聶小軍,徐小濤

（1.河南理工大學測繪與國土信息工程學院,河南焦作454000;2.中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所,成都 610041;3.河南農業(yè)大學 林學院,鄭州 450002）

耕作侵蝕是指在坡地景觀內,由于農耕工具牽引力和土體重力作用而引起的耕作位移使土壤發(fā)生向下坡運動或向上坡運動(依賴于耕作方向),導致凈余土壤向下坡方向傳輸、堆積,重新分配[1-2]。從土壤侵蝕學的角度來看,耕作侵蝕屬于土壤侵蝕的范疇,是一種在外營力的作用(農耕工具牽引力和土體重力作用),土壤及其母質被破壞、剝蝕、搬運和沉積的典型人為加速侵蝕。從景觀生態(tài)學的角度來看,耕作侵蝕是一種人為干擾(鋤耕活動)景觀的結果,影響農田坡地景觀格局、能流、物流等過程。長期以來,在土壤侵蝕研究領域,水蝕引起的水土流失一直是人們關注的重點,這使得耕作引起的土壤侵蝕問題很少被注意。直到20世紀80年代后,隨著137Cs技術在土壤侵蝕領域的成熟利用,傳統(tǒng)的“標準”水蝕預測不能解釋一些坡地土壤再分布格局時,耕作侵蝕問題才被關注。隨之,耕作侵蝕研究在世界各大洲被迅速開展,如今已成為歐美國家在土壤侵蝕研究領域研究的一個熱點。

耕作侵蝕是坡地景觀一種重要的土壤侵蝕過程。國內外的一些研究表明:坡地耕作侵蝕與水蝕速率是同一數(shù)量級的,有時還高于水蝕速率[3-7]。Richter報道了陡坡耕作導致的土壤損失比徑流引起的土壤損失高出6倍[4]。耕作侵蝕造成的土壤流失主要發(fā)生在復合坡的凸坡、線性坡的坡頂位置。利用137Cs示蹤技術研究表明,在凸坡位置的土壤流失量的70%～100%是直接由耕作侵蝕引起的[3,8]。Zhang等[9]發(fā)現(xiàn),在川中丘陵區(qū)的線性坡上耕作侵蝕造成頂坡位置土壤變薄,厚度為11～17 cm,僅為坡底土壤厚度的30%左右。另外,相對于水蝕對景觀地貌切割、土壤物質流失的大尺度影響效應,耕作侵蝕僅表現(xiàn)為對坡地景觀土壤再分布的小尺度影響效應。然而,這種小尺度景觀效應對人類社會的可持續(xù)發(fā)展有著至關重要的意義,它涉及到全球糧食安全、氣候變暖等大尺度事件。本文就國內外耕作侵蝕研究的成果,綜述了耕作侵蝕對坡地景觀地貌、土壤質量、土壤碳庫及作物產量影響的研究現(xiàn)狀,展望了未來耕作侵蝕研究亟待解決的問題。

1 耕作侵蝕對坡地形的影響

耕作侵蝕對坡地景觀地形的演化起著關鍵的作用[10-12]。Govers等[10]運用一維斜坡演化模型對比利時Huldenberg地區(qū)復合坡地長期(140 a)變化的研究表明:單從水蝕角度模擬預測坡地變化并不能很好地達到與坡地現(xiàn)狀的吻合;但如果附加考慮耕作侵蝕因素,預測出來的地貌因子與現(xiàn)實觀察到的地形因子相關性很好。這個結果說明長期耕作侵蝕明顯地影響到了坡地景觀地形的變化。耕作侵蝕對地形變化影響的結果還會使得坡地在上、下坡位置形成土壤零流量邊界,結果導致上坡邊界表現(xiàn)為凈侵蝕而下坡邊界表現(xiàn)為凈堆積。Zhang等[13]在川中丘陵區(qū)執(zhí)行的強烈耕作模擬試驗表明,強烈耕作導致陡坡耕地坡頂土壤母質層以上的≤30 cm的土壤全部損失,5次和15次耕作后,土壤全部損失的耕地面積分別達到坡耕地總面積的4.77%與10%。Papendick和 Miller[11]報道了耕作侵蝕使得美國華盛頓一坡地下坡的土壤堆積層高達3～4 m。在上、下坡邊界設置有植物籬的斜坡上,長期的耕作侵蝕會使上坡逐年侵蝕,海拔降低,而下坡逐年堆積,海拔升高,結果導致原來的斜坡地形演化為水平臺地[14]。Dercon等[15]沿襲Govers等提出的一維斜坡演化模型,模擬了植物籬帶間梯坡在耕作侵蝕作用下的地形演化,結果表明:20 a的耕作侵蝕就會導致梯坡地形發(fā)生明顯的變化,梯坡向水平梯田的演化能在50 a左右的時間內完成,梯坡地貌的演化隨其自身坡度的增大而加速。

