土壤抗沖性研究方法及影響因素綜述

侯春鎂++李玲++溫昌燾

摘要 土壤抗沖性是最能體現(xiàn)區(qū)域水土流失過程和規(guī)律的指示指標(biāo)之一，對抗沖性的研究成果已有大量的研究論文報道。通過總結(jié)前人的研究成果，從土壤抗沖性指標(biāo)確定、研究方法及影響因素等方面，介紹土壤抗沖性的研究進(jìn)展。同時對未來土壤抗沖性研究進(jìn)行了展望，在今后的研究中可以形成統(tǒng)一的評價指標(biāo)對土壤抗沖性進(jìn)行評價；另外也可加強各影響因素對土壤抗沖性的影響程度研究，并建立土壤抗沖性與其影響因素間相關(guān)模型，為今后水土保持工作提供更方便快捷、更準(zhǔn)確有用的幫助。

關(guān)鍵詞 土壤抗沖性；評價指標(biāo)；評價體系；研究方法；影響因素

中圖分類號 S157 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）02-0230-03

A Review of Research Methods and Influencing Factors of Soil Anti-scourbility

HOU Chun-mei 1 LI Ling 1 WEN Chang-tao 2

（1 College of Environment Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224； 2 Hongta District Soil and Water Conservation Station in Yuxi City）

Abstract The soil anti-scourbility is one of the most representative indexes to show the process and discipline of regional water and soil erosion，and there are a lot of reports about anti-scourbility. Based on previous research achievements，soil anti-scourbility research progress was introduced from the aspects of soil anti-scourbility index，research methods，influencing factors，etc. Meanwhile，the soil anti-scourbility research in the future was prospected to achieve the unified evaluation index. In addition，the research of each factor on soil anti-scourbility should be strengthened，and the models between soil anti-scourbility and influencing factors could be established to provide more convenience and accurate assistance for conservation work of soil and water.

Key words soil anti-scourbility；evaluation index；evaluation system；research method；influencing factor

我國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家之一，分布范圍廣泛，面積較大，根據(jù)我國第二次遙感調(diào)查，我國水土流失面積達(dá)37%[1]。因此，防治水土流失是迫在眉睫的任務(wù)。土壤侵蝕研究的重要內(nèi)容之一就是土壤抗侵蝕能力[2]，通過研究土壤的抗沖性可以較好地反映區(qū)域水土流失過程和規(guī)律[3-5]。

土壤抗沖性研究為揭示降雨引起的侵蝕過程及機制方面的研究奠定了基礎(chǔ)，評價土壤抗沖抗蝕性直接為農(nóng)業(yè)服務(wù)[4]。土壤抗沖性概念是由我國學(xué)者提出，研究始于20世紀(jì)50年代，到80年代比較活躍。20世紀(jì)60年代，朱顯謨先生在研究黃土高原森林植被因素對土壤侵蝕的影響時，明確地把土壤抵抗徑流侵蝕的作用區(qū)分為抗蝕性與抗沖性，提出了土壤“抗沖性”的概念[6]。國外對土壤抗侵蝕性能研究主要指土壤可蝕性。因此，對土壤抗沖性的研究主要還是來源于國內(nèi)[7]。20世紀(jì)70年代末著名土壤侵蝕研究者埃利森、威斯奇邁爾、Gussak等人也相繼提出，根據(jù)降雨侵蝕過程的成因是雨點打擊和徑流沖刷的不同過程，將土壤抗侵蝕能力分為2種，即抗濺蝕能力和抗沖刷能力[8-10]。對于不同植被、防治水土流失措施等進(jìn)行研究，探討其對土壤抗沖性的影響，可以為土壤侵蝕的預(yù)測和相關(guān)規(guī)劃提供參考[4]。在以后土壤抗沖性研究中如何確定統(tǒng)一的模型或找到通用方法將是研究的重要內(nèi)容，使未來預(yù)測和防治水土流失更方便。

1 土壤抗沖性指標(biāo)的確定

由目前已有的研究可知，抗沖性的表征方式多種多樣，不同研究方法表征方式也不同。大多數(shù)學(xué)者以抗沖系數(shù)或抗沖指數(shù)來表征抗沖性的大小[11-12]，其中常用的是以沖走1 g土所需的時間來表示；另一種常用的為沖走1 g干土所需的水量和時間的乘積來表示。這2種抗沖性能評價指標(biāo)運用較廣泛，主要與沖走的土重和時間關(guān)系密切。另外，也有學(xué)者以單位徑流所產(chǎn)生的土壤侵蝕量作為評價土壤抗沖性的指標(biāo)，其反映了降雨強度的作用[13]。根據(jù)蘇成西等[2]的研究，采用抗沖模數(shù)作為衡量抗沖性大小的指標(biāo)，公式如下：

