紫色土坡耕地土壤侵蝕及其防治措施研究進(jìn)展

蘇正安，熊東紅，張建輝，董一帆，楊 超,2，張小波，鮮紀(jì)紳(.中國(guó)科學(xué)院/水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 中國(guó)科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 600； 2.四川師范大學(xué) 地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 成都 600；.成都市水土保持監(jiān)測(cè)分站，四川 成都 600； .四川省電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 60072)

紫色土主要是以中生代(包括三疊系、侏羅系、白堊系和第三系)巖層為母巖、母質(zhì)發(fā)育形成的一類土壤，在發(fā)生分類上稱初育土，在系統(tǒng)分類上屬新成土和雛形土[1-2]。紫色土通常土層淺薄，但是又表現(xiàn)出一定的宜種性、宜肥性、宜水性等，在我國(guó)除丘陵頂部或陸坡巖坎外，大多數(shù)紫色土坡地已被開(kāi)墾為耕地[1]。紫色土是一類具有較多優(yōu)勢(shì)和潛力的土壤資源，其風(fēng)化成土速率快、土壤礦物質(zhì)含量高，但同時(shí)又具有較多缺陷，比如土壤容重大、有機(jī)質(zhì)含量低、團(tuán)聚體含量少，加上受人為耕作活動(dòng)影響，因此，紫色土坡耕地已成為我國(guó)水土流失最為嚴(yán)重的地類之一[3-4]。

20世紀(jì)30年代以來(lái)，研究人員針對(duì)紫色土坡耕地土壤侵蝕的相關(guān)研究經(jīng)歷了初步基礎(chǔ)研究、探索性研究和快速定量研究3個(gè)主要階段。中華人民共和國(guó)成立前，有研究人員于1939年在四川內(nèi)江甘蔗試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)立小區(qū)，觀測(cè)耕作方法對(duì)水土流失量和作物產(chǎn)量的影響，開(kāi)始了紫色土土壤侵蝕方面的研究；中華人民共和國(guó)成立后，研究人員逐漸認(rèn)識(shí)到紫色土坡耕地上存在較為嚴(yán)重的水土流失，尤其是在20世紀(jì)60年代初，為做好長(zhǎng)江流域規(guī)劃，我國(guó)針對(duì)三峽以上地區(qū)進(jìn)行了土壤侵蝕綜合考察，獲得了大量關(guān)于紫色土坡耕地的研究報(bào)告和成果圖件，并進(jìn)行了探索性研究，取得了一定的成果；20世紀(jì)70年代以后，隨著模擬降雨試驗(yàn)裝置的研制成功、土壤侵蝕模型的提出和測(cè)試技術(shù)的改進(jìn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)紫色土坡耕地侵蝕過(guò)程方面的研究進(jìn)入了定量化階段。

基于紫色土水土流失特點(diǎn)和土壤侵蝕研究進(jìn)展，筆者對(duì)紫色土坡耕地土壤侵蝕研究現(xiàn)狀、定量研究方法和防治措施等進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述和總結(jié)，并對(duì)紫色土坡耕地土壤侵蝕研究方向進(jìn)行了展望，以期為深層次揭示紫色土坡耕地土壤侵蝕過(guò)程和機(jī)理，科學(xué)防治水土流失奠定基礎(chǔ)。

1 紫色土坡耕地土壤侵蝕現(xiàn)狀

1.1 水力侵蝕

水力侵蝕是紫色土坡耕地上一種重要的土壤侵蝕形式，可分為濺蝕、面蝕(細(xì)溝侵蝕和細(xì)溝間侵蝕)、壤中流侵蝕。

濺蝕在紫色土坡耕地土壤侵蝕過(guò)程中起著重要作用，它為后續(xù)的徑流搬運(yùn)提供了豐富的松散顆粒，濺蝕量的多少及松散顆粒的組成狀況是判斷坡面土壤侵蝕量的主要依據(jù)之一[5]。研究表明，影響紫色土坡耕地濺蝕量的因子眾多，可以歸納為降雨特征(雨強(qiáng)、歷時(shí)、降雨能量等)、土壤特性(土壤顆粒等)和其他因素(坡度等)[6]。濺蝕還會(huì)引起表土結(jié)皮，而結(jié)皮的發(fā)育有助于提高土壤表面強(qiáng)度，降低土壤分離能力[7]，因此濺蝕是紫色土坡面上一個(gè)重要而復(fù)雜的侵蝕過(guò)程。