耕作侵蝕對地形演化的影響會使坡地景觀破碎化,具體表現(xiàn)為斑塊數(shù)目增加,連通度降低,異質性增大。從復合坡角度來看,長期耕作侵蝕導致凸坡位置土壤嚴重損失,凹坡位置厚的堆積層。凸坡位置,土壤損失使得下伏母質、基巖裸露,變?yōu)闆]有生產力的荒地,于是原來各處均有生產力的復合坡演化成荒地相間的坡地。從線性坡來說,長期耕作侵蝕首先導致坡頂土壤完全損失,接著耕作侵蝕沿向下坡方向延伸,結果原來的線性坡變成上凹下凸的復合坡,可耕種坡地面積減少。在中國的川中丘陵區(qū),線性坡地的這種演化非常普遍。耕作侵蝕引起的坡地演化會增大水蝕的風險性。因為耕作侵蝕區(qū)母質、基巖的裸露會使降雨難以入滲,因而極易形成地表徑流,加劇下坡土壤水蝕。也有研究認為耕作侵蝕使梯坡演化到水平梯田能大大地降低水蝕的風險[14],這種坡地演化降低水蝕風險的前提是梯坡土壤厚度大且坡地上下邊界必須有好的水土保持措施。對于我國西南四川盆地丘陵區(qū)與云、貴喀斯特山區(qū)大量的梯坡,由于土壤厚度淺,水土保持措施差,強烈耕作導致的坡地貌演化造成的水蝕風險是極其嚴重的。

2 耕作侵蝕對土壤質量的影響

2.1 耕作侵蝕對土壤理化特性的影響

耕作侵蝕對坡地景觀物流的影響主要是通過侵蝕引起的土壤再分布格局來改變土壤質量的空間變異性。耕作侵蝕引起的土壤再分布格局是:復合坡上,土壤從坡凸部流失,而在凹部沉積;線性坡上,土壤從坡地中上部流失,在下部堆積。國內外研究表明,耕作侵蝕導致的土壤再分布格局致使坡地侵蝕區(qū)土層變薄,有機物質及土壤養(yǎng)分含量減少,理化性質總體上變差(如:質地變粗、低肥力或高酸性的亞表層土壤暴露);而在堆積區(qū),土層變厚,有機物質及土壤養(yǎng)分含量增加,理化性質總體上好。

