王永平 周子柯 滕昊蔚 牛曉音 馬艷飛 李夢紅 盧 杰

(1 山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255049；2 山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

近年來，我國西南滇池流域的水土流失問題受到廣泛關(guān)注[1-2]，土壤流失引發(fā)的一系列環(huán)境問題會(huì)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生諸多不利影響，治理水土流失問題已迫在眉睫。面對嚴(yán)峻的水土流失狀況，滇池流域大力推進(jìn)退耕還林工程，1999―2014年間，滇池流域的土壤侵蝕面積逐年降低[3]，以晉寧縣為例，自2000年起實(shí)施退耕還林工程，至2009年，九年間坡度在25°以下的耕地退耕面積為5 106.04 hm2，森林覆蓋率不斷提高[4]。2000―2014年間，晉寧縣用地類型變化以林草變化為主，在2000―2007年間由草地向林地過渡，2007―2014年間逐漸穩(wěn)定，形成以林地為主的土地利用方式[5]，這種土地利用變化引起的覆被變化過程對該區(qū)域的水土流失和面源污染問題會(huì)產(chǎn)生影響，此前已有部分學(xué)者對滇池典型小流域內(nèi)土地利用變化下的土壤侵蝕開展定量研究，牛曉音等[6]揭示了滇池南部雙龍流域土地利用方式改變對土壤侵蝕及養(yǎng)分流失的影響，宋一民[7]研究了滇池小流域尺度下，土地利用方式對土壤侵蝕及營養(yǎng)鹽分布的影響，崔駿[8]探究了滇池北部小流域不同土地利用方式下土壤侵蝕量與養(yǎng)分流失量之間的關(guān)系，莊艷等[9]研究了滇池南部柴河小流域草地土壤侵蝕的特征。但在滇池流域，針對小流域內(nèi)林地結(jié)構(gòu)變化對土壤侵蝕及養(yǎng)分流失的影響研究相對較少，從林地侵蝕變化角度科學(xué)評估退耕還林工程效益的研究有待加強(qiáng)。

因此，為探究林地土壤侵蝕和土壤養(yǎng)分流失特征，本研究在滇池西南部的東大河流域，通過137Cs核素示蹤技術(shù)對該流域內(nèi)林地土壤侵蝕進(jìn)行定量化分析及評價(jià)，科學(xué)評價(jià)林地土壤及養(yǎng)分侵蝕特征，分析侵蝕程度變化的主要影響因素，以便采取更科學(xué)的水土流失治理措施，為減少當(dāng)?shù)厮亮魇?，恢?fù)生態(tài)以及繼續(xù)推動(dòng)退耕還林工程提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

東大河流域是滇池西南部的一個(gè)小流域(102°29′E～102°39′E，24°31′N～25°42′N)，發(fā)源于海孜白泥箐，流入滇池，河道全長21 km，流域面積188 km2。氣候?yàn)閬啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，多年平均氣溫15℃左右，年平均降水量900 mm。流域境內(nèi)主要行政區(qū)為晉寧區(qū)，土壤含磷豐富，是我國“四大磷都”之一。土壤以酸性、微酸性為主，土壤類型主要有紅壤、黃棕壤、黃紅壤、紫色土、沖積土、水稻土。主要植被類型以林草地為主，原始植被、闊葉林分布較少，現(xiàn)存植被多為云南松(Pinusyunnanensis)、馬尾松(PinusmassonianaLamb.)等喬灌混交林，林下植被多為杜鵑(RhododendronsimsiiPlanch.)、木姜子(LitseapungensHemsl.)、小石積(OsteomelesanthyllidifoliaLindl.)等灌木。利用ArcGIS軟件，通過解譯計(jì)算，確定東大河流域林地面積約為102 km2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018年8月在東大河小流域內(nèi)山坡林地進(jìn)行土壤采樣，每個(gè)樣點(diǎn)根據(jù)采樣地區(qū)地形地貌劃定1 m×1 m樣方，按對角線法平行采樣3次，經(jīng)過GPS定位，確定樣點(diǎn)坐標(biāo)，共采集林地樣點(diǎn)38個(gè)，其中包含3個(gè)剖面分層樣點(diǎn)(S1、S2、S3)，樣地基本情況見表1。采樣類型分為土壤全樣和土壤分層樣，利用內(nèi)徑5 cm的取樣器垂直入土層采集40 cm土層土壤全樣。按照對角線法，平行采樣3次，取混合樣；土壤分層樣，在挖出的剖面上取樣8層，每層10 cm×10 cm×5 cm，總采樣深度為40 cm。每個(gè)樣點(diǎn)通過現(xiàn)場測量及遙感解譯確定其坡度及植被覆蓋率，采樣位置見圖1。所采土樣用于測定137Cs比活度及總有機(jī)碳(total organic carbon，TOC)、總氮(total organic carbon，TN)、總磷(total phosphorus，TP)含量等指標(biāo)。