q=m/（S·Q·t）

其中，m為水沖走的土粒質(zhì)量，S為原狀土體表面積，Q為沖刷水量，t為沖刷時間。

舒喬生和謝立亞研究沙棘林退化對林木根系和土壤抗沖性的影響時，用了2種指標(biāo)來評價土壤抗沖性：一種用針式抗沖儀測定，以每10個水蝕穴深和寬乘積均值的倒數(shù)作為所測土層的抗沖指數(shù)；另一種用抗沖槽測定，以沖刷單位質(zhì)量的土所需時間作為度量指標(biāo)[14]。針式抗沖儀對土壤抗沖性的側(cè)定，能更好地反映不同土層間的關(guān)系，使用相對快捷便利。賈俊姝等[15]利用沖刷歷時內(nèi)的沖刷土重作為衡量抗沖性的指標(biāo)，沖刷土重以沖刷前后的重量之差所得。這種指標(biāo)確定方法誤差相對較大，由于沖刷前后土壤處于潮濕狀態(tài)，很難得到準(zhǔn)確的沖刷土重，因此該方法很少有人使用。

從前人的研究論文中看到土壤抗沖性指標(biāo)確定方法多達(dá)6種以上，雖然研究方法相同但有的評價指標(biāo)也不一樣，因此也不能從方法來確定評價指標(biāo)。從這幾種評價指標(biāo)中可看出土壤抗沖性大小與被沖刷的土壤質(zhì)量息息相關(guān)。在已有的研究中，抗沖性評價指標(biāo)表征方式各不相同，還沒有統(tǒng)一的一種評價方式，在以后的研究中可以往這方面努力，探索一種方便、統(tǒng)一、象征性強的評價方式。

2 土壤抗沖性研究方法

蔣定生、朱顯謨等學(xué)者在20世紀(jì)對我國的土壤抗沖性開展了大量研究，其中原狀土沖刷法和實地放水沖刷法被廣泛使用，徑流小區(qū)觀測資料分析法需要大量的實測資料，因此使用較少。靜水崩解法是20世紀(jì)60年代由我國學(xué)者提出的土壤抗沖性研究方法，是將原狀土粒放入靜水或流水中測定崩解速度來表示抗沖性的強弱[6]，此方法在文獻(xiàn)中很少見有使用。

2.1 原狀土沖刷槽法

原狀土沖刷槽法是20世紀(jì)70年代由蔣定生設(shè)計的，用自制的取樣器（3 cm×20 cm×4 cm），采集原狀土樣放置在沖刷槽中，在不同流量、坡度下進(jìn)行沖刷試驗。該方法采用單位流量或時間內(nèi)沖走的泥沙量來表示土壤抗沖性的強弱[7]。隨著對土壤抗沖性的深入研究，用于獲取土樣的取樣器規(guī)格也在不斷變化著。蔣定生設(shè)計的為（3 cm×20 cm×4 cm），從不同文獻(xiàn)中可看到很多研究者對其規(guī)格進(jìn)行了改進(jìn)，陳宴[16]、魏阜森[12]、Chen Y[17]等采用了改進(jìn)的取樣器（10 cm×20 cm×10 cm）。而張建輝等[18]采用了更大的取樣器（40 cm×10 cm×10 cm）采集表層原狀土，采用規(guī)格更大的取樣器減輕了對土體的擾動程度，能更進(jìn)一步保護原狀土。在文獻(xiàn)中看到大多數(shù)學(xué)者都是用此方法進(jìn)行研究，楊玉梅等[19]用原狀土沖刷法對不同土地利用方式下土壤抗沖性動態(tài)變化特征及其影響因素進(jìn)行了研究；陳宴[16]、儲小院[20]等分別用此方法對紫色土丘陵區(qū)、長江三峽地區(qū)的土壤抗沖性進(jìn)行了研究。目前，該方法是使用最廣泛的一種方法，因為此方法從土樣受力狀況來說比抗沖儀等方法前進(jìn)了一大步，并且用此方法測試簡便，便于野外攜帶[7]。

