數(shù)量［10］。在中國，通常使用“水土流失”這一術(shù)語，顧名思義，在土壤流失的基礎(chǔ)上加上水的損失。本文認(rèn)為，水的損失是指相對于當(dāng)?shù)卦贾脖粭l件而言的地表徑流增加量，不包括植被的蒸散發(fā)和土壤入滲等。

2 地質(zhì)侵蝕與加速侵蝕

1934年，蘇聯(lián)土壤學(xué)家潘科夫在土壤侵蝕的定義中明確了人類活動(dòng)的作用，認(rèn)為土壤侵蝕不是一般的自然地質(zhì)作用，而是“在人類的促進(jìn)下造成的全部或部分土壤的清除”［5］。1935年，Lowdermilk進(jìn)一步明確了人類活動(dòng)對土壤侵蝕的影響，系統(tǒng)地闡明了地質(zhì)侵蝕(geological erosion)與加速侵蝕(accelerated erosion)的概念［1］。

地質(zhì)侵蝕，亦稱自然侵蝕(natural erosion)或正常侵蝕(normal erosion)，是指不受人類活動(dòng)干擾時(shí)，自然狀態(tài)下外營力對土壤的分離和搬運(yùn)。在自然情況下，由于植被的保護(hù)，侵蝕速率低于土壤的成土速率，土壤剖面不斷形成和發(fā)育，不會(huì)造成土壤的損失或土層厚度的減少。當(dāng)人類活動(dòng)打破自然生態(tài)平衡，如森林砍伐、坡地開墾、過度放牧等，土壤侵蝕速率遠(yuǎn)高于成土速率，導(dǎo)致土壤的損失與破壞，是為加速侵蝕，亦稱人為侵蝕(anthropogenic erosion)或異常侵蝕(abnormal erosion)。Montgomery總結(jié)了全球各地201組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納得出:傳統(tǒng)犁耕農(nóng)地的土壤侵蝕速率比地質(zhì)侵蝕速率高1～2個(gè)數(shù)量級［11］。

Bennett在《Soil Conservation》一書中重申了地質(zhì)侵蝕與加速侵蝕的區(qū)別，并提出除非特別說明，一般情況下的土壤侵蝕即指加速侵蝕［2］。因此，目前的土壤侵蝕研究和水土保持規(guī)劃應(yīng)針對加速侵蝕，以期通過人類活動(dòng)的合理規(guī)劃和調(diào)整，減緩甚至遏制日益加劇的土壤侵蝕。相比之下，地質(zhì)侵蝕是一個(gè)緩慢的漸變過程，一般僅在從事較長時(shí)間尺度的環(huán)境演變研究或是人類活動(dòng)影響評價(jià)時(shí)才對地質(zhì)侵蝕和加速侵蝕予以區(qū)分。

3 古代侵蝕與現(xiàn)代侵蝕

古代侵蝕(ancient erosion)和現(xiàn)代侵蝕(modern erosion)的概念最早由蘇聯(lián)學(xué)者科茲緬科提出［5］，但由于各種原因，對其內(nèi)涵的解讀仍不十分明確。目前的多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為，古代侵蝕和現(xiàn)代侵蝕是按時(shí)間劃分的結(jié)果［12］，即古代侵蝕發(fā)生于人類出現(xiàn)之前，現(xiàn)代侵蝕發(fā)生在人類出現(xiàn)之后。然而，二者的內(nèi)涵差別并不在于時(shí)間?？破澗捒普J(rèn)為，古代侵蝕是第三紀(jì)以后冰雪融化的結(jié)果，大量的冰雪融化形成巨流，通過3次侵蝕旋回，奠定了現(xiàn)在的地貌骨架，形成包括淺凹地、深凹地、干溝和河溝在內(nèi)的地表水系的基礎(chǔ)［5］?，F(xiàn)代侵蝕則是在古代侵蝕地形的基礎(chǔ)上，人類破壞植被的條件下，由春洪和夏洪造成的，其規(guī)模遠(yuǎn)小于古代侵蝕。若時(shí)間節(jié)點(diǎn)為現(xiàn)代(第四紀(jì)以來)，并不意味著就發(fā)生了現(xiàn)代侵蝕。只要植被保存較好，無人為破壞，科茲緬科就認(rèn)為沒有侵蝕，無須采取水土保持措施;因此，古代侵蝕即為第三紀(jì)以后冰雪融化的巨大洪流造成的侵蝕，現(xiàn)代侵蝕是人為破壞植被后發(fā)生的侵蝕。

