探討土壤侵蝕的影響因子及侵蝕機(jī)理

探討土壤侵蝕的影響因子及侵蝕機(jī)理引言土壤侵蝕導(dǎo)致的嚴(yán)重水土流失已成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要障礙及生態(tài)環(huán)境建設(shè)面臨的主要問題。土壤侵蝕使土地資源退化，嚴(yán)重?fù)p害農(nóng)田生產(chǎn)率，目前我國(guó)已成為世界上遭受水土流失損失最嚴(yán)重的國(guó)家之一，治理水土流失也迫在眉睫。國(guó)家已將水土保持作為長(zhǎng)期堅(jiān)持的一項(xiàng)基本國(guó)策和生態(tài)建設(shè)的基礎(chǔ)工程[1]。土壤侵蝕機(jī)理研究是氣象學(xué)與水土保持學(xué)的交叉學(xué)科，是大氣物理學(xué)的邊緣學(xué)科，也是土壤侵蝕力學(xué)的重要組成部分[2]，涉及專業(yè)領(lǐng)域面廣且復(fù)雜，實(shí)踐證明有效整治水土流失問題能夠降低徑流平均含沙量、輸沙率，改變徑流輸沙動(dòng)態(tài)過程等，故有必要進(jìn)一步分析和理解土壤侵蝕控制機(jī)理。1、研究背景及現(xiàn)狀土壤侵蝕是土壤受水力、風(fēng)力、凍融、重力等外力的作用，在各種自然因素和人為因素的影響下，發(fā)生的各種破壞、分離、搬運(yùn)和沉積的現(xiàn)象[3]，是降雨產(chǎn)生的表面流對(duì)土壤表層的剝蝕和輸運(yùn)過程，是一個(gè)水流與土壤顆粒相互作用的動(dòng)力學(xué)過程[1]。期間土顆粒的分解主要由雨滴濺擊和徑流沖刷作用造成，前者受雨滴動(dòng)能和表層土特性影響[2]。自然界中土壤侵蝕主要方式有：濺擊侵蝕、細(xì)溝侵蝕、淺溝侵蝕、深溝侵蝕[3，4，5]。土壤侵蝕會(huì)導(dǎo)致土壤資源嚴(yán)重破壞、生態(tài)環(huán)境惡化、農(nóng)田水利設(shè)施毀壞及農(nóng)田河道污染物擴(kuò)散等后果。據(jù)調(diào)查，我國(guó)在黃河中上游黃土高原、長(zhǎng)江中上游丘陵和東北平原地區(qū)由于土壤侵蝕造成的水土流失問題嚴(yán)重，亟待治理和修復(fù)。2、土壤侵蝕主要影響因素土壤侵蝕主要受降雨條件、土壤特性、地形條件和地表植被、空間尺度等因素影響。這些影響因素歸納為表層土狀況（土地利用情況、植被覆蓋率、土壤保水性等）以及土顆粒特性（土壤前期含水量、壓實(shí)程度等）[3，4]兩方面。2.1降雨降雨被認(rèn)為是最主要的驅(qū)動(dòng)力，降雨物理特征研究是土壤侵蝕規(guī)律不可或缺的部分。其影響主要表現(xiàn)為：：濺擊打散和徑流沖刷作用[5]。關(guān)于降雨特性對(duì)土壤侵蝕的影響性研究始于十八世紀(jì)后期，目前降雨特性相關(guān)性研究逐漸步入量化研究階段[2，5]。降雨一方面通過雨滴擊濺作用使地表產(chǎn)生剝蝕，使地表土壤顆粒分散、遷移，并且為徑流侵蝕提供了源源不斷的補(bǔ)給[6，7，8]，另一方面形成徑流對(duì)地表產(chǎn)生沖刷，同時(shí)堵塞土壤孔隙，抑制了雨水的入滲，雨強(qiáng)增大則土壤侵蝕顯著加劇[3]。目前，常用降雨、雨強(qiáng)和徑流量三個(gè)主要降雨因子來描述土壤侵蝕程度。有學(xué)者將侵蝕歸結(jié)為降雨與下墊面等因子綜合作用的結(jié)果，并將降雨因子定義為“激勵(lì)”變量，下墊面因子視為“狀態(tài)”變量而展開研究。一般說來，雨滴質(zhì)量越大，降雨總量越大，對(duì)土壤侵蝕的影響越大，土壤侵蝕量越大[9]。降雨強(qiáng)度不同，地表微地貌特征的不同會(huì)引起產(chǎn)流產(chǎn)沙路徑不同，從而影響土壤侵蝕過程[5]。近年來，不少學(xué)者針對(duì)降雨形態(tài)探討其對(duì)土壤侵蝕過程的影響[6，9]，尚無較為統(tǒng)一的定論。2.2空間尺度土壤侵蝕通常還受約于其發(fā)生的空間尺度（坡度、坡長(zhǎng)等），主要通過控制水文參數(shù)、侵蝕特征數(shù)據(jù)等影響土壤侵蝕過程，且考慮空間尺度有利于改善試驗(yàn)精度和模擬效果。坡度：山體坡度變化影響坡面的受雨面積及受雨量，從而影響坡面徑流深度及沖刷力[1]。不少研究指出泥沙侵蝕量隨坡度增加而增大[9]。還有一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)坡面侵蝕產(chǎn)沙存在一個(gè)臨界坡度[8]，其與徑流深、泥沙粒徑以及植被等因素存在一定函數(shù)關(guān)系。大量數(shù)據(jù)顯示，坡度變化與土壤侵蝕量還可能存在冪函數(shù)、線性、多項(xiàng)式[8]等關(guān)系。