2.2 實地放水沖刷法

實地放水沖刷法是通過單位體積的流量進(jìn)行沖刷，利用單位面積上的土壤產(chǎn)沙量表征土壤抗沖性強弱的方法[21]。周佩華和武春龍認(rèn)為評價土壤抗沖性最好的方法是使土壤在已知沖刷力的徑流作用下進(jìn)行對比沖刷試驗，根據(jù)沖刷量的大小來衡量土壤抗沖性的強弱[22]。他們?yōu)榱烁鼫?zhǔn)確地模擬徑流沖刷過程和更好地分析研究土壤抗沖性，在進(jìn)行研究時進(jìn)行了大量的野外實地放水沖刷試驗。在周佩華和武春龍的研究中，他們總結(jié)了幾點實地放水沖刷法的優(yōu)點：認(rèn)為實地放水沖刷法在現(xiàn)場實地放水沖刷，土壤不受擾動，并且地形、匯流條件等都保持自然界原來狀況，土壤受力情況也與實際情況一致，代表性強，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；放水量可按當(dāng)?shù)貙嶋H情況，并且根據(jù)匯流可推算出各種坡長情況下的徑流量；可排除因采原狀土樣困難而遇到的限制，可在任何土地利用情況下進(jìn)行試驗[22]。何淑勤等用此方法進(jìn)行了不同植被條件下土壤抗沖性及其影響因素的研究，分析了不同植被條件下土壤徑流量、土壤性質(zhì)、土壤有機質(zhì)等對土壤抗沖性的影響。石生新等[23]也用實地放水試驗的方法研究了同一坡度、不同土地利用形式以及同一土地利用形式、不同坡度下的土壤抗沖性。但此方法也還有其局限性，其實際放水沖刷試驗中的流量與試驗設(shè)計流量仍有很大誤差，試驗花費時間長，需要投入更多的精力[24]。

2.3 靜水崩解法

靜水崩解法是20世紀(jì)60年代由我國學(xué)者提出的土壤抗沖性表征方法，是將原狀土壤顆粒放入靜水或流水測定崩解速度來表征抗沖性的強弱[6]。此方法應(yīng)該算比較早的土壤抗沖性研究方法，朱顯謨用此方法測定了甘肅中部黃土高原地區(qū)原狀土的崩解速率，用所測崩解速率作為評價該地區(qū)土壤抗沖性強弱的指標(biāo)[25]。這種方法簡便、快捷、花費少，但缺點就是土壤在靜水中的崩解與徑流沖刷土壤的實際情況相差大，雖然測出的結(jié)果與土壤抗沖性有一定的相關(guān)性，但很難反映沖刷過程的實質(zhì)[26]。因此，在文獻(xiàn)中很少看到使用此方法。

2.4 徑流小區(qū)觀測資料分析法

周佩華和武春龍[22]在黃土高原土壤抗沖性的試驗研究方法探討中，認(rèn)為如果采用縱向?qū)Ρ鹊姆椒?，即分析同一小區(qū)，當(dāng)?shù)孛鎻搅髁坎煌瑫r看沖刷量的變化情況，可以說明土壤抗沖性的很多問題。他們利用山西省水保所的徑流小區(qū)資料進(jìn)行了分析，分析了沖刷量與徑流量之間的關(guān)系，通過山西省水保所11年的監(jiān)測資料得出了每個小區(qū)的次暴雨侵蝕模數(shù)與徑流深之間以冪函數(shù)相關(guān)為最好，并得出了其相關(guān)方程E=aRb[22]。另外，鄭世清等[27]也利用西峰水保站的監(jiān)測資料分析了次暴降雨侵蝕模數(shù)與徑流深之間的冪函數(shù)關(guān)系，楊文元等[28]利用四川資陽土壤保護站的監(jiān)測資料分析了不同生態(tài)利用條件下徑流各因素與對應(yīng)的泥沙沖刷量間的關(guān)系。此方法雖說直接方便，但也有其局限性，需要長時間的實測資料，獲取難度大，另一方面侵蝕量中包括賤蝕量和片蝕量，在分析抗沖性時，精度方面仍有一定的影響[29]。

從前人的研究看，土壤抗沖性的研究方法主要集中在以上4種，各種方法有其優(yōu)缺點，具體使用哪種方法進(jìn)行研究還需要根據(jù)各地區(qū)環(huán)境情況及實際條件來選擇。

3 土壤抗沖性的影響因素研究

3.1 土地利用方式及坡度的影響

影響土壤抗沖性的因素眾多，研究學(xué)者對不同區(qū)域的抗沖性影響因素進(jìn)行了研究。周佩華和武春龍[22]在研究黃土高原地區(qū)土壤抗沖性時，認(rèn)為地面坡度和土地利用情況對土壤抗沖性的強弱有著很大的影響。在他們的研究中得出，同一類型土壤的抗沖性，隨著坡度的增大而逐漸減??；林地土壤的抗沖性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于農(nóng)地土壤的抗沖性。曾信波[30]的研究中也認(rèn)為坡度變化對抗沖性有較大影響，得出所研究土地利用類型的土壤抗沖性都隨地面坡度的增大而呈冪函數(shù)關(guān)系降低，但不同坡度對不同土地利用類型的土壤抗沖性影響程度有較大差異。