表1 采樣地基本情況

圖1 采樣點(diǎn)位置圖

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤侵蝕模數(shù)137Cs比活度的測定：參照文獻(xiàn)[10]，在南京師范大學(xué)γ譜儀實(shí)驗(yàn)室測定土壤樣品比活度。將土壤樣品自然風(fēng)干后、經(jīng)研磨過0.150 mm篩，于105℃烘干，去除殘余水分。蠟封一個(gè)月后，采用GWL-120-15高純鍺探測器γ譜議(美國 ORTEC)在661.6 keV處測定137Cs的比活度。

土壤137Cs的背景值：研究表明，滇池流域137Cs含量背景值為1 269[11]、918 Bq·m-2[12]，本研究采用張燕等[13]方法確定滇池流域137Cs背景值為906 Bq·m-2。

土壤侵蝕模數(shù)模型：基于所取剖面樣點(diǎn)呈指數(shù)型分布，本研究采用非耕地類型的模型[14]：

T(l)=Tref(1-e-λl)

(1)

式中，T(l)為土壤在深度l以上137Cs的總面積活度，Bq·m-2；Tref為137Cs面積活度背景值，Bq·m-2；λ為137Cs深度分布的剖性指數(shù)，0.27。

假設(shè)137Cs的垂直分布與時(shí)間因素?zé)o關(guān)，可根據(jù)公式計(jì)算侵蝕點(diǎn)年侵蝕厚度：

(2)

式中，hi為年侵蝕厚度，cm；t為采樣年份。

根據(jù)公式計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)：

ERi=10000×hi×Bi

(3)

式中，ERi為第i采樣區(qū)域的侵蝕模數(shù)，t·km-2·a-1；Bi為第i采樣區(qū)域的土壤容重，g·cm-3。

根據(jù)公式計(jì)算平均侵蝕模數(shù)及總侵蝕量：

(4)

E=A×Pi×EA

(5)

式中，EA為區(qū)域平均侵蝕模數(shù)，t·km-2·a-1；E為不同侵蝕強(qiáng)度的總侵蝕量，t·a-1；A為研究流域內(nèi)林地總面積，km2；Pi為i侵蝕強(qiáng)度的林地面積相對于流域林地面積的百分比，%。根據(jù)《SL190-2007 土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》[15]可將土壤侵蝕分為微度侵蝕(<1 000 t·km-2·a-1)、輕度侵蝕(1 000～2 500 t·km-2·a-1)、 中度侵蝕(2 500～5 000 t·km-2·a-1)、強(qiáng)烈侵蝕(5 000～8 000 t·km-2·a-1)、極強(qiáng)烈侵蝕(8 000～15 000 t·km-2·a-1)和劇烈侵蝕(>15 000 t·km-2·a-1)6個(gè)等級。

1.3.2 養(yǎng)分流失量 采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定土樣TOC含量[16]；采用過硫酸鉀消解法測定土壤TN含量，采用過硫酸鉀消解+鉬銻抗比色法測定土壤TP含量[17]。

采用張燕等[18]建立的模型計(jì)算單位面積土壤養(yǎng)分流失量：

Li=Ni×B×h×10

(6)

式中，Li為第i種養(yǎng)分的流失量，t·km-2·a-1；Ni為第i種養(yǎng)分在土壤中的含量，g·kg-1；B為土壤的容重，g·cm-3；h為年均流失土壤的厚度，cm·a-1。