面蝕是紫色土坡耕地上又一種重要的土壤侵蝕形式，降雨量、地形因子(坡度、坡長(zhǎng)等)、種植制度、耕作方式等對(duì)紫色土坡耕地的面蝕過(guò)程均具有顯著影響。相關(guān)研究表明，紫色土坡耕地的面蝕過(guò)程中存在臨界閾值。研究人員分析遂寧水土保持試驗(yàn)站坡耕地小區(qū)觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，侵蝕性降雨量在不同坡度坡耕地上數(shù)值不同，5°、10°、15°、20°、25°紫色土坡耕地上的侵蝕性降雨雨量標(biāo)準(zhǔn)分別為55.7、42.9、39.9、39.5、32.0 mm，平均雨強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)分別為8.87、7.86、5.53、5.36、5.24 mm/h[8]。地形因子在坡面水力侵蝕過(guò)程中同樣存在臨界閾值：在臨界坡長(zhǎng)方面，嚴(yán)冬春等[9]在10°、15°、20°、25°紫色土坡耕地上進(jìn)行了人工模擬降雨試驗(yàn)(降雨強(qiáng)度130 mm/h)，得出紫色土坡耕地細(xì)溝產(chǎn)生的臨界坡長(zhǎng)平均值分別為6.13、4.12、2.72、1.55 m，細(xì)溝發(fā)生的臨界坡長(zhǎng)與坡度呈二次拋物線關(guān)系；在臨界坡度方面，研究結(jié)果表明在相同坡長(zhǎng)條件下，土壤流失量與坡度可擬合為二次多項(xiàng)式關(guān)系，紫色土坡耕地土壤侵蝕的臨界坡度約為22°[10]。關(guān)于耕作方式影響面蝕過(guò)程方面，研究人員通過(guò)多年觀測(cè)試驗(yàn)得出結(jié)論，聚土免耕制度較橫坡種植制度減少土、水流失率(年平均值)分別為45.6%、38.7%，較順坡種植制度分別減少了63.2%、52.4%[11]；此外，一些土壤學(xué)者通過(guò)人工降雨試驗(yàn)也驗(yàn)證了不同耕作方式對(duì)紫色土坡耕地面蝕的影響非常顯著[12]。

紫色土坡耕地徑流主要由地表徑流和壤中流兩種形式組成，地表徑流和壤中流在總降雨量中的比例隨雨強(qiáng)和坡度的不同而發(fā)生變化，從而引起不同的地表徑流和壤中流侵蝕速率[13]。研究表明，紫色土坡耕地土層較淺是導(dǎo)致壤中流增大的主要因素，耕作能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，增加降雨入滲量，并增大壤中流發(fā)生幾率[14]；地形對(duì)壤中流具有顯著影響，在雨強(qiáng)相似的條件下，壤中流占總降雨量的比例隨坡度的增大而增大，普遍存在的壤中流在土壤侵蝕中起到了相當(dāng)重要的作用，甚至由壤中流促發(fā)的侵蝕量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于片蝕、溝蝕等坡面侵蝕形式[15]；在相同坡度的情況下，雨強(qiáng)對(duì)壤中流的流量過(guò)程線有顯著影響，壤中流占總降雨量的比例隨雨強(qiáng)的減小而增大[16]。

綜上可見(jiàn)，目前紫色土坡耕地上水力侵蝕研究主要側(cè)重于降雨和地表徑流導(dǎo)致的土壤侵蝕，而對(duì)壤中流引起的土壤侵蝕研究較少，尤其是對(duì)壤中流導(dǎo)致土壤侵蝕的發(fā)生機(jī)制、過(guò)程研究不夠，急需開(kāi)展這些方面的定量研究。

1.2 耕作侵蝕

在紫色土坡耕地上，耕作活動(dòng)是造成水土流失的重要人為因素。耕作侵蝕不會(huì)使土壤直接流失出地塊，而是在耕作工具和重力作用下導(dǎo)致凈余土壤量向下坡或上坡(依賴于耕作方向)運(yùn)移、堆積、重新分配。在復(fù)合地貌區(qū)一般是從坡耕地的凸部流失，在凹部堆積；在線性坡面一般是從坡耕地上部流失，在下部堆積[17]。耕作位移是指耕作造成土壤位置的移動(dòng)，可以用相對(duì)于耕作方向的某一特定方向的土壤移動(dòng)量來(lái)表示，即每米耕作寬度的土壤向前(與耕作方向平行)的土壤位移量(m)或每米耕作長(zhǎng)度土壤向側(cè)面(與耕作方向垂直)的輸送量(kg/m)[17]。在平坦的土地上單次耕作只產(chǎn)生耕作位移，不存在耕作侵蝕，這是由于往返式耕作不會(huì)產(chǎn)生凈土壤傳輸量。