科茲緬科定義的現(xiàn)代侵蝕本質(zhì)上與Lowdermilk定義的加速侵蝕相同，都是由于人類破壞植被造成的;但在科茲緬科的分類體系中，并未考慮地質(zhì)侵蝕。他認(rèn)為只要有植被覆蓋，就不存在侵蝕［5］。相比之下，Lowdermilk并未討論第四紀(jì)的侵蝕旋回［1］，僅關(guān)注目前情況下植被是否遭到破壞，加速侵蝕是否發(fā)生，發(fā)生則需加以控制，未發(fā)生則不需要;因此，水土保持的對象是加速侵蝕和現(xiàn)代侵蝕，而不是地質(zhì)侵蝕或古代侵蝕?，F(xiàn)代侵蝕如細(xì)溝、淺溝和切溝需要治理;古代侵蝕如干溝和河溝等，則不是水土保持及其研究的對象。

4 片蝕、濺蝕、面蝕和細(xì)溝間侵蝕

早期的土壤侵蝕學(xué)者如Bennett根據(jù)侵蝕形態(tài)將加速侵蝕劃分為片蝕(sheet erosion)、細(xì)溝侵蝕(rill erosion)和切溝侵蝕(gully erosion)［2］。其中，片蝕是相對于線狀侵蝕(溝蝕)而言的，指地表的薄層水流(sheet flow)對土壤的均勻沖刷［13］。Hudson認(rèn)為這一分類方法存在2個(gè)明顯的缺陷［14］:忽略了雨滴濺蝕(raindrop splash erosion)，并錯(cuò)誤地將初期徑流當(dāng)作層流。受雨滴打擊和地表微地形的影響，自然條件下的地表徑流往往以紊流形式存在;因此，Toy等認(rèn)為以片蝕來描述細(xì)溝發(fā)育前或細(xì)溝之間的地表侵蝕并不恰當(dāng)［15］。

雨滴濺蝕才是水力侵蝕的起始階段，雨滴打擊使土壤顆粒從土體分離，并濺往各個(gè)方向，意味著水蝕過程的開始［16］。除直接導(dǎo)致侵蝕外，雨滴打擊濺起的土粒會(huì)填充土壤縫隙，夯實(shí)土壤，影響下滲和徑流，進(jìn)而影響徑流的分離和搬運(yùn)［17］。早在1944年，Ellison就用相機(jī)拍下了濺蝕現(xiàn)象的照片，并對濺蝕機(jī)制和影響因素開展了系統(tǒng)的測定和分析［18-19］。Stallings極大地肯定了這一研究，認(rèn)為其“解釋了7000年人類文明以來人們保護(hù)土壤免受侵蝕的努力失敗的原因;也解釋了在豐富的植被覆蓋下土壤侵蝕很少或幾乎沒有的原因”［14］。

面蝕(surface erosion)是一個(gè)較為含混模糊的概念。朱顯謨［20］認(rèn)為面蝕等同于片蝕，是相對于線狀侵蝕(溝蝕)而言的。后者屬于坡面徑流，匯入細(xì)溝，地表出現(xiàn)細(xì)溝槽，槽內(nèi)徑流呈線狀的細(xì)溝侵蝕。陳永宗等［12］、張宗祜［21］、唐克麗［22］和甘枝茂等［23］認(rèn)為面蝕不僅包括片蝕，還包括細(xì)溝侵蝕。因?yàn)榧?xì)溝侵蝕雖然是線狀細(xì)溝流沖刷的結(jié)果，但其溝槽存在的時(shí)間較短，且易被后期水流或人為作用改造、消除。戴英生［24］和常茂德［25］則認(rèn)為面蝕即為發(fā)生于坡面的侵蝕，除了濺蝕、片蝕和細(xì)溝侵蝕外，還應(yīng)包括淺溝和切溝侵蝕。