根據(jù)公式計(jì)算養(yǎng)分平均流失量：

(7)

式中，LAi為第i種養(yǎng)分平均流失量，t·km-2·a-1；Lij為第i種養(yǎng)分第j采樣點(diǎn)養(yǎng)分流失量，t·km-2·a-1；n為采樣區(qū)域數(shù)量。

再根據(jù)公式計(jì)算流域林地養(yǎng)分總流失量：

R=A×LAi

(8)

式中，R為林地養(yǎng)分總流失量，t·a-1；A為研究流域林地面積，km2。

1.3.3 土壤粒度 采用MicrotracS 3500激光粒度儀(美國Microtrac)測定土壤粒度。依據(jù)中國土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)[19],將土壤顆粒分為黏粒(<0.002 mm)、粉粒(0.002～0.05 mm)和砂粒(0.05～1.0 mm)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖及分析處理，采用SPSS 22.0軟件對土壤TOC含量、TN含量、TP含量、137Cs比活度以及土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，并對養(yǎng)分流失量及土壤侵蝕量進(jìn)行線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中137Cs比活度及土壤侵蝕特征

137Cs比活度的剖面分布及變化規(guī)律，可以反映不同樣點(diǎn)的土壤侵蝕或沉積隨時(shí)間變化的差異。由圖2可知，S1剖面的137Cs比活度垂直分布特征自表層向下呈指數(shù)型降低，表層0～5 cm土層中137Cs比活度最高，5～15 cm土層中的137Cs比活度急劇降低，在25～30 cm土層中137Cs比活度略有增加；S2與S1趨勢較為一致，表層0～5 cm土層中137Cs比活度最高，隨土壤深度的增加，整體呈下降趨勢，5～20 cm土層中137Cs比活度迅速下降，20～30 cm土層中137Cs比活度出現(xiàn)回升，30～35 cm又迅速降低，35～40 cm土層中未檢出；S3表層0～5 cm土層中，137Cs比活度最高，但在5～15 cm土層中137Cs比活度下降較緩慢，20～35 cm土層中分布較為均勻，減少十分緩慢，35～40 cm土層中再次降低，整體隨深度呈指數(shù)型降低。S1剖面取自坡頂位置且植被覆蓋率較高，土壤137Cs面積比活度明顯高于S2、S3。各剖面垂直遷移規(guī)律雖有不同，但三處剖面137Cs比活度均隨土壤深度垂直分布特征呈指數(shù)降低的趨勢。

圖2 林地土壤中137Cs垂直分布特征

由表2可知，林地土壤中的137Cs面積比活度介于38.42～2 347.61 Bq·m-2之間，其中65.8%采樣區(qū)域的137Cs比活度低于背景值906 Bq·m-2，介于38.42～902.89 Bq·m-2之間，平均面積比活度為404.92 Bq·m-2，變異系數(shù)為77.07%，表明各點(diǎn)處于侵蝕狀態(tài)且變化幅度較大。僅有34%左右采樣區(qū)域的137Cs含量大于906 Bq·m-2，介于931.58～2 347.61 Bq·m-2之間，平均值為1 712.57 Bq·m-2， 且變異系數(shù)相對較小(23.41%)。

表2 林地土壤137Cs面積比活度

由式(2)～(5)計(jì)算流域內(nèi)的土壤侵蝕模數(shù)及總侵蝕量，并根據(jù)水利部制定的土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)劃分侵蝕程度等級，結(jié)果如表3所示。其中有13個(gè)樣點(diǎn)林地土壤的沉積量介于23.35～621.41 t·km-2·a-1，平均沉積量為342.11 t·km-2·a-1， 研究流域林地土壤總沉積量約為11.9×103t·a-1。 研究流域內(nèi)林地土壤侵蝕量介于47.10～2 729.62 t·km-2·a-1，研究區(qū)大部分劃為輕度侵蝕以下，微度侵蝕、輕度侵蝕分別占比44%和52%，結(jié)合流域林地面積(102 km2)測算，該研究流域林地微度侵蝕和輕度侵蝕總侵蝕量分別為12.37×103和56.91×103t·a-1。

