坡耕地土壤濺蝕影響因子淺析及管理對策建議

焦銀龍，周 娟

(1.四川省德陽市土肥站，四川 德陽 618000；2.四川省德陽市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，四川 德陽 618000)

川中丘陵區(qū)以坡耕地為主，其中10°～25°坡耕地面積較大，占全區(qū)坡耕地面積的65%以上，是長江上游主要的侵蝕產(chǎn)沙區(qū)之一。四川作為全國人口大省和農(nóng)業(yè)大省，迫于糧食壓力和經(jīng)濟需求，大量農(nóng)戶選擇陡坡耕種，土地利用不合理，使丘陵區(qū)耕作層變薄，土壤養(yǎng)分流失嚴重，保水保土能力變差，加速了水土流失進程，嚴重阻礙了該區(qū)域土壤可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。雨滴濺蝕是水力侵蝕的初始階段，主要發(fā)生在坡面產(chǎn)流初期，濺蝕作用能分散和遷移地表土壤顆粒，增強地表徑流侵蝕作用，雨滴濺蝕產(chǎn)生的地表松散土粒會隨水流流失，是徑流損失泥沙的來源之一，因此地表土壤的變化會直接影響后續(xù)水力侵蝕的演化及其侵蝕強度[2]。鑒于此，國內(nèi)外學(xué)者在土壤濺蝕變化特征的影響因素方面做了大量研究，并取得一系列重要成果。研究綜合分析了降雨、坡度、植被覆蓋和地表糙度等主要因子對土壤濺蝕的影響特征，并提出相應(yīng)的對策建議。

1 濺蝕過程影響因素分析

1.1 降雨性質(zhì)對濺蝕的影響

濺蝕是由雨滴對地表的打擊造成的，降雨是坡耕地土壤濺蝕的原動力，受到降雨性質(zhì)的直接影響，降雨性質(zhì)包含雨量、雨強、雨滴級配、雨滴終速、降雨分布等指標(biāo)。國內(nèi)外學(xué)者對降雨性質(zhì)及其對濺蝕的影響、降雨濺蝕機理的研究取得了重要進展，研究表明雨強、雨滴終速、雨滴級配，這3個指標(biāo)對濺蝕的影響最為明顯。研究人員選擇了不同的降雨性質(zhì)，并開展了雨滴物理特性的實測與理論研究。

學(xué)者在早期對濺蝕作用的研究中，考慮較多的降雨性質(zhì)主要是降雨量和降雨強度。比如，陳一兵[3]通過采用不同的濺蝕收集方法對比發(fā)現(xiàn)，雖然在各測定方法間濺蝕量有所不同，但隨著降雨量的增大濺蝕量總是不斷增加。隨著研究的深入和科技的發(fā)展，降雨雨滴相關(guān)指標(biāo)的測定方法趨向于高科技，也更能真實、客觀地反映濺蝕的機理。研究發(fā)現(xiàn)雨滴濺蝕的強弱與雨滴到達地表時自身能量的大小有關(guān)，雨滴動能則與降雨強度和雨滴直徑關(guān)系密切，隨著降雨強度的增大，雨滴直徑和雨滴動能也增大，雨滴濺蝕能力也越強[4]。降雨強度和降雨動能與濺蝕量呈正相關(guān)關(guān)系，兩者均能較好地反映降雨對土壤濺蝕的影響。此外，雨滴動能還影響土壤顆粒的遷移距離，雨滴動能越大土壤顆粒遷移越遠，遷移量則隨濺蝕距離的增大而減小，濺蝕土粒的61%～75%分布在距離樣地0～20cm范圍內(nèi)，兩者呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系[5]。

每場降雨都是由大小不等的雨滴組成，雨滴級配的不同導(dǎo)致地表濺蝕產(chǎn)生了很大差異。有研究顯示，當(dāng)雨滴直徑小于3mm時，所產(chǎn)生的濺蝕量很小且變化微弱，而直徑大于4mm的雨滴造成的濺蝕量顯著增大，變化十分明顯[6]。雨滴濺蝕作用時間一般較短，它的影響在地表出現(xiàn)徑流后不斷減弱直至消失，一般情況下，當(dāng)?shù)乇硭畲笥?倍雨滴直徑時，濺蝕作用就可以忽略[7]。

1.2 坡度對濺蝕的影響

坡面坡度是影響土壤濺蝕的一個重要的地形因素，坡度不僅直接影響地表土壤顆粒的降雨動能及其起動條件, 還通過影響產(chǎn)流間接作用于降雨對土粒的分散和搬運強度。研究發(fā)現(xiàn)，濺蝕在坡面上具有明顯的分帶性，存在坡度時雨滴擊濺作用不對稱[8]。因此，只看濺蝕總量不能很好地反映雨滴濺蝕作用的本質(zhì)，學(xué)者在研究過程中又根據(jù)濺蝕土粒的來向?qū)⑵鋭澐譃橄蛳缕?、向上坡和?cè)坡，從而了解各個方向的濺蝕變化規(guī)律。