在紫色土區(qū)，鋤耕是坡耕地上主要的耕作方式，相比于等高耕作、壟作和逆坡耕作，傳統(tǒng)順坡鋤耕方式引起的土壤位移和耕作侵蝕十分顯著[18]。文獻(xiàn)[19]采用物理示蹤劑方法研究得出，在坡度為4%～43%的紫色土坡耕地內(nèi)，單次順坡耕作引起的向下坡方向的土壤位移達(dá)到36～113 kg/m，單次耕作的侵蝕速率為24～75 t/(hm2·a)。蘇正安等[20-21]研究認(rèn)為，在中等坡度(16.6%～25.1%)的坡耕地上，耕作侵蝕速率占總土壤侵蝕速率的42.27%～42.65%，在陡而短的坡耕地上，耕作侵蝕速率占總土壤侵蝕速率的80%以上；而在長(zhǎng)而緩的坡耕地上，相比于水力侵蝕，耕作侵蝕對(duì)總土壤侵蝕的貢獻(xiàn)則較小。

目前，盡管土壤學(xué)者已逐漸認(rèn)識(shí)到耕作侵蝕對(duì)紫色土土壤侵蝕的相對(duì)貢獻(xiàn)較大，以及對(duì)坡耕地土壤質(zhì)量退化、作物產(chǎn)量降低、地形變化和土壤有機(jī)碳遷移的影響等[4，18]，并開(kāi)展了大量的定位研究和野外控制試驗(yàn)，但是多數(shù)研究側(cè)重于揭示單純的耕作侵蝕效應(yīng)，沒(méi)有直接開(kāi)展耕作侵蝕與水力侵蝕的交互作用研究。

2 土壤侵蝕的定量研究方法

2.1 示蹤劑法

紫色土區(qū)土壤侵蝕研究中示蹤劑法主要采用人工示蹤劑法和天然示蹤劑法。人工示蹤劑法主要是人為添加示蹤劑(白石塊、螺絲帽和煤灰粉等)到土壤中進(jìn)行標(biāo)記和測(cè)定的方法[22]。天然示蹤劑法主要利用自然界中已有的同位素(137Cs、210Pbex、7Be和14C等)作為示蹤劑，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記的微量分析方法，尤其是137Cs示蹤技術(shù)在紫色土區(qū)的土壤侵蝕研究中得到了廣泛運(yùn)用。

在紫色土坡耕地上，采用人工示蹤劑法開(kāi)展水蝕過(guò)程研究的還比較少，而采用同位素示蹤劑法尤其是核素示蹤劑法的研究比較多。SHI et al.[23-24]利用不同核素(137Cs、210Pbex、7Be等)具有顯著差異半衰期的特點(diǎn)，研究了不同時(shí)間尺度的紫色土坡耕地上的土壤侵蝕速率，極大地促進(jìn)了紫色土坡耕地水力侵蝕的定量研究。

兩種數(shù)據(jù)格式，并且提供全自動(dòng)流程化的方式，應(yīng)用CASS軟件采集的CAD數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)庫(kù)，點(diǎn)擊“導(dǎo)入的數(shù)據(jù)”，選擇“導(dǎo)入QS等地籍格式數(shù)據(jù)”即可提取房屋、宗地、界址點(diǎn)、界址線等地籍?dāng)?shù)據(jù)，從而完成城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

在耕作侵蝕研究方面，兩種示蹤劑方法均得到廣泛運(yùn)用。張建輝等[22]采用白石頭作為人工示蹤劑在四川丘陵區(qū)紫色土坡耕地上進(jìn)行了耕作試驗(yàn)，獲得了坡耕地內(nèi)土壤耕作位移和耕作直接導(dǎo)致土壤流失的證據(jù)，后來(lái)又采用煤灰粉等作為人工示蹤劑，采用磁測(cè)法計(jì)算了紫色土坡耕地的耕作位移[25]。同時(shí)，137Cs示蹤技術(shù)也被運(yùn)用于耕作侵蝕研究，尤其在模擬耕作試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)比耕作前后同一坡位土壤中137Cs的面積濃度，直接反映耕作對(duì)坡面土壤再分布的影響機(jī)制，取得了比較好的效果[26-27]。

人工示蹤劑法和天然示蹤劑法運(yùn)用于土壤侵蝕研究也具有一定的缺點(diǎn)。首先，運(yùn)用人工示蹤劑法必須解決人為添加的示蹤劑與土壤質(zhì)地的一致性問(wèn)題，如果處理不好，那么示蹤劑就不能表征土壤侵蝕速率；其次，煤灰粉等作為磁性示蹤劑，其使用量需要反復(fù)試驗(yàn)才能夠保證測(cè)定數(shù)據(jù)的可靠性，而白石頭、螺絲帽等物理示蹤劑則需要進(jìn)行物理示蹤劑回收[19]，回收工作繁雜，回收率的高低也會(huì)影響試驗(yàn)的精度。同位素示蹤劑法需要準(zhǔn)確測(cè)定土樣剖面中的微量同位素，并經(jīng)過(guò)采集、風(fēng)干、過(guò)篩和實(shí)驗(yàn)室分析，需要花費(fèi)較多的時(shí)間、人力和經(jīng)費(fèi)，同時(shí)將土壤中的同位素含量換算為土壤侵蝕速率時(shí)還要轉(zhuǎn)化模型和確定背景值，增加了運(yùn)用該方法的難度。