2.1.1 國外研究現(xiàn)狀 da Silva等[16]報道了長期的耕作侵蝕改變坡耕地土壤厚度,進而引起土壤保水性、有機質含量降低。Kosmas等[17]通過物理示蹤法研究了希臘雅典附近的坡地耕作侵蝕與土壤屬性的關系,結果表明:耕作侵蝕是造成土壤屬性空間變異的主要原因。凸坡位置,土層薄(＜25 cm),土壤質地以沙粒、礫石為主,有效水儲量低;凹坡位置,土層厚(＜70 cm),土壤質地以黏粒、礫石為主,有效水儲量高。Quine&Zhang[18]調查了英國德沃坡耕地的侵蝕格局、土壤屬性變異,結果表明:耕作侵蝕與碳、氮、磷、無機磷、沙粒、粉粒在坡面上的分布格局一致,而水蝕與這些土壤屬性在坡面上分布不一致。據(jù)此,推斷耕作侵蝕是造成土壤質量空間變異的主要原因。另外,他們對未來40 a耕作侵蝕狀況模擬的結果表明土壤屬性將逐漸呈現(xiàn)高度空間變異性,極有可能造成嚴重的作物減產。Alba等[19]報道:耕作侵蝕引起的土壤再分布改變了坡耕地侵蝕區(qū)、堆積區(qū)最初的土壤剖面結構;凸坡、上坡位置,土壤剖面不完整,而在凹坡、下坡位置,原來完整的剖面被來自于上坡處的土壤填埋,結果出現(xiàn)剖面土層倒置。Papiernik等[20-21]對美國明尼蘇達州侵蝕草原坡耕地的土壤屬性變化進行的研究表明:耕作侵蝕導致肩坡土壤剖面層次不完整,剖面厚度淺,有機碳含量、總氮、有效磷含量低,無機碳含量、pH、土壤強度高;而在沉積區(qū),耕作侵蝕導致土壤A層變厚,有機碳含量升高,無機碳含量、pH 值降低。Heckrath等[22]對丹麥日德蘭半島北部侵蝕坡耕地土壤屬性變異的研究表明:耕作侵蝕導致肩坡部位的土壤剖面厚度下降,腳坡、趾坡部位土壤剖面厚度增加,土壤有機碳、磷含量沿向下坡方向不斷增加;耕作位移速率與剖面有機碳、磷含量以及土壤A層厚度顯著相關。

耕作侵蝕對坡地土壤質量空間變異性的影響會因與其它侵蝕方式的相互耦合變得更為強烈。Schumacher等[23]發(fā)現(xiàn),耕作侵蝕與水蝕耦合作用對土壤理化特性空間變異、總生產力降低的貢獻大于單獨任何一種侵蝕。Heckrath等[22]表明,耕作侵蝕影響丘陵景觀有機碳動力學過程,增大了水蝕引起的養(yǎng)分流失風險,坡面養(yǎng)分異質性增大。

耕作侵蝕對坡地土壤質量的改變還會影響景觀生物物理過程。Poesen等[24]調查了西班牙Guadalentin流域陡坡耕地表土層礫石分布格局,結果表明:耕作侵蝕改變了坡面礫石分布格局,從而改變了坡地景觀水文學過程。典型的情況是,礫石含量高的山頂、窄谷底由于土壤緊實度低,蒸發(fā)弱,滲透性好等原因大大削弱徑流侵蝕,從而降低坡面流損失。另外,在景觀內土壤重新分配過程中,耕作侵蝕使得侵蝕坡位的營養(yǎng)物質如碳、氮等被流失耗盡,而在堆積坡位發(fā)生營養(yǎng)物質的富集,這種組合作用對諸如溫室氣體的產生和釋放等生物物理過程具有重要的影響。