表3 土壤侵蝕模數(shù)及土壤侵蝕分級

2.2 土壤碳、氮、磷分布特征

土壤養(yǎng)分的剖面特征，能夠準(zhǔn)確反映養(yǎng)分隨深度的變化趨勢。由圖3-A和表4可知，在三處剖面中，TOC含量自表層向下逐漸降低，0～5 cm土層中TOC含量均為最大，S2最為明顯，S1各土層土壤中TOC含量下降幅度較為均勻，變化范圍為22.78～49.08 mg·g-1， 均值為33.87 mg·g-1，明顯高于其余兩樣點(diǎn)，接近全樣樣地平均值，表明該剖面TOC含量處于研究區(qū)內(nèi)林地的平均水平；S2土壤的TOC含量于0～5 cm到5～10 cm土層降幅較大，10 cm之后含量分布較為均勻，降幅趨于平緩；S3與S2變化較為相似，0～15 cm土層降幅較大，后降幅趨于平緩，含量逐漸呈均勻分布。由圖3-B可知，S1、S2點(diǎn)TN最大值均在0～5 cm的表層土壤中，隨深度呈遞減趨勢，S3點(diǎn)隨深度呈先增大后減小的趨勢，最大值出現(xiàn)在15～20 cm處，與其他剖面分布略有差異。由圖3-C可知，S1、S2 TP含量變化趨勢十分平緩，0～20 cm TP含量分布稍有波動(dòng)，20 cm以下TP含量分布逐漸均勻，S3中各層的TP含量均大于其余兩處樣點(diǎn)，TP含量變化范圍為1.03～2.76 mg·g-1，均值為1.52 mg·g-1，是其余兩處樣點(diǎn)平均含量的2.2～6.3倍(表4)，該點(diǎn)更靠近磷礦，致使土壤中含磷量較高，且變化幅度較大，0～25 cm下降速度較快，25 cm后下降平緩，含量分布均勻。

圖3 林地樣點(diǎn)土壤中C、N、P垂直分布特征

由表4可知，除剖面樣地外，其他樣地土壤TOC含量介于2.94～50.56 mg·g-1之間，平均值為30.24 mg·g-1， 土壤TN含量介于0.55～6.78 mg·g-1之間，平均值為3.38 mg·g-1，土壤TP含量介于0.32～1.64 mg·g-1之間，平均值為0.71 mg·g-1。3種養(yǎng)分變異系數(shù)大小為TN(45.89%)>TP(38.83%)>TOC(33.58%)。根據(jù)式(6)～(7)計(jì)算出流域內(nèi)林地土壤TOC、TN、TP平均流失量分別為19.25、2.05、0.97 t·km-2·a-1，結(jié)合流域面積102 km2可知研究區(qū)林地內(nèi)TOC、TN、TP總流失量分別為1963.5、98.94 t·a-1(表4)。

S1、S2土壤TN含量隨土層深度垂直變化趨勢與TOC含量基本相同，結(jié)合其他樣地的TOC、TN含量進(jìn)行相關(guān)分析，二者具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)(表5)，并且二者均與土壤侵蝕模數(shù)呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。TP含量與137Cs比活度、TOC含量、TN含量之間并無顯著相關(guān)性，雖然與土壤侵蝕模數(shù)之間負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性并不顯著，由此表明TP與TOC、TN遷移及賦存特征明顯不同，且土壤侵蝕模數(shù)對土壤TP含量的影響并不明顯。