2.2 定位小區(qū)觀測(cè)法

采用野外定位小區(qū)測(cè)定坡面水力侵蝕產(chǎn)生的徑流、泥沙在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，該方法也是坡面土壤侵蝕定量研究最早采用的試驗(yàn)方法之一。在紫色土區(qū)，不僅采用國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)觀測(cè)坡面水力侵蝕產(chǎn)生的徑流、泥沙，而且具備不同地形(坡度、坡長(zhǎng))、土地利用類型、耕作措施、土壤類型的徑流小區(qū)也被廣泛運(yùn)用于坡面土壤侵蝕監(jiān)測(cè)[28]。在耕作侵蝕研究方面，研究人員主要將坡面直接劃分為幾個(gè)小區(qū)，然后進(jìn)行模擬耕作試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量土壤137Cs含量、土壤理化性質(zhì)的變化或者地形的變化，從而推測(cè)耕作侵蝕速率或者耕作對(duì)土壤特性和地形變化的影響[27,29]。總體而言，在紫色土坡耕地上，定位小區(qū)主要是用于監(jiān)測(cè)坡面水力侵蝕及其產(chǎn)流、產(chǎn)沙效應(yīng)，耕作侵蝕研究中很少采用該方法。

2.3 人工模擬降雨法

人工模擬降雨法是一種針對(duì)坡面水力侵蝕過(guò)程的定量研究方法。在紫色土區(qū)，10多年來(lái)研究人員利用人工模擬降雨試驗(yàn)對(duì)比了不同地形、植被覆蓋、土壤類型、耕作措施、工程措施等條件下的土壤侵蝕速率，并開(kāi)展了大量的定量試驗(yàn)[30]，在揭示紫色土坡耕地地形、土壤、植被和耕作措施對(duì)水力侵蝕過(guò)程的影響機(jī)制及其耦合作用研究中起到了重要作用。與此同時(shí)，采用該方法研究水力侵蝕對(duì)紫色土坡耕地土壤退化、地形演化和產(chǎn)沙過(guò)程的影響機(jī)制等也取得了很多成果[15,31]。目前，在紫色土區(qū)，人工模擬降雨法主要被科研工作者采用，在生產(chǎn)實(shí)踐中則很少用到。

2.4 “3S”技術(shù)結(jié)合土壤侵蝕模型

將“3S”技術(shù)與土壤侵蝕模型結(jié)合，能使土壤侵蝕研究工作從傳統(tǒng)的定性分析發(fā)展為定性、定量和定位分析相結(jié)合，從單一要素的分析過(guò)渡到多要素、多變量的綜合分析，從小尺度、靜態(tài)分析發(fā)展到多尺度、動(dòng)態(tài)研究，極大地推動(dòng)了水土保持事業(yè)的發(fā)展。在紫色土坡耕地上，多采用RTK-GPS、全站儀、三維掃描儀等快速、準(zhǔn)確地測(cè)量地形，利用GIS優(yōu)越的圖形、屬性數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢(shì)，結(jié)合土壤侵蝕模型，實(shí)現(xiàn)土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和坡耕地地形演變研究。嚴(yán)冬春等[32]在三峽庫(kù)區(qū)利用人工降雨與微地貌掃描相結(jié)合的方法，調(diào)查了紫色土坡耕地細(xì)溝發(fā)生過(guò)程的形態(tài)演變特征。LI et al.[26,29]采用全站儀測(cè)量坡耕地微地貌變化，并結(jié)合土壤剖面調(diào)查和土壤侵蝕模型，研究了單純耕作侵蝕作用對(duì)坡耕地地形變化的影響，及其對(duì)不同坡位的土層深度、土壤137Cs含量、土壤養(yǎng)分等的影響機(jī)制。然而，該方法在紫色土區(qū)的研究大多集中在小流域甚至更大的研究尺度，在地塊尺度上的研究則較少。

目前國(guó)內(nèi)外與“3S”技術(shù)結(jié)合應(yīng)用最為廣泛的土壤侵蝕模型是USLE 和RUSLE。USLE 和RUSLE模型在我國(guó)應(yīng)用較廣，但是它們是基于統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，缺乏充足的?shí)測(cè)資料，精度不高，在坡耕地上應(yīng)用較少，優(yōu)點(diǎn)是適用于研究較大尺度的土壤侵蝕規(guī)律。