2.1.2 國內研究現(xiàn)狀 黃土高原及四川盆地是我國目前開展耕作侵蝕研究的主要地區(qū)。在黃土高原地區(qū),Li等[25-26]研究了耕作侵蝕對土壤質量的變異,結果表明:耕作侵蝕控制短坡梯田、陡坡耕地有機質、氮、磷養(yǎng)分的空間分布;耕作侵蝕對陡坡耕地有機質、氮、磷的影響能用相鄰坡度的變化來評價,并建立了土壤質量-地形回歸方程(y=ax+b,其中:y為土壤養(yǎng)分因子有機質、氮、磷;x為相鄰坡度的變化;a,b為系數(shù))。Li等[27]又通過連續(xù)進行50次耕作模擬了耕作侵蝕對近50 a來陡坡土壤質量的改變,結果表明:強烈耕作導致的土壤再分布最先引起陡坡耕地的地形演化,景觀破碎化,進而造成土壤物理、養(yǎng)分屬性變化。土壤物理、養(yǎng)分屬性的變化主要表現(xiàn)為,坡耕地上坡土壤容重變大,中坡容重降低;土壤有機質、有效態(tài)養(yǎng)分氮、磷在上、中坡位置含量降低,在下坡位置增加。強烈耕作引起的土壤侵蝕對下坡有機質、速效態(tài)養(yǎng)分含量在短期內的增加效果異常明顯。王占禮和邵明安[28]通過地形測量、137Cs示蹤、土壤性質分析及重復耕作的方法研究了黃土坡地耕作侵蝕對土壤養(yǎng)分的影響,結果表明:全氮、堿解氮及有機質含量隨投影坡長的變化可用拋物線描述,有效磷及速效鉀的變化可用冪函數(shù)描述;全氮、堿解氮、速效鉀含量與耕作侵蝕的關系可用線性方程描述,有效磷含量的關系可用三次多項式描述;耕作侵蝕對全氮、堿解氮、有效磷及速效鉀含量的貢獻率分別為16.47%、2.69%、48.85%及 15.30%;由于耕作侵蝕,15 a內堿解氮、速效鉀、有機質及陽離子代換量的含量將在耕作侵蝕區(qū)呈減少趨勢,在耕作沉積區(qū)呈增加趨勢。賈科利等[29]研究分析黃土高原北部坡耕地土壤侵蝕對土壤性質影響結果表明,山坡中、上部為土壤侵蝕最強烈地帶,坡頂侵蝕較弱;土壤全氮、堿解氮、速效鉀與水蝕和耕作侵蝕間呈線性相關關系,而土壤有機質、速效磷和陽離子代換量則與水蝕和耕作侵蝕無顯著相關性。在四川盆地,葛方龍等[30]利137Cs示蹤技術,結合土壤理化分析,研究了川中丘陵區(qū)紫色土坡耕地土壤侵蝕所引起的土壤再分配對養(yǎng)分空間變異性的影響,結果表明:強烈的耕作導致坡上部發(fā)生最為嚴重的土壤侵蝕,有機質和養(yǎng)分貧瘠。Ni等[31]研究了川中丘陵區(qū)土壤侵蝕對坡耕地土壤化學屬性磷、鉀、CaCO3的影響,結果表明梯坡上土壤化學屬性的空間變異歸因于耕作侵蝕。Zhang等[13]報道:強烈耕作導致陡坡耕地坡頂土壤有機碳、有效磷完全損失,15次耕作導致坡底土壤有機碳、有效磷含量分別增加高達214.09%、221.51%,結果導致坡耕地土壤有機碳、有效磷明顯的空間變異。

綜上,耕作侵蝕增大了土壤質量的空間變異性,影響著土壤景觀水文學、生物學等過程,加劇了水蝕的風險性。土壤質量空間變異性增大會降低土壤生產力,提高農業(yè)投入,降低化肥、農藥的有效利用率,加劇地表水的污染。地處黃河、長江上游的黃土高原、云貴高原、四川盆地耕作侵蝕對土壤質量、地表水質的威脅應該引起足夠的重視。

2.2 耕作侵蝕對土壤碳庫的影響

土壤碳庫動態(tài)變化不僅關乎到土壤質量的好壞,也關乎到全球碳循環(huán)的問題。水蝕對土壤碳庫影響如何是目前土壤侵蝕學科領域研究的熱點,但作為坡地景觀人為外界干擾方式的主要侵蝕過程——耕作侵蝕——對土壤碳庫影響的研究才剛剛起步。Reicosky等[32]在美國俄亥俄州坡地景觀進行的耕作侵蝕試驗表明:耕作侵蝕導致的土壤再分布格局使得表土有機碳在侵蝕區(qū)最低(5.1 gC/kg),堆積區(qū)最高(19.6 gC/kg)。有機碳動力學過程造成土壤CO2損失,最終減小了土壤碳庫。Zhang等[7]對川中丘陵區(qū)長、短坡上的有機碳分布格局進行的研究表明,耕作侵蝕控制著短坡土壤有機碳的動力學過程,從而產生了不同于長坡水蝕導致的有機碳分布格局:耕作侵蝕導致上坡有機碳含量降低,而在下坡造成的有機碳含量增幅比水蝕大得多。由此可見,耕作侵蝕影響土壤碳庫的再分布格局,加大了侵蝕區(qū)以及耕作侵蝕發(fā)生過程中的土壤碳庫損失和堆積區(qū)土壤碳庫累積。耕作侵蝕引起的土壤碳庫變化可能影響著與全球碳循環(huán)有關的氣候事件。