坡長(zhǎng)：坡長(zhǎng)由于影響匯流過程及徑流量，進(jìn)而影響土壤侵蝕過程。有研究指出沿坡長(zhǎng)的侵蝕特點(diǎn)呈規(guī)律交替變化[10]（如線性、冪函數(shù)、指數(shù)等）。迄今，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)這方面尚未達(dá)成統(tǒng)一共識(shí)，表現(xiàn)為坡面侵蝕力是隨著坡長(zhǎng)的增加而增加[2]，及侵蝕量隨著坡長(zhǎng)減少而減小兩對(duì)立結(jié)論[7]，故今后有必要進(jìn)行更全面更系統(tǒng)的試驗(yàn)與論證分析。此外，土壤侵蝕過程還受如生物有機(jī)質(zhì)、植被與土地利用情況、土壤粒徑分布、表層土糙率、巖屑和廢棄物含量等[9]因素的影響。3、土壤侵蝕研究手段國(guó)內(nèi)外研究土壤侵蝕的途徑主要有野外徑流小區(qū)法和室內(nèi)人工模擬降雨法兩種[3]，。前者直觀而準(zhǔn)確，但對(duì)設(shè)備、技術(shù)的要求較高，近年來被不斷改進(jìn)。例如稀土示蹤技術(shù)近年來得到廣泛應(yīng)用于土壤侵蝕的機(jī)理研究，同時(shí)計(jì)算機(jī)模擬愈來愈受青睞，模擬結(jié)果豐富可靠。土壤侵蝕模型主要有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿?shù)值模型兩大類。前者通?；趯?shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用回歸技術(shù)等數(shù)學(xué)方法建模，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不能較客觀的模擬出土壤侵蝕過程（如USLE模型等）。后者基于水力學(xué)角度，能夠在缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行侵蝕模擬，如AGNPS，ANSWERS，EUROSEM，SWAT、WEPP、SHE（MIKE）[10]等。結(jié)合分布式水文模型、遙感技術(shù)及地球信息系統(tǒng)等可以有效地預(yù)估流域侵蝕發(fā)生的重點(diǎn)區(qū)域。4、研究趨勢(shì)展望侵蝕研究將逐漸從以侵蝕因子為基礎(chǔ)的侵蝕預(yù)報(bào)向侵蝕過程的量化研究和理論發(fā)展，以滿足科學(xué)研究和工程實(shí)踐的需求?？紤]以小流域?yàn)閱卧M(jìn)行綜合治理，重視徑流調(diào)控理論是水土保持的精髓，同時(shí)強(qiáng)化土壤侵蝕模型中參數(shù)區(qū)域規(guī)律的研究，建立模型參數(shù)與氣候、土壤、植被、地形特征等區(qū)域參數(shù)間的關(guān)系，增大土壤侵蝕模型的適用范圍。同時(shí)基于物理概念的分布式水文模型在近年發(fā)揮出其突出的模擬效果，該方法用基本物理定律再現(xiàn)客觀事實(shí)，具有很強(qiáng)的在時(shí)間/空間尺度上捕捉土壤侵蝕細(xì)節(jié)的能力。由于目前GIS具有強(qiáng)大的空間分析功能兼顧動(dòng)態(tài)性，故與GIS結(jié)合的土壤侵蝕模型比傳統(tǒng)模型具有更強(qiáng)大的生命力，模擬結(jié)果對(duì)防治水土流失、制定水土保持措施等具有切實(shí)可行的參考價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1]張清春，劉寶元，翟剛.植被與水土流失研究綜述[J].水土保持研究，2002，9（4）.[2]陳逸欣.土壤侵蝕量與降雨因子間的灰關(guān)聯(lián)分析[J].人民珠江，2002，（5）.[3]夏衛(wèi)兵.土壤侵蝕降雨物理學(xué)簡(jiǎn)論.中國(guó)水土保持科學(xué)，2013，11（2）.[4]HANCOCKGR.Modellingstreamsedimentconcentration：Anassessmentofenhancedrainfallandstormfrequency[J].JournalofHydrology，2012，430-431（2）.[5]黨進(jìn)謙，李靖.含水量對(duì)非飽和黃土強(qiáng)度的影響[J].西北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，24（1）.[6]WILCOXBP，BRESHEARSDD，ALLENCD.Ecohydrologyofaresource-conserving.[7]RIBOLZIO，PATINJ，BRESSONLM，