3 土壤侵蝕的防治措施

3.1 農(nóng)業(yè)措施

(1)水土保持耕作措施。紫色土區(qū)防治坡耕地土壤侵蝕常用的耕作措施包括等高壟作、逆坡耕作、少耕、免耕等。在等高壟作方式下，改變微地形能實(shí)現(xiàn)地表徑流侵蝕力再分配，截?cái)嗥旅鎻搅餍纬晒闪鞯穆窂剑沟乇韽搅鞣稚?，不至于沿坡迅速匯集，減少?gòu)搅鲗?duì)坡耕地土壤的沖刷，從而減弱坡面水力侵蝕強(qiáng)度[33]。少耕、免耕等耕作方式則是通過(guò)減少人為活動(dòng)對(duì)坡面土壤的擾動(dòng)，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤微生物數(shù)量[34]，從而起到改善土壤抗蝕性、抗沖性的作用，有利于減弱坡面水力侵蝕強(qiáng)度。采用等高壟作、逆坡耕作、少耕、免耕等不僅可以防止坡面水力侵蝕，而且可以有效防止耕作侵蝕。ZHANG et al.[35]通過(guò)物理示蹤劑法證明了順坡耕作比等高壟作直接引起的凈余土壤位移多3倍，比等高耕作的土壤位移多5倍。而相比傳統(tǒng)的順坡耕作，逆坡耕作減少耕作侵蝕的作用更加顯著[18]。此外，水土保持耕作措施雖然投資較小，但是主要適用于緩坡耕地的水土流失防治，在陡坡耕地上其水保作用的發(fā)揮受到較大限制。

(2)水土保持栽培措施。在紫色土坡耕地上，水土保持栽培措施主要有輪作、間作、套種和混播技術(shù)等。采用合理的水土保持栽培技術(shù)，不僅可以有效防止坡面水力侵蝕，還可以起到減弱耕作侵蝕強(qiáng)度的作用。在紫色土坡耕地上，輪作、間作、套種和混播技術(shù)往往同時(shí)被采用，在輪作過(guò)程中伴隨著一段時(shí)間的休閑，并采用農(nóng)家肥進(jìn)行土壤培肥，同時(shí)間作或者套種一些豆科或其他矮小經(jīng)濟(jì)作物，比如農(nóng)民往往在紫色土坡耕地上進(jìn)行玉米、小麥輪作，同時(shí)在玉米下套種紅薯，在種植小麥期間間作蠶豆、豌豆[36]，這樣不僅能增加植被蓋度，防止濺蝕和土壤結(jié)皮，增加土壤入滲能力，減小坡面徑流沖刷力，而且可以減少人為耕作活動(dòng)對(duì)整個(gè)坡耕地?cái)_動(dòng)的強(qiáng)度和頻度，從而達(dá)到減弱耕作侵蝕的目的。目前，水土保持栽培措施對(duì)防止坡面水力侵蝕的作用已經(jīng)得到了廣大研究人員的關(guān)注，并開(kāi)展了大量的研究，但對(duì)于水土保持栽培措施在減弱耕作侵蝕強(qiáng)度方面的研究相對(duì)較少。

(3)復(fù)合農(nóng)林技術(shù)。紫色土坡耕地上的農(nóng)林復(fù)合技術(shù)主要是植物籬技術(shù)。采用植物籬技術(shù)可以有效減少坡面土壤侵蝕、改良土壤[37]。按照種植在坡耕地上的部位，植物籬可分為等高植物籬和地埂植物籬[38]。坡耕地上種植植物籬后，坡耕地的地表徑流、泥沙在植物籬間坡地的下部大量堆積，耕作導(dǎo)致的侵蝕土壤也在該部位堆積，從而減緩局部坡度，改變坡耕地微地貌。經(jīng)過(guò)幾年的耕作, 植物籬之間的耕作帶逐漸形成梯地，能減小水力侵蝕作用[39]。與此同時(shí)，種植植物籬之后，長(zhǎng)坡耕地被縮短成數(shù)段短坡耕地，從而降低了徑流流速，延長(zhǎng)了地表徑流的下滲時(shí)間，減緩了坡耕地上的水力侵蝕作用[40]。陳一兵等[41]在坡度為20°～25°的陡坡耕地上選用香根草、紫穗槐進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)耕作，植物籬能很好地起到保持水土的作用，相比坡改梯等工程措施，從長(zhǎng)期來(lái)看植物籬的水保效果更佳。蔡強(qiáng)國(guó)等[42]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在25°的陡坡耕地上，相比于坡改梯工程，植物籬的攔沙作用與之相當(dāng)，而經(jīng)濟(jì)投入僅為石坎梯田的10%～20%，從而得出了陡坡耕地治理宜采用植物籬措施的結(jié)論。綜上可見(jiàn)，植物籬能有效控制坡耕地的水力侵蝕過(guò)程。但是由于耕作侵蝕速率與坡長(zhǎng)呈反比關(guān)系，與坡度呈正比關(guān)系[19]，植物籬縮短坡長(zhǎng)可能短期內(nèi)會(huì)導(dǎo)致耕作侵蝕速率增加，植物籬減緩坡度則會(huì)導(dǎo)致耕作侵蝕速率降低，因此種植植物籬后耕作活動(dòng)是加速坡面土壤侵蝕，還是減緩?fù)寥狼治g，目前尚不清楚。