3 耕作侵蝕對作物產量的影響

耕作侵蝕對坡地景觀能流的影響主要表現(xiàn)為作物產量方面。Lobb[33]發(fā)現(xiàn),加拿大農作物產量40%～50%的降低與凸面景觀位置嚴重的耕作侵蝕相關。由耕作侵蝕導致的這種損失在集約型農業(yè)耕作地區(qū)每年達幾千萬美元。T sara等[34]報道,長期耕作侵蝕導致上坡小麥生物量減產26%。Heckrath等[22]發(fā)現(xiàn),大麥產量與耕作侵蝕速率、耕作位移顯著相關。Marques da Silva等[35]建立了耕作侵蝕速率(x)與作物產量(y)間的回歸方程:y=-133.42x2+15.664x+15.64(R2=0.9914;p=0.95),從這個方程可以看出,隨著耕作侵蝕速率的增加,作物產量降低。無論如何,耕作侵蝕對作物產量的影響主要是通過改變土壤厚度、水分持有能力、養(yǎng)分含量等土壤質量的空間分布格局來實現(xiàn)的。da Silva等[16]發(fā)現(xiàn),長期的耕作侵蝕加大了希臘山區(qū)坡地土壤厚度、水分、養(yǎng)分的空間變異性,最終造成凹坡位置的干草產量高出凸坡位置的7倍左右。Kosmas等[17]報道,耕作侵蝕導致的土壤厚度、水分分布格局與小麥生物量一致,土壤厚度與小麥生物量呈對數(shù)相關。Stewart等[36]發(fā)現(xiàn),耕作侵蝕造成的凸坡水分缺失是小麥減產的主要原因,小麥產量正相關于水分持有能力。Papiernik等[20]研究認為,耕作侵蝕造成的土壤厚度變化是決定作物產量變異的關鍵因子。以上研究表明,耕作侵蝕造成了侵蝕區(qū)作物產量的減產,侵蝕區(qū)作物產量明顯低于沉積區(qū),但這并不意味著沉積區(qū)作物增產。Quine和Zhang[18]發(fā)現(xiàn),在養(yǎng)分含量極高的沉積區(qū),往往會因水漬、雜草叢生等原因致使作物產量減產。

耕作侵蝕引起的作物減產已經成為一個全球性的問題,尤其是人地矛盾突出的地區(qū),例如中國的西南地區(qū)。在川中丘陵區(qū),坡耕地地塊短小、陡坡居多,土壤多為石灰紫色正常新成土且富含蒙脫石、伊利石等脹縮性黏土礦物,保水性差,因此推行等高耕作、免耕等減小侵蝕的耕作方式難度、強度很大,截至目前農民仍以傳統(tǒng)的順坡耕作為主。加之,當?shù)厝丝诔砻?、人地矛盾突?強烈的耕作導致的土壤侵蝕嚴重影響著當?shù)氐霓r業(yè)糧食生產。最為常見的作物減產出現(xiàn)在侵蝕嚴重的梯坡地上坡,因為這里土壤厚度受耕作侵蝕影響變薄、水分虧缺嚴重、養(yǎng)分瘠薄。Nie等[37]報道:5次、15次強烈耕作后,坡耕地土壤厚度與小麥籽粒產量呈對數(shù)相關,侵蝕區(qū)小麥籽粒產量僅為堆積區(qū)的50%左右;侵蝕區(qū)土壤厚度損失導致的作物產量減產明顯大于堆積區(qū)土壤厚度增加導致的作物產量增產,結果造成坡耕地作物平均產量降低。Zhang等[9]調查發(fā)現(xiàn),耕作侵蝕造成斜坡頂部作物(小麥、玉米、甘薯)產量僅僅是坡底的50%甚至更少。坡耕地作物減產,增加了農民的生產投入,造成能流受阻,能量輸入輸出不平衡。