表5 137Cs比活度與土壤養(yǎng)分及土壤侵蝕模數(shù)的相關(guān)分析

2.3 坡度、植被覆蓋率及土壤粒徑分布對土壤侵蝕的影響

如圖4所示，林地的土壤侵蝕量與坡度之間波動(dòng)較大，土壤侵蝕模數(shù)在坡度5～15°范圍內(nèi)逐漸增加，在坡度15～38°整體呈降低趨勢，坡度大于38°后又呈增加趨勢，整體呈三次多項(xiàng)式的關(guān)系(R2=0.585 3，n=19)。受采樣地形的限制，40°以上坡度的侵蝕數(shù)據(jù)較少，輕度侵蝕以上(>1 000 t·km-2·a-1)的區(qū)域多集中在坡度為10～25°的林間坡地上。由圖5可知，植被覆蓋率與侵蝕模數(shù)之間具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=0.660 4，n=25)，輕度侵蝕以上(>1 000 t·km-2·a-1)的區(qū)域，其植被覆蓋率在40%以下。有研究表明137Cs與土壤細(xì)顆粒緊密結(jié)合，并隨著土壤顆粒發(fā)生機(jī)械遷移，對土壤流失具有較好的指示作用[20-21]。且土壤黏粒多以團(tuán)聚體形式存在，對土壤抗蝕性具有一定的促進(jìn)作用[22]。由表6相關(guān)性分析可知，黏粒比例與137Cs比活度及土壤侵蝕模數(shù)之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，而土壤粉粒、砂粒比例均與137Cs比活度及土壤侵蝕模數(shù)之間無顯著相關(guān)關(guān)系。如圖6所示，土壤黏粒(<0.002 mm)含量范圍為2.8%～18.57%，與侵蝕模數(shù)之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2=0.666 5，n=25)，隨著黏粒含量的增加，土壤侵蝕模數(shù)逐漸降低，土壤黏粒含量低于10%時(shí)，侵蝕程度普遍較高，多數(shù)侵蝕程度在輕度侵蝕以上。

圖4 坡度與土壤侵蝕模數(shù)的關(guān)系

圖5 植被覆蓋率與土壤侵蝕模數(shù)的關(guān)系

圖6 土壤黏粒含量與土壤侵蝕模數(shù)的關(guān)系

表6 137Cs比活度與土壤粒度及土壤侵蝕模數(shù)的相關(guān)分析

植被及坡度在一定范圍內(nèi)對土壤侵蝕影響明顯。在10～25°坡度范圍內(nèi)，植被覆蓋率低于40%，并且土壤黏粒(<0.002 mm)低于10%時(shí)，侵蝕強(qiáng)度在輕度侵蝕以上，侵蝕模數(shù)相對較大，侵蝕狀況較為嚴(yán)重，結(jié)合表3可知，該范圍內(nèi)平均侵蝕量約為1 709.85 t·km-2·a-1， 總侵蝕量可達(dá)到64.43×103t·a-1。

3 討論

人為擾動(dòng)較少的土壤剖面中，隨土層深度增加其137Cs比活度一般呈指數(shù)下降的趨勢[23-24]。本研究中三處剖面137Cs比活度總體上均隨土層深度增加呈指數(shù)下降趨勢，表明三處剖面樣地受人為影響較小，侵蝕情況主要受坡度、植被覆蓋率等自然因素的影響。S2、S3剖面137Cs比活度低于S1，尤其是S2剖面，坡度與S1剖面接近(表1)，但土壤137Cs比活度明顯低于S1剖面，主要原因是S1植被覆蓋率高于S2、S3，S2、S3兩處剖面地表相對裸露，致使137Cs隨土壤顆粒流失。三處剖面以及其他采樣區(qū)域之間137Cs比活度空間差異較大，且無明顯規(guī)律，表明各采樣區(qū)域土壤侵蝕空間分布差異較大，其主要原因可能是137Cs與土壤細(xì)顆粒緊密結(jié)合，在長期侵蝕或沉積過程中，隨土壤的遷移而運(yùn)動(dòng)，而土壤的遷移又受多種因素影響，從而表現(xiàn)出其分布的空間異質(zhì)性。相關(guān)研究表明，不同地貌部位137Cs含量不同，一般坡下部137Cs含量高于坡中上部[25]。本研究中林地土壤侵蝕以輕度侵蝕為主，其平均侵蝕量為1 631.41 t·km-2·a-1，是西南土石山區(qū)容許土壤侵蝕量[15]3倍以上，可見研究區(qū)林地中水土流失狀況依然嚴(yán)峻。