3.2 工程措施

紫色土坡耕地上的工程措施主要有坡改梯工程及其坡面水系等配套設(shè)施建設(shè)工程。坡改梯是一種非常有效的治理坡耕地水土流失的措施，但在紫色土坡耕地上，由于臨界坡度和臨界坡長(zhǎng)對(duì)土壤侵蝕過(guò)程具有顯著的影響，因此修建梯田的坡度和坡長(zhǎng)不同，防止土壤侵蝕的效果就不同，且隨著坡度增加，修建梯田的成本會(huì)顯著增加。研究發(fā)現(xiàn)，在不同坡度的坡耕地上實(shí)施坡改梯之后，水土保持效益隨著坡度的增大而增加，且實(shí)施坡改梯措施后的糧食產(chǎn)量也有所增加[43]。達(dá)到一定坡度之后，單純的耕作措施的減蝕作用不大，必須依靠坡改梯工程措施[44]。但是，隨著坡長(zhǎng)的減小，同一塊坡耕地需要修建更多的田埂，與此同時(shí)，隨著坡度的增加，修建梯田所要消耗的成本就會(huì)大大增加[28]。

在紫色土區(qū)，坡耕地土壤保水、持水能力弱，旱季缺水，而雨季又不能夠充分蓄水，造成坡面水土流失嚴(yán)重。為了就地?cái)r蓄坡面徑流，削弱和轉(zhuǎn)化坡面徑流沖刷能量，保護(hù)土地資源，且能在旱季給坡耕地供水，作為紫色土坡耕地改梯田工程措施的重要配套措施，坡面水系工程被廣泛采用。要依據(jù)各區(qū)域的地形地貌、降雨量、土地利用等，合理設(shè)計(jì)與配置溝、凼、窖、池、塘、坊、壩、渠等工程，以使坡面徑流按水平臺(tái)階迂回下山，截短坡面流水線，分段攔截地面徑流，有效防止地表徑流對(duì)坡面的嚴(yán)重沖刷，控制水土流失，提高坡面中上部土壤含水量，減少水庫(kù)、河道、灌溉溝渠等水利工程的泥沙淤積[45]。

綜上可見(jiàn)，坡改梯是一種高投入、高產(chǎn)出的工程措施，綜合考慮產(chǎn)出投入比，目前主要在紫色土區(qū)中等坡度的坡耕地廣泛應(yīng)用。

4 展 望

目前，對(duì)紫色土坡耕地土壤侵蝕過(guò)程和防治措施的研究已經(jīng)逐漸從定性走向定量化，尤其是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，示蹤技術(shù)、“3S”技術(shù)、人工降雨、土壤侵蝕模型在紫色土坡耕地土壤侵蝕定量研究中都得到了很好的應(yīng)用。與此同時(shí)，在紫色土坡耕地上，研究人員逐漸認(rèn)識(shí)到人類活動(dòng)會(huì)間接影響坡耕地水力侵蝕過(guò)程，耕作能夠直接造成顯著的坡面土壤遷移，并開(kāi)始在耕作侵蝕方面開(kāi)展一定的研究工作，為進(jìn)一步開(kāi)展坡耕地人為加速侵蝕作用機(jī)制研究奠定了良好的基礎(chǔ)?？梢灶A(yù)計(jì)，未來(lái)關(guān)于紫色土坡耕地土壤侵蝕的研究還需要在以下方面開(kāi)展大量定量研究。

(1)土壤侵蝕過(guò)程研究方面，傳統(tǒng)的水力侵蝕研究忽略了紫色土坡耕地上耕作侵蝕的直接作用，而該區(qū)域內(nèi)較少的耕作侵蝕研究又側(cè)重于揭示單純的耕作侵蝕效應(yīng)，沒(méi)有直接開(kāi)展耕作侵蝕與水力侵蝕的交互作用研究，因此急需開(kāi)展耕作侵蝕與水力侵蝕的耦合作用機(jī)制研究。

(2)在坡耕地水力侵蝕研究過(guò)程中，不僅需要重視對(duì)濺蝕、面蝕過(guò)程及其環(huán)境效應(yīng)的研究，而且需要加強(qiáng)對(duì)壤中流侵蝕及其環(huán)境效應(yīng)的研究。