4 展望

耕作侵蝕作為對景觀的一種外界干擾影響著坡地景觀格局、能流、物流等過程。盡管目前國內外大量的研究從地貌演化、土壤質量變異、作物產量方面探討了耕作侵蝕對不同景觀過程的影響,使得人們對其有了一定的重視,但由于耕作侵蝕研究起步較晚,研究方法、內容的不足,人們還需要進一步探索其對坡地景觀的影響,以便采取科學有效的對策控制其危害性。

(1)建立耕作侵蝕對地貌演化影響的預測模型。目前,耕作侵蝕對地貌演化影響的預測主要是運用Govers等提出的一維斜坡演化模型,這個模型僅能大體上反映坡地貌的變化。它的局限性在于這個模型套用一個固定的耕作傳輸速率k,并沒有考慮到k是隨坡度、坡曲率變化而變化。因此為了較準確地預測耕作侵蝕對坡地貌演化的影響應該建立一個考慮k隨坡度、坡曲率變化的預測模型。

(2)探索耕作侵蝕對土壤微生物特性的影響?，F(xiàn)有關于侵蝕坡耕地土壤質量的研究很少重視土壤微生物特性的變化,這對于全面了解侵蝕土壤質量退化機制來說是極其不夠的。土壤微生物系統(tǒng)作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,直接參與土壤中有機物質的分解、腐殖質的形成、土壤養(yǎng)分轉化和循環(huán)等各個生化過程。土壤微生物系統(tǒng)的好壞直接影響土壤肥力、土壤質量以及植物的生產量。土壤微生物系統(tǒng)對于外界干擾是極其敏感的,諸如耕作侵蝕的擾動、土壤理化性質的變化都可能明顯影響微生物系統(tǒng)的平衡,破壞微生物系統(tǒng)的結構與功能,最終造成土壤質量下降與作物減產。明確耕作侵蝕對土壤微生物特性的影響還能啟發(fā)我們從生物學的角度對侵蝕土壤進行修復。

(3)進一步研究耕作侵蝕對土壤碳庫的影響。盡管耕作侵蝕影響土壤碳庫的再分布格局,增加了在其發(fā)生過程中的土壤碳庫損失,但是還存在著許多不確定性。耕作侵蝕對土壤碳庫的影響可以分為3部分:侵蝕區(qū)土壤碳庫的變化、堆積區(qū)土壤碳庫的變化、侵蝕過程土壤碳庫的變化。侵蝕區(qū),耕作侵蝕引起的土壤損失無疑造成了土壤碳庫的凈輸出,但侵蝕土壤低的凈初級生產力又會使得有機質礦化率變低,相對于沒有發(fā)生耕作侵蝕前高凈初級生產力、高有機質礦化率的土壤來說,耕作侵蝕又表現(xiàn)為土壤碳庫的凈輸入。堆積區(qū),耕作侵蝕引起的土壤堆積導致土壤碳庫的凈輸入,但堆積土壤可能因為凈初級生產力、有機質礦化率變高,從而使得耕作侵蝕對土壤碳庫的影響表現(xiàn)為凈輸出。侵蝕區(qū)、堆積區(qū)土壤碳庫的凈輸入、凈輸出之間的比較將需要定量的研究數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)的比較才能準確地確定耕作侵蝕對土壤碳庫的影響。然而,目前還沒有這方面的研究。另外,現(xiàn)階段開展土壤侵蝕對土壤碳庫影響的研究都是從有機碳的角度來開展的,還沒有人從土壤微生物生物量碳的角度來探討土壤侵蝕對土壤碳庫的影響。在土壤微生物系統(tǒng)中,土壤微生物生物量碳的變化關乎著土壤碳庫損失和全球碳循環(huán)過程,是全球碳循環(huán)中最為活躍的部分。從土壤微生物生物量碳的角度來探討耕作侵蝕對土壤碳庫的影響或許更有意義。