相同土壤類型，由于土地利用方式的不同，其土壤抗沖性相差可達(dá)幾倍，甚至幾十倍。張建輝等[13]通過對川中紫色丘陵區(qū)不同土地利用條件下土壤抗沖性研究，結(jié)果表明，林地抗沖性明顯高于耕地。郭漢清和張勇[31]利用原狀土沖刷方法對沙溝小流域不同土地利用方式下的土壤抗沖性進(jìn)行了研究。得出不同土地利用方式的土壤抗沖性表現(xiàn)為：表層土壤抗沖性最強，隨土層深度加大，土壤抗沖性減弱；并得出不同土地利用方式抗沖性由大到小依次是草地>果園>撂荒地>坡耕地。由此可見，土地利用方式的改變對土壤抗沖性的大小有著很大的影響。

3.2 土壤理化性質(zhì)及根系的影響

另外楊玉梅[32]通過對不同土地利用方式下的土壤抗蝕與抗沖性研究發(fā)現(xiàn)，不同土地利用方式下的土壤抗沖性主要受土壤容重、總孔隙度、微團聚體組成、>5 mm和1～2 mm團聚體、<1 mm須根的影響。冉茂勇等[33]針對黃土丘陵水蝕區(qū)生物結(jié)皮抗沖性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)抗沖性與生物結(jié)皮土壤理化性質(zhì)有著很明顯的關(guān)系，土壤抗沖性與有機質(zhì)含量和粘結(jié)力相關(guān)性都達(dá)到了顯著水平?？梢娡寥辣旧硇再|(zhì)結(jié)構(gòu)是研究土壤侵蝕機理的關(guān)鍵因素，其理化性質(zhì)的改變很大程度上影響土壤其他性能的改變。

土地利用方式的改變，一方面會使土壤緊實度發(fā)生變化；另一方面由于植被覆蓋與植物類型不同，根系形態(tài)、根密度等也不同，根系對土壤的固結(jié)、網(wǎng)絡(luò)作用也發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使土壤抗沖性能發(fā)生變化[34-35]。李 勇等在研究黃土高原土壤抗沖性時認(rèn)為，黃土高原土壤抗沖性強弱，主要取決于植物根系的分布，盤繞及固結(jié)狀況，因此研究土壤的抗沖性機理，探討強化土壤抗沖性能的途徑，首先必須解決植物根系如何影響土壤抗沖性的問題[36]。丁軍對紅壤區(qū)林地根系對土壤抗沖性的增強效應(yīng)進(jìn)行了研究，在他的研究中，得出林地根系對土壤抗沖性的增強值隨降雨強度的增大而減??；根系對土壤抗沖性的增強值隨土層深度的增加而減小，另外還發(fā)現(xiàn)不同林種的根系對土壤抗沖性的增強效應(yīng)趨勢是一致的，但是還是存在著明顯差異。李陽芳等[37]、付耀龍等[38] 、李玉婷等[39]分別用實地放水沖刷法和原狀土沖刷法對元陽梯田、岷江干旱河谷區(qū)、晉西黃土區(qū)的不同土地利用方式的土壤抗沖性進(jìn)行了研究。從他們各自的研究中發(fā)現(xiàn)人為活動少、林草豐富下的土地利用方式的土壤抗沖性都比較好。

從前人的研究中發(fā)現(xiàn)，影響土壤抗沖性大小的因素眾多，主要的影響因素還是土地利用方式的不同、植被根系的數(shù)量以及土壤本身結(jié)構(gòu)性質(zhì)方面。為提高土壤抗沖性，必須要合理利用土地，減少人為擾動破壞，同時合理有效改良土壤結(jié)構(gòu)。

4 土壤抗沖性研究展望

土壤抗沖性是反映水土保持與改良效益的指標(biāo)之一，對水土流失預(yù)測和水土保持措施配置等具有較強的實踐指導(dǎo)意義[40]。土壤抗沖性研究是土壤侵蝕機理研究的一個重要方面，由于土地利用類型的多樣性、土壤侵蝕發(fā)生過程的特殊性，應(yīng)建立健全的水土保持動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實時掌握水土流失情況促進(jìn)土壤侵蝕機制的研究。

目前，對土壤抗沖性的研究主要集中在大小、影響因素方面。土壤抗沖性的影響因素眾多，土地利用方式、土壤類型、根系特征、土壤理化性質(zhì)等對土壤抗沖性的大小都有著很大的影響，但具體各因素對土壤抗沖性的影響程度還未涉及，建議以后可以加強這方面的研究。研究至今，還沒有形成統(tǒng)一的評價體系，在今后可以針對各區(qū)域情況聯(lián)系實際找到統(tǒng)一的評價指標(biāo)。另外，也可以針對土壤抗沖性大小及其影響因素間關(guān)系開展研究，嘗試建立通用方程或模型進(jìn)行模擬，為以后水土保持的工作提供更方便快捷、更準(zhǔn)確有效的幫助。

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