(3)在紫色土坡耕地土壤侵蝕定量研究方法方面，應(yīng)將各種定量研究方法有機(jī)結(jié)合，互相驗(yàn)證，開(kāi)展多尺度的定位觀測(cè)和控制試驗(yàn)，并將長(zhǎng)期試驗(yàn)監(jiān)測(cè)與“3S”技術(shù)、示蹤技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行紫色土坡耕地土壤侵蝕空間格局、過(guò)程和效應(yīng)的研究。

(4)在土壤侵蝕防治措施方面，不能再將坡耕地耕作造成的侵蝕單以水蝕來(lái)代替，而忽略了耕作侵蝕的存在，所采取的水土保持措施也需要考慮防治耕作侵蝕，因而需要更多的研究人員關(guān)注并參與到耕作侵蝕的研究中，同時(shí)也需要引起有關(guān)決策部門的高度重視。

[1] 李仲明.中國(guó)紫色土(上冊(cè))[M].北京:科學(xué)出版社,1991:40-79.

[2] 何毓蓉.中國(guó)紫色土(下冊(cè))[M].北京:科學(xué)出版社,2003: 8-18.

[3] 蘇正安,張建輝,聶小軍.紫色土坡耕地土壤物理性質(zhì)空間變異對(duì)土壤侵蝕的響應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(5):54-60.

[4] ZHANG J H,NI S J,SU Z A.Dual roles of tillage erosion in lateral SOC movement in the landscape[J].European Journal of Soil Science,2012,63(2):165-176.

[5] 卜崇峰,石長(zhǎng)春,蔡強(qiáng)國(guó).土壤結(jié)皮幾種分析測(cè)算指標(biāo)的應(yīng)用評(píng)價(jià)[J].水土保持學(xué)報(bào),2009,23(2):240-243.

[6] 高學(xué)田,包忠謨.降雨特性和土壤結(jié)構(gòu)對(duì)濺蝕的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2001,15(3):24-26,47.

[7] 程琴娟,蔡強(qiáng)國(guó),馬文軍.我國(guó)水土流失典型區(qū)土壤表土結(jié)皮敏感性[J].地理研究,2008,27(6):1290-1298.

[8] 周大淜,熊明彪,林立金,等.坡度對(duì)紫色土坡耕地侵蝕性降雨值的影響[J].水土保持通報(bào),2009,29(6):159-162.

[9] 嚴(yán)冬春,文安邦,史忠林,等.三峽庫(kù)區(qū)紫色土坡耕地細(xì)溝發(fā)生的臨界坡長(zhǎng)[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2010,27(11):58-61.

[10] 陳正發(fā),郭宏忠,史東梅,等.地形因子對(duì)紫色土坡耕地土壤侵蝕作用的試驗(yàn)研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2010,24(5):83-87.

[11] 劉剛才,高美榮,張建輝,等.川中丘陵區(qū)典型耕作制下紫色土坡耕地的土壤侵蝕特征[J].山地學(xué)報(bào),2001,19(增刊1): 60-64.

[12] 王勇強(qiáng),王玉寬,傅斌,等.不同耕作方式對(duì)紫色土侵蝕的影響[J].水土保持研究,2007,14(3):333-335.

[13] HUA K K,ZHU B,WANG X G,et al.Forms and fluxes of soil organic carbon transport via overland flow, interflow, and soil erosion[J].Soil Science Society of America Journal,2016,80(4):1011-1019.

[14] TANG J L,ZHU B,WANG T,et al.Subsurface flow processes in sloping cropland of purple soil[J].Journal of Mountain Science,2012,9(1):1-9.

[15] 丁文峰,張平倉(cāng),王一峰.紫色土坡面壤中流形成與坡面侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2008,25(3):14-17.

[16] 付智勇,李朝霞,蔡崇法,等.不同起始條件下坡面薄層紫色土水分和壤中流響應(yīng)[J].水利學(xué)報(bào),2011,42(8):899-907.

[17] LINDSTROM M J,NELSON W W,SCHUMACHER T E,et al.Soil movement by tillage as affected by slope[J].Soil and Tillage Research,1990,17(3):255-264.

[18] ZHANG J H,LI F C.Soil redistribution and organic carbon accumulation under long-term (29 years) upslope tillage systems[J].Soil Use and Management,2013,29(3):365-373.

[19] ZHANG J H,LOBB D A,LI Y,et al.Assessment of tillage translocation and tillage erosion by hoeing on the steep land in hilly areas of Sichuan, China[J].Soil and Tillage Research,2004,75(2):99-107.

[20] 蘇正安,張建輝,周維.川中丘陵區(qū)耕作侵蝕對(duì)土壤侵蝕貢獻(xiàn)的定量研究[J].山地學(xué)報(bào),2006,24(增刊):64-70.

[21] ZHANG J H,QUINE T A,NI S J,et al.Stocks and dynamics of SOC in relation to soil redistribution by water and tillage erosion[J].Global Change Biology,2006,12(10):1834-1841.