細(xì)溝間侵蝕(interrill erosion)最早由Meyer提出，從空間位置的角度出發(fā)，用以描述發(fā)生在細(xì)溝之間的侵蝕。這是因?yàn)槊绹r(nóng)地以溝壟種植為主，詳細(xì)研究了壟溝和壟臺(tái)的侵蝕過程之后，Meyer把壟溝侵蝕作為細(xì)溝侵蝕，壟臺(tái)侵蝕則為細(xì)溝間侵蝕［17］。然而，關(guān)于細(xì)溝間侵蝕是否包括雨滴濺蝕，細(xì)溝間侵蝕與片蝕的關(guān)系，目前仍存在不同看法。Toy等認(rèn)為片蝕與細(xì)溝間侵蝕本質(zhì)上并無區(qū)別，二者的核心差異在于分類依據(jù)的不同:與細(xì)溝侵蝕相比，片蝕強(qiáng)調(diào)侵蝕階段早、程度弱，細(xì)溝間侵蝕強(qiáng)調(diào)發(fā) 生 部 位 不 同［15］。 Lal［26］、Broadman 等［27］和Das［28］也持相同的觀點(diǎn)。而 Hudson［14］和 Morgan［29］則認(rèn)為細(xì)溝間侵蝕不同于片蝕，它是雨滴和地表薄層水流共同作用的結(jié)果。大多數(shù)自然條件下，地表薄層水流的速度不足以分離土壤顆粒，土粒主要因雨滴打擊從土體分離［18-19］，再由地表水流攜帶搬運(yùn)。換句話說，細(xì)溝間侵蝕的離散土粒主要來自于雨滴濺蝕。

由此可見，濺蝕強(qiáng)調(diào)雨滴的作用，片蝕側(cè)重形態(tài)，細(xì)溝間侵蝕則著重發(fā)生位置。片蝕和細(xì)溝間侵蝕必然包括濺蝕但不限于濺蝕。筆者傾向于Hudson和Morgan的觀點(diǎn)，將坡面土壤水蝕的基本過程劃分為細(xì)溝間侵蝕、細(xì)溝侵蝕、淺溝侵蝕和切溝侵蝕。盡管在土壤侵蝕的早期階段，細(xì)溝尚未發(fā)育，前者較難理解，但為了保證侵蝕分類的連續(xù)性和完整性，仍將其定義為細(xì)溝間侵蝕。

5 細(xì)溝、淺溝、切溝侵蝕和瓦背狀地形

細(xì)溝(rill)是指坡面上能被普通耕作過程消除的小侵蝕溝，細(xì)溝侵蝕(rill erosion)是指在細(xì)溝形成和發(fā)育過程中所造成的侵蝕。由于地表本身凹凸不平，薄層水流在向下坡運(yùn)動(dòng)的過程中匯聚形成小股水流，即為細(xì)溝流(rill flow)，細(xì)溝便是在細(xì)溝流對地表土壤的沖刷過程中發(fā)育而成的。據(jù)野外量測，細(xì)溝橫斷面多呈槽形，一般寬深都為2～20 cm，主要發(fā)生在耕地或松散堆積面上，最深不超過犁底層，可通過常規(guī)耕作消除［30］。在同一坡面上往往可發(fā)育多條細(xì)溝，呈平行狀或樹枝狀(圖1)，間距一般在1 m左右。

圖1 細(xì)溝(陜西省子洲縣)Fig．1 Rills(Zizhou County，Shaanxi Province)