20世紀(jì)40年代，就有學(xué)者通過人工模擬降雨實驗研究分析了坡度對雨滴擊濺作用的影響，結(jié)果表明向下坡的濺蝕量遠大于向上坡濺蝕量。此后，學(xué)者對坡度與濺蝕的關(guān)系進行了大量研究，并取得了一系列重要成果，大體上可以根據(jù)濺蝕量的變化規(guī)律，將其歸納為兩種觀點。其一，隨坡度的增大濺蝕量增加。比如，在陡坡條件下(從2.9°～40.4°)的人工模擬降雨實驗表明，隨坡度的增加，向下坡濺蝕量、濺蝕總量與凈濺蝕搬運量不斷增大[9]。其二，隨坡度的增大，向下坡濺蝕量、濺蝕總量和凈搬運量呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，存在臨界坡度。陳浩等[10]在3°～29°的坡度范圍內(nèi)，用室內(nèi)人工模擬降雨實驗，得出三者均隨坡度的增大呈現(xiàn)出先增加后減小的結(jié)論。江忠善等[11]用天然降雨小區(qū)(坡度0°～40°、投影面積3m×3 m)濺蝕觀測實驗得出的結(jié)果與陳浩等人的研究結(jié)論一致，即濺蝕總量與坡度表現(xiàn)出有極大值的拋物線關(guān)系。向上坡濺蝕量隨坡度的變化情況較為復(fù)雜，多數(shù)研究結(jié)果表明其隨坡度的增加略有減少，而有關(guān)側(cè)坡濺蝕量與坡度間關(guān)系得出的結(jié)果較一致，認為兩者之間的關(guān)聯(lián)不大。

1.3 植被覆蓋對濺蝕的影響

濺蝕作用主要發(fā)生在裸露地表，尤其是農(nóng)耕地。植被使地面上方局部空間格局發(fā)生變化，進而影響降雨的空間分布，導(dǎo)致土壤濺蝕與各因子間的關(guān)系復(fù)雜化。植被具有攔截和緩沖降雨雨滴的效果，影響濺蝕作用，地表植被的抗濺蝕能力與其種類和生長階段息息相關(guān)，植被對降雨有直接的再分配過程，其作用主要通過透流、截流和莖稈流3種方式進行[12]。

植被冠下土壤的濺蝕作用，與冠層結(jié)構(gòu)特別是冠層高度和覆蓋度有極其密切的關(guān)系，覆蓋度較高的低矮冠層對控制坡耕地土壤濺蝕有明顯的積極作用[13]。植被覆蓋率大時，雨滴動能因植被攔截作用而減弱，土壤表面很少被雨滴直接擊打，與裸地相比土壤顆粒沒有完全分散，地表徑流形成緩慢產(chǎn)生徑流的時間也比裸地晚，徑流總量和徑流流速也相對較小[14]。作物植被對降雨的攔截作用本質(zhì)上和森林植被是相同的，但在具體過程和產(chǎn)生的效果上卻有很大的不同。

作物冠下濺蝕主要受作物種類、生育期和種植方式等因素影響，作物生長初期的濺蝕量有很大的差別。玉米種植條件下，對降雨再分配影響的研究發(fā)現(xiàn)，玉米冠層對降雨的截留量、穿透雨和莖稈流與降雨強度呈極顯著線性正相關(guān)，玉米可引導(dǎo)一部分冠上降雨，從而減緩對地表的直接沖擊[15]。種植大豆后，其冠下濺蝕作用主要是穿透雨所致，各生育期的平均濺蝕率與葉片指數(shù)和冠下雨強的變化趨勢一致[16]。通過研究同一降雨強度條件下，草本植物覆蓋度與濺蝕作用的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，植被覆蓋度達到40%前，濺蝕量隨作物覆蓋度的增大顯著減小，兩者呈負相關(guān)[17]。植被冠層覆蓋度的增大在一定程度上對地表有保護作用，但植被高度對濺蝕的影響也比較突出，冠層較高的植被可能造成更強烈的冠下濺蝕作用[18]。濺蝕主要發(fā)生在裸露地表，當(dāng)?shù)孛嬗锌葜β湮飳訒r濺蝕量迅速下降，在其厚度為1cm時濺蝕量幾乎為零，同時作物收割后的殘根及其秸稈也有保護地面減緩濺蝕的效果[19-20]。

1.4 地表糙度對濺蝕的影響

降雨雨滴的不斷撞擊、遷移、搬運和徑流沖刷等作用，會導(dǎo)致地表微地形改變，雨滴擊濺侵蝕與地表微地形之間相互影響。地表微地形常以地表糙度表示，是指在一定面積地塊上，受自然或人為因素影響形成的一種高低起伏的地表現(xiàn)象。它能反映出地表在比降梯度最大方向上凹凸不平的形態(tài)或起伏狀況，是認識和理解水蝕機理的重要指標(biāo)。