[22] 張建輝,李勇,LOBB D A,等.我國(guó)南方丘陵區(qū)土壤耕作侵蝕的定量研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2001,15(2):1-4.

[23] SHI Z L,WEN A B,ZHANG X B,et al.Comparison of the soil losses from7Be measurements and the monitoring data by erosion pins and runoff plots in the Three Gorges Reservoir region, China[J].Applied Radiation and Isotopes,2011,69(10):1343-1348.

[24] ZHANG X B,HE X B,WEN A B,et al.Sediment source identification by using137Cs and210Pb radionuclides in a small catchment of the Hilly Sichuan Basin, China[J].Chinese Science Bulletin,2004,49(18):1953-1957.

[25] ZHANG J H,SU Z A,NIE X J.An investigation of soil translocation and erosion by conservation hoeing tillage on steep lands using a magnetic tracer[J].Soil and Tillage Research,2009,105(2): 177-183.

[26] LI F C,ZHANG J H,SU Z A.Changes in SOC and nutrients under intensive tillage in two types of slope landscapes[J].Journal of Mountain Science,2012,9(1):67-76.

[27] ZHANG J H,NIE X J,SU Z A.Soil profile properties in relation to soil redistribution by intense tillage on a steep hillslope[J].Soil Science Society of America Journal,2008,72(6):1767-1773.

[28] 李秋艷,蔡強(qiáng)國(guó),方海燕,等.長(zhǎng)江上游紫色土地區(qū)不同坡度坡耕地水保措施的適宜性分析[J].資源科學(xué),2009(12):2157-2163.

[29] SU Z A,ZHANG J H,QIN F C,et al.Landform change due to soil redistribution by intense tillage based on high-resolution DEMs[J].Geomorphology,2012,175(6):190-198.

[30] 陳正發(fā),夏清,史東梅,等.基于模擬降雨的土壤表土結(jié)皮特征及坡面侵蝕響應(yīng)[J].水土保持學(xué)報(bào),2011,25(4):6-11.

[31] 高揚(yáng),朱波,王玉寬,等.自然和人工模擬降雨條件下紫色土坡地的磷素遷移[J].水土保持學(xué)報(bào),2006,20(5):34-37.

[32] 嚴(yán)冬春,王一峰,文安邦,等.紫色土坡耕地細(xì)溝發(fā)育的形態(tài)演變[J].山地學(xué)報(bào),2011,29(4):469-473.

[33] 林立金,朱雪梅,邵繼榮,等.紫色土坡耕地橫坡壟作的水土流失特征及作物產(chǎn)量效應(yīng)[J].水土保持研究,2007,14(3):254-255.

[34] 陳軍勝,苑麗娟,呼格·吉樂(lè)圖.免耕技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2005,21(5):184-190.

[35] ZHANG J H,FRIELINGHAUS M,TIAN G,et al.Ridge and contour tillage effects on soil erosion from steep hillstopes in the Sichuan Basin, China[J].Journal of Soil and Water Conservation,2004,59(6):277-284.

[36] 劉坤,陳治諫,廖曉勇.三峽庫(kù)區(qū)紫色土坡地不同耕作措施的水土保持效應(yīng)研究[J].水土保持研究,2008,15(1):17-19.

[37] 諶蕓,何丙輝,向明輝,等.紫色土坡耕地植物籬的水土保持效應(yīng)研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2013,27(2):47-52.

[38] 董萍,嚴(yán)力蛟.利用植物籬防治水土流失的技術(shù)及其效益研究綜述[J].土壤通報(bào),2011,42(2):491-496.

[39] BABALOLA O,OSHUNSANYA S O,ARE K.Effects of vetiver grass (Vetiverianigritana) strips, vetiver grass mulch and an organomineral fertilizer on soil, water and nutrient losses and maize (ZeamaysL.) yields [J].Soil and Tillage Research,2007,96(1-2): 6-18.

[40] 林超文,涂仕華,黃晶晶,等.植物籬對(duì)紫色土區(qū)坡耕地水土流失及土壤肥力的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2007,27(6):2191-2198.

[41] 陳一兵,林超文,朱鐘麟,等.經(jīng)濟(jì)植物籬種植模式及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2002,16(2):80-83.

[42] 蔡強(qiáng)國(guó),吳淑安.紫色土陡坡地不同土地利用對(duì)水土流失過(guò)程的影響[J].水土保持通報(bào),1998,18(2):1-8.

[43] 李雙喜.紫色巖區(qū)水土保持綜合治理試驗(yàn)研究[J].人民長(zhǎng)江,1996,27(7):34-35.

[44] 夏岑嶺,史志剛,歐巖鋒,等.坡耕地水土保持主要耕作措施研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2000,23(增刊1):769-772.

[45] 張長(zhǎng)印,陳法楊.坡面水系工程技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國(guó)水土保持,2004(10):15-17.