(4)從多學科角度研究耕作侵蝕對作物產量影響的機理?，F(xiàn)有的有關耕作侵蝕對作物產量影響的研究多數(shù)是土壤侵蝕的角度直接建立耕作侵蝕狀況與作物產量的關系,為數(shù)不多的研究從耕作侵蝕導致的土壤質量變異來探討作物產量的變化。以上這些研究均忽視了耕作侵蝕引起的土壤再分布格局對作物生長過程的影響,例如:耕作侵蝕造成的土壤厚度變薄可能會影響作物根系在不同生長階段的發(fā)育;耕作侵蝕造成的土壤水分虧缺可能會影響作物不同生長階段對土壤有效水的利用;耕作侵蝕造成的土壤養(yǎng)分損失可能會影響作物在生殖階段吸收土壤養(yǎng)分進而轉化為果實的生理活動。因此,我們今后還應該結合農作學的知識來探討耕作侵蝕對作物產量的影響,以便于在作物不同的生長階段采取對策防止作物減產。

(5)研制減小耕作侵蝕的農耕工具。耕作工具是土壤發(fā)生位移,導致土壤再分布的一個重要因素,而耕作侵蝕引起的坡地地貌演化、土壤質量變異及作物減產歸根結底都源自其產生的土壤再分布。已有研究表明,非機械化工具較機械化工具造成的耕作侵蝕更為嚴重[23,38],因此革新現(xiàn)有農耕工具不僅能夠減少土壤侵蝕,而且也能有效防止坡地地貌演化、土壤質量變異及作物減產,這一點對于非機械化農耕區(qū)來說更有現(xiàn)實意義。在中國的川中丘陵區(qū),當?shù)剞r民經過長期耕作實踐,已研制出了有效防止耕作侵蝕的鋤耕工具(圖1),這種工具對于其它非機械化農耕區(qū)的耕作實踐具有一定的借鑒意義。

圖1 川中丘陵區(qū)鋤耕工具的改良

(6)進一步研究耕作侵蝕對水蝕影響的機理。盡管耕作侵蝕、水蝕二者發(fā)生的機理不同(前者是對土壤顆粒的一種整體性搬運,而后者是對土壤顆粒的一種分選性搬運),在坡耕地上發(fā)生的部位不同,但耕作侵蝕對水蝕有一定的影響。研究表明,耕作侵蝕對水蝕具有輸送物質的作用機制,將土壤輸送到地表徑流匯聚的區(qū)域(諸如細溝和集水地帶),從而加速了土壤水蝕[23,39-42]。然而,耕作侵蝕對水蝕影響的機理并非僅此。耕作侵蝕通過改變侵蝕區(qū)土壤物理特性、影響坡面水文學過程或許是對水蝕作用的另外一種機制。Poesen等[24]表明,耕作侵蝕由于改變了坡面礫石分布格局,使得礫石含量高的山頂、窄谷底土壤緊實度變低、蒸發(fā)變弱、滲透性變好,從而削弱了徑流侵蝕。這個結果并不適用于所有的農田坡地景觀,特別是一些坡地土壤厚度薄的地區(qū),例如中國的西南地區(qū)。耕作侵蝕對侵蝕區(qū)土壤物理性質、水文學過程的改變極可能是加速水蝕風險的一個重要原因。因此,我們應該從不同的農田坡地景觀角度來開展這方面的機制研究,不能一概而論。開展耕作侵蝕對水蝕影響機理的研究,能夠更好地解釋坡耕地景觀地貌演化、土壤質量空間變異增大、作物減產等原因。

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