在較長的坡面上，隨著降雨的進(jìn)行，細(xì)溝互相聯(lián)通、交匯形成主細(xì)溝［31］。由于不斷地再耕作和再侵蝕，槽形的橫斷面呈弧形擴(kuò)展，形成瓦背狀地形(tile back landform)①“瓦背狀地形”最早由承繼成于1962年提出，但無公開發(fā)表資料。目前可見于中國科學(xué)院水土保持研究所內(nèi)部資料“地表侵蝕的基本原理及其所造成的地貌現(xiàn)象”。。這種地形是在侵蝕和耕作共同作用下形成的，無明顯溝緣，以黃土高原最為普遍和典型(圖2)。若以瓦背頂部分水嶺為分界，則其寬度(即分水嶺之間間隔)一般可達(dá)十幾米到幾十米。羅來興從地貌的角度出發(fā)，將其稱為淺溝［32］;朱顯謨從土壤侵蝕的角度出發(fā)，認(rèn)為其屬于一種地形［33］。劉元保為統(tǒng)計(jì)其密度，稱之為順坡侵蝕槽，在陜西志丹和陜西綏德的調(diào)查顯示，其分布密度介于 13.9 ～20.0 km/km2［34］。雷廷武曾指出，細(xì)溝、淺溝、切溝是一個(gè)系列，細(xì)溝寬度多小于20 cm，切溝寬度多為幾米量級，若將上述瓦背狀地形反映的十幾米至幾十米的凹槽定義為淺溝，其與細(xì)溝和切溝無法連貫，不符合常理;因此，筆者也不建議將其簡單稱為土壤侵蝕類型的淺溝。

在土壤侵蝕研究中，淺溝(ephemeral gully)是指坡面上能被普通耕作工具橫跨但不能被其完全消除的侵蝕溝(圖3)，淺溝侵蝕(ephemeral gully erosion)是指淺溝發(fā)生發(fā)展過程中所造成的侵蝕。淺溝規(guī)模較細(xì)溝大，往往能形成沖刷力較強(qiáng)的股流，可以在細(xì)溝交匯過程中發(fā)育;但大多數(shù)情況下發(fā)生于地形相對低洼的地方，如瓦背狀地形的槽底部。淺溝一般深入犁底層(20 cm)，寬約30～50 cm，可以橫過耕作，但不可被耕作消除。耕作過后，淺溝地勢看似與周圍齊平，但下一次侵蝕事件中，淺溝還會(huì)在原地再次發(fā)育［35］。

圖2 瓦背狀地形(陜西省綏德縣)Fig．2 Tile back landform(Suide County，Shaanxi Province)

圖3 淺溝(黑龍江省嫩江縣)Fig．3 Ephemeral gully(Nenjiang County，Heilongjiang Province)

切溝(gully)是指普通耕作工具無法橫跨的侵蝕溝，切溝侵蝕(gully erosion)是指在切溝發(fā)生發(fā)展過程中造成的侵蝕。大多數(shù)坡面切溝最初以槽形斷面出現(xiàn)，通過溝頭上溯侵蝕，溝底下切侵蝕和溝坡的橫向侵蝕，逐漸發(fā)展形成“U”形或“V”形的切溝［36］。切溝的縱剖面與斜坡總體一致，多呈跌水狀，一般切破犁底層，深入成土母質(zhì)甚至疏松基巖，寬度和深度都超過50 cm(圖4)。細(xì)溝、淺溝和切溝的主要區(qū)別如表1所示。懸溝(hanging gully)是切溝的一種特殊形式，一般分布于坡度45%及以上的坡面(圖5)。懸溝的鑒別標(biāo)準(zhǔn)是溝底無法堆積崩塌等作用形成的松散物質(zhì)。由于坡度較大，兩側(cè)溝壁的崩落物在重力作用下即可迅速到達(dá)懸溝出口，無需流水作用。

圖4 切溝(左:黑龍江省嫩江縣，右:陜西省神木縣)Fig．4 Gully(Left:Nenjiang County，Heilongjiang Province.Right:Shenmu County，Shaanxi Province)

表1 細(xì)溝、淺溝和切溝的主要區(qū)別Tab．1 Major difference among rill，ephemeral gully and gully

圖5 懸溝(陜西省子洲縣)Fig．5 Hanging gully(Zizhou County，Shaanxi Province)

根據(jù)溝蝕的不同特征，細(xì)溝侵蝕可以通過橫坡耕作等方法加以控制，但壟溝的比降一般不能超過2%。淺溝侵蝕多采用草水路措施，一旦治理不當(dāng)，極易發(fā)展成切溝;因此，當(dāng)出現(xiàn)淺溝時(shí)，就應(yīng)及時(shí)采取措施加以控制，同時(shí)也可對切溝侵蝕起到預(yù)防作用。切溝是水力侵蝕的最嚴(yán)重階段，對土地資源的破壞極為嚴(yán)重，其治理一般需采用谷坊等工程措施。