由于地表微地形分布的隨機性和變化的不確定性，有關(guān)地表糙度和土壤侵蝕的研究結(jié)果存在很大差異，其中一些研究顯示地表微地形起伏可減弱水力侵蝕，而另一些研究人員的結(jié)果卻截然相反。因此，地表糙度的變化特點一直為國內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注，而國內(nèi)目前對地表糙度與土壤濺蝕的相關(guān)研究還比較少。地表微地形的變化，對雨水下滲速率、徑流方向、土壤顆粒的躍遷和攔截等過程都有直接影響。鄭子成等[21]通過對不同降雨強度和管理措施對土壤侵蝕過程中地表微地形的影響進行研究，發(fā)現(xiàn)在高差0～1cm和1～3cm區(qū)域侵蝕產(chǎn)生的泥沙最易堆積。低雨強(0.62mm/min)條件下，向上坡、向下坡濺蝕量與地表糙度間的關(guān)系較為復(fù)雜，而在高雨強(1.53mm/min)條件下，向上坡濺蝕量、向下坡濺蝕量和濺蝕總量隨地表糙度的變化趨勢較為一致，均表現(xiàn)為先增后減[22]。地表微地形對裸地濺蝕作用的影響主要表現(xiàn)為微坡度的變化，具有降低坡面濺蝕量的作用，但微坡向?qū)R蝕作用的變化不敏感，故可作為一種指標(biāo)來反映兩者之間的關(guān)系[23]。濺蝕過程中始終伴隨著地表糙度的變化，地表糙度在開始降雨時由雨滴直接擊打地面而變化，一段時間后則受降雨擊濺和徑流沖刷等的綜合作用而改變。

2 對策建議

2.1 實施退耕還林還草

要繼續(xù)鞏固和發(fā)展退耕還林還草成果，同時按照有關(guān)政策，將易造成水土流失的坡耕地有計劃、有步驟地停止耕種，根據(jù)適地適樹的原則，因地制宜穩(wěn)妥推進植樹造林工作，恢復(fù)草地和森林植被，保護和改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。特別是重點流域和水庫周邊15°～25°及25°以上非基本農(nóng)田坡耕地要逐步實施退耕還林還草，可優(yōu)先發(fā)展經(jīng)濟林果業(yè)，并結(jié)合推廣林下種植技術(shù)，因為過陡的坡耕地種植糧油作物，不僅產(chǎn)量低，還會造成不斷的水土流失。

2.2 強化綜合治理與利用

耕地保護刻不容緩，要積極探索適合本地實情的坡耕地水土流失綜合治理模式和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。因地制宜加強坡耕地水土流失防治，改善山丘區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境，以保土、蓄水、節(jié)水措施為主，控制坡耕地水土流失，合理利用和有效保護水土資源。通過實施土地整治和高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等項目，推進坡改梯、蓄水池、排灌渠等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，逐步破除坡耕地生產(chǎn)障礙主要因素，實現(xiàn)水不下山、泥不出溝、肥不外流，推進果、糧、經(jīng)協(xié)調(diào)發(fā)展，提高土地產(chǎn)出率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化水平，增加農(nóng)民收入。

2.3 加強田間管理

2.3.1 選種低矮耐旱作物品種 坡耕地種植的作物應(yīng)選擇低矮耐旱品種，作物莖稈盡量不高于2m，可緩解降雨對地表土壤的擊濺侵蝕，減緩耕作層土壤的流失，也能降低農(nóng)作物被雨水沖刷倒伏的風(fēng)險。川中丘陵區(qū)坡耕地耐旱作物以種植玉米為主，玉米冠層可阻攔一部分冠上雨量，減少直接到達地表的降雨，從而緩解降雨對土壤的直接濺蝕。

2.3.2 增加作物覆蓋度 種植作物時最好選擇高低搭配，增大作物覆蓋度。在種植玉米的情況下，可套作一些草本作物，比如今年全國大力推廣的玉米大豆帶狀復(fù)合種植技術(shù)，就是采用玉米帶與大豆帶間作套種，充分利用兩種作物高矮搭配、邊行優(yōu)勢的互補效應(yīng)，不僅能提高土地利用率和產(chǎn)出率，促進農(nóng)業(yè)增效農(nóng)民增收，還增加了作物高低冠層對降雨的攔截次數(shù)，大幅減少雨滴對土壤的濺蝕作用。

2.3.3 實施橫坡壟作 采用橫壟可增大地表微地形，是我國南方坡耕地實施的主要耕作措施之一，不僅能延緩地表徑流的產(chǎn)生，降低徑流對地表的沖刷，還可增加水分利用效率，起到蓄水保墑的效果，增加作物產(chǎn)量。但在遇到強降雨后易發(fā)生斷壟，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中要注意及時修補橫壟破損之處。

2.3.4 推廣適度免耕 本文講到濺蝕主要發(fā)生在裸露的地表，當(dāng)?shù)孛嬗锌葜β湮飳雍妥魑锸崭詈蟮臍埜捌浣斩挄r濺蝕量迅速下降，加之山丘區(qū)坡耕地種植效益低、農(nóng)村勞力匱乏、農(nóng)機使用受限等現(xiàn)實原因，應(yīng)大力推廣坡耕地適度免(少)耕技術(shù)，達到固土省工、節(jié)本增效之目的。