土壤TOC含量隨土層深度降低而下降，主要是由于林地地表枯落物腐化后致使土壤有機(jī)碳含量也隨之增加[26]，并且137Cs比活度和土壤有機(jī)碳與細(xì)小根系的根密度顯著正相關(guān)[27]。而本研究中土壤137Cs比活度、TOC含量與土壤侵蝕模數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(表5)，土壤137Cs比活度越高、TOC含量越豐富，其土壤侵蝕模數(shù)越小。地表枯落物分解，部分氮被分解釋放到土壤中[28]，對土壤TN含量及分布產(chǎn)生影響，除此之外，林下植被根系分布、生物固氮作用、林地間伐、林窗大小等因素均能對林間土壤氮素含量的變化產(chǎn)生影響[29-30]。土壤TN含量隨深度變化趨勢(除S3)與TOC基本相同，并且土壤TOC含量與土壤TN含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(表5)，這與前人研究基本一致[31-33]，表明地表枯落物分解對土壤TN含量及分布的影響高于其他因素。三處剖面土壤TP表層變化幅度較大，土壤下層分布較均勻，變化幅度較小，其主要原因是上層土壤受土壤遷移影響較大，而下層土壤受侵蝕影響較小，且磷素在地殼中遷移速度較慢[34]。

Martinez等[35]研究指出，土壤有機(jī)碳含量與137Cs比活度無明顯相關(guān)性，土壤有機(jī)碳分布受生物呼吸、氧化、礦化的影響高于土壤侵蝕。而本研究中，土壤TOC、TN含量與137Cs比活度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，由此推斷在本研究中，相對于植物吸收利用的影響，TOC、TN的分布可能更多的受土壤侵蝕影響。土壤養(yǎng)分與137Cs均會(huì)隨土壤顆粒發(fā)生機(jī)械遷移，TOC、TN與137Cs可能具有相似的物理運(yùn)移特征[36-37]，有研究基于137Cs與土壤碳氮的相關(guān)性提出設(shè)想，可通過監(jiān)測137Cs變化，預(yù)測土壤碳氮流失量[38]。本研究中，TOC、TN及137Cs在土壤中的含量與土壤侵蝕模數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明土壤侵蝕對土壤中TOC、TN含量分布的影響明顯，并且隨土壤侵蝕的加劇，土壤中TOC、TN含量明顯降低。土壤TP含量與土壤TOC含量、TN含量、137Cs比活度以及侵蝕模數(shù)均無顯著相關(guān)性，垂直分布特征也與土壤TOC、TN有明顯區(qū)別，可能受當(dāng)?shù)赝寥辣旧磔^高的含磷量影響較大。通過對土壤養(yǎng)分(TOC、TN、TP)流失量與土壤侵蝕/沉積量的線性擬合可知(表7)，土壤TOC、TN、TP流失量與土壤侵蝕/沉積量之間R2值分別為0.857 8、0.727 7、0.724 2，土壤侵蝕或沉積與養(yǎng)分流失之間具有較好的相關(guān)性，進(jìn)一步證明了土壤侵蝕是致使養(yǎng)分流失的主要因素[8,39]。

表7 土壤養(yǎng)分流失量與土壤侵蝕量線性擬合

坡度是研究土壤侵蝕或沉積必須考慮的因子之一。部分研究認(rèn)為在一定范圍內(nèi)，坡度越大，土壤侵蝕程度越強(qiáng)[40]。針對坡度對土壤侵蝕的影響，有研究指出，坡面土壤侵蝕存在臨界坡度范圍，且不同坡面侵蝕類型的臨界坡度不同，一般而言，隨著侵蝕程度的加強(qiáng)，其臨界坡度也隨之增加。以濺蝕為主時(shí)，臨界坡度一般小于22°[41]，本研究中，在一定的坡度范圍內(nèi)，土壤侵蝕模數(shù)隨坡度增加呈先增加后減小的趨勢，臨界坡度在15°左右，結(jié)合137Cs剖面特征可知，林地侵蝕主要以自然侵蝕為主，表明研究區(qū)內(nèi)林地侵蝕形式以降雨引起的濺蝕為主。另有研究表明，云南滇池土壤侵蝕主要集中在8～35°范圍內(nèi)，其中15～25°區(qū)域的侵蝕貢獻(xiàn)量最大[42]，與本研究結(jié)果較為吻合。本研究中侵蝕強(qiáng)度在輕度侵蝕以上(>1 000 t·km-2·a-1)的多集中在10～25°范圍內(nèi)，由于養(yǎng)分流失與土壤侵蝕具有較好的相關(guān)性，由此推斷，在10～25°范圍的山坡林地中，養(yǎng)分流失也較為嚴(yán)重。