6 沖溝、干(gān)溝(乾溝)與河溝

沖溝(modern incised valley)、干溝(ancient incised valley)和河溝(river valley)以黃土高原最為典型，對黃土高原的土壤侵蝕調(diào)查和治理都十分重要，其他地區(qū)很難一一對應(yīng)。與上述細(xì)溝、淺溝、切溝不同，干溝和河溝并非坡面上的侵蝕形態(tài)，而是具有獨(dú)立溝底比降、溝坡和匯水面積的溝道，屬于河網(wǎng)系統(tǒng)。沖溝則是切溝等坡面侵蝕溝與溝道之間的過渡形態(tài)。

沖溝是在晚更新世黃土(馬蘭黃土)堆積后，由坡面侵蝕溝發(fā)展起來的(圖6a)，與切溝同屬現(xiàn)代侵蝕溝;但與切溝不同的是，沖溝的縱剖面與所在坡面不一致，呈凹弧狀(圖7)。沖溝的溝頭和溝緣是溝谷地和溝間地的分界線，服從Strahler水系分級規(guī)律［37］。沖溝溝頭發(fā)育在較大的坡面上，溝尾切入溝谷地;沖溝間無相對固定的間距，隨機(jī)性較強(qiáng)。

圖6 沖溝(a)、干溝(b)與河溝(c)橫剖面對比Fig．6 Cross-section comparison among modern incised valley(a)，ancient incised valley(b)and river valley(c)

圖7 沖溝(陜西省神木縣)Fig．7 Modern incised valley(Shenmu County，Shaanxi Province)

干溝為古代侵蝕溝，是承襲溝谷的一種，是在中、早更新世黃土(離石/午城黃土)上發(fā)育、后被晚更新世黃土充填堆積成深洼地，再由現(xiàn)代流水切割形成的溝谷［38］。其典型特征是晚更新世馬蘭黃土與離石/午城黃土的接觸面以溝底線為軸線作相向傾斜(圖6b)。溝床較直，橫斷面呈“V”形，兩側(cè)有洪積和坡積緩坡地，無常流水，僅在暴雨時(shí)期產(chǎn)流，平均比降一般超過5%，甚至達(dá)到10%(圖8)。溝坡的擴(kuò)展以崩塌、滑坡、瀉溜為主，溝頭的溯源侵蝕大多很活躍。作為承襲溝谷，干溝一般不作為侵蝕溝進(jìn)行調(diào)查，也不進(jìn)行水土保持整體治理。通常情況下，僅在主溝溝底修建小型淤地壩或攔沙壩。

圖8 干溝(陜西省延安市)Fig．8 Ancient incised valley(Yan'an City，Shaanxi Province)

河溝是另一種承襲溝谷，其前身為發(fā)育于三趾馬紅土的主溝溝谷，后被中、早更新世黃土堆積為淺洼地，再經(jīng)流水切割形成溝谷。羅來興［32］認(rèn)為，河溝的形成還包括一次晚更新世黃土的堆積和流水切割，即基巖/三趾馬紅土—流水切割為溝谷—離石/午城黃土堆積—流水切割為溝谷—馬蘭黃土堆積—流水切割為溝谷——這是對河溝形成過程的理想概括和總結(jié)。但總體而言，馬蘭黃土的堆積在河溝中的體現(xiàn)不如在干溝中明顯;因此，在野外調(diào)查中，河溝的突出特征是離石/午城黃土與基巖/三趾馬紅土之間的剝蝕面，以及離石/午城黃土層以河溝主溝道為軸線作相向傾斜(圖6c)。除此之外，河溝溝道彎曲，橫斷面為梯形，兩側(cè)有階地形成，一般有常流水，平均比降2%～3%。河溝溝頭溯源侵蝕基本終止，是淤地壩建設(shè)的主要溝谷(圖9)。河溝與干溝的主要特征差異見表2。

圖9 河溝(陜西省延安市)Fig．9 River valley(Yan'an City，Shaanxi Province)

表2 干溝和河溝的主要特征對比Tab．2 Key feature comparison between ancient incised valley and river valley

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