植被覆蓋率對水土保持具有重要作用，植被能夠增加水的滲透，攔截降雨，減少徑流量和流速，并能利用根系的固土能力來減少侵蝕[43]。植被覆蓋率一般與土壤侵蝕模數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[44-45]，本研究與之相似，隨植被覆蓋率的增加，土壤侵蝕模數(shù)呈降低趨勢。植被覆蓋率增加，使地表枯落物增加，土壤養(yǎng)分的外源輸入也會(huì)隨之增加，能夠?qū)Φ乇硗寥榔鸬揭欢ǖ谋Ｗo(hù)作用，并且土壤覆被類型不同，地表凋落物分解情況、根系分布等均存在一定差異，從而造成養(yǎng)分輸入及理化性質(zhì)的不同[46]。本研究中植被覆蓋率低于40%時(shí)，侵蝕強(qiáng)度較大，皆處于輕度侵蝕以上，主要是地表相對裸露，易受到水力等外營力的影響。

土壤黏粒及細(xì)粉粒比表面積較大，可以改善土壤吸濕量及持水性等物理性質(zhì)，對137Cs也具有極強(qiáng)的吸附作用[47]。另外土壤細(xì)顆粒之間容易相互吸附形成土壤團(tuán)聚體，有利于土壤有機(jī)碳的積累[48]，使土壤結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，從而增加土壤抗蝕性[22]，相關(guān)分析和回歸分析也表明，隨著黏粒含量的增加，土壤侵蝕有所減緩。但研究區(qū)內(nèi)土壤黏粒含量介于2.8%～18.57%之間，相對含量較低，可能與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件或成林前的自然侵蝕有關(guān)。另有研究表明，林齡對土壤侵蝕也具有一定影響，隨林齡增長，林木對土壤顆粒及團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有顯著改良作用，使土壤抗蝕性增強(qiáng)[49]。本研究中，不同樣地侵蝕差異較大，樹齡多以中齡林為主，林齡區(qū)分并不明顯，林齡以及樹種、林下植被、林分結(jié)構(gòu)等因素對土壤侵蝕及養(yǎng)分流失的影響有待深入研究。

4 結(jié)論

本研究表明，退耕還林以來研究區(qū)內(nèi)土壤侵蝕狀況有所減緩，人為擾動(dòng)較少，主要以自然侵蝕為主，在坡度10～25°以及植被覆蓋率低于40%的山坡林地中侵蝕狀況相對嚴(yán)峻，并且土壤黏粒含量較低，土壤質(zhì)地有待改善。研究區(qū)內(nèi)以輕度侵蝕(1 000～2 500 t·km-2·a-1) 為主，土壤沉積模數(shù)遠(yuǎn)小于侵蝕模數(shù)，且侵蝕范圍較廣，研究區(qū)域內(nèi)林地侵蝕狀況依然嚴(yán)重。養(yǎng)分流失量與土壤流失量，具有明顯的線性擬合關(guān)系，土壤侵蝕仍是影響?zhàn)B分流失的主要因素。土壤TOC、TN含量與137Cs比活度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，土壤TOC、TN與137Cs可能具有相似物理遷移特征。后續(xù)研究可通過137Cs的指示作用，完善土壤養(yǎng)分流失方面的模型。本研究的研究對象為林地，但對林地結(jié)構(gòu)、樹種、林齡并未進(jìn)行細(xì)致劃分，針對不同林地結(jié)構(gòu)、樹種、林齡的土壤侵蝕以及養(yǎng)分流失特征有待進(jìn)一步研究。