駕車行駛在秋日川渝鄉(xiāng)野的公路上，當(dāng)終點(diǎn)在地平線的盡頭蔓延，你的視野中不會(huì)錯(cuò)過這樣一幅畫面：路旁起伏的丘陵如同駝峰起落，間或，連綿的“駝隊(duì)”里會(huì)顯出一塊色彩斑斕的平坦腹地，其間點(diǎn)綴著些高高矮矮的家舍。

遠(yuǎn)觀像一幅畫，然而如果你有暇登上其中一些小山包，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些并不那么令人愉悅的景象——一些耕作的丘陵頂部由于土壤流失嚴(yán)重，表層土壤已十分稀薄，甚至出現(xiàn)了巖石裸露。

這種現(xiàn)象背后有哪些原因？如何改善？圍繞這些問題，中科院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所研究員張建輝帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)深入田間地頭，與農(nóng)民交流經(jīng)驗(yàn)，通過實(shí)地考察和一系列實(shí)驗(yàn)研究終于解開了這個(gè)謎題。相關(guān)研究成果發(fā)表在《全球變化生物學(xué)》《歐洲土壤》《美國土壤學(xué)會(huì)志》《地貌學(xué)》等國際主流專業(yè)期刊上。

矛盾背后藏線索

一直以來，南方耕地的侵蝕原因一直被歸咎于水蝕。

然而，多年的實(shí)地考察中，張建輝在四川紫色土區(qū)發(fā)現(xiàn)了一種特殊的現(xiàn)象：進(jìn)行農(nóng)業(yè)耕作的丘陵往往是坡頂侵蝕更加嚴(yán)重，而不是坡腰。

如果用水蝕來解釋這個(gè)現(xiàn)象有些行不通。

“因?yàn)橛晁畞頃r(shí)丘陵頂部尚未形成股流，從坡中部到坡腳股流越往下會(huì)越大，所以水蝕沖刷最嚴(yán)重的地方應(yīng)該從丘陵坡地的中部開始?！睆埥ㄝx在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說，“但環(huán)境同位素（137Cs）分析表明最嚴(yán)重土壤侵蝕卻發(fā)生在坡頂部。”

張建輝等人認(rèn)為耕作侵蝕是這一現(xiàn)象發(fā)生的原因。

耕作不僅會(huì)通過改變土壤物理性質(zhì)而產(chǎn)生侵蝕，還直接造成土壤分散、搬運(yùn)和沉積，導(dǎo)致土壤在景觀內(nèi)的重新分配，使土壤在坡面發(fā)生了凈位移。

然而，人為耕作直接造成土壤侵蝕一直以來被研究領(lǐng)域所忽視?！皩?shí)際上，無論是人力與畜力耕作，還是機(jī)械力耕作，都會(huì)使土壤發(fā)生位移。”張建輝說，而且耕作還會(huì)將土壤輸送至水蝕強(qiáng)烈部位，導(dǎo)致水蝕作用加劇。

據(jù)了解，長江上游農(nóng)耕旱地面積1533萬公頃，其中坡度大于和等于5度的坡耕地有767萬公頃，占旱地總面積的50%，其水土流失涉及面最廣、發(fā)生頻率最大。

在研究基礎(chǔ)上，張建輝團(tuán)隊(duì)指出，我國長江上游丘陵農(nóng)耕區(qū)耕作侵蝕作為一種重要的土壤侵蝕類型，其侵蝕速率在一些地方甚至超過水蝕。

耕作侵蝕累積效應(yīng)

“耕作侵蝕的主要問題在于使坡地土壤自上往下的搬運(yùn)?！睆埥ㄝx說。由于農(nóng)耕與人類文明的發(fā)展相伴而生，長期下來造成的土壤流失累積效應(yīng)非常嚴(yán)重。

在實(shí)地調(diào)查中，他們發(fā)現(xiàn)四川丘陵區(qū)的很多農(nóng)耕地帶坡頂部基本上都只留下10~20厘米的淺薄土層，有的地方已經(jīng)巖石裸露。

“很多地方坡頂部已經(jīng)沒有多少土壤，但是農(nóng)民又要生產(chǎn)，就要依靠挖掘破碎基巖以促使其風(fēng)化來補(bǔ)充土壤?！彼f。

研究發(fā)現(xiàn)，坡梯地田埂在地形系列土壤再分配模式中起著關(guān)鍵的作用——使從水蝕主導(dǎo)的侵蝕過程向耕作侵蝕主導(dǎo)的侵蝕過程轉(zhuǎn)變。

研究揭示了，有田埂的坡梯地水蝕起較小作用，耕作侵蝕主導(dǎo)坡面土壤再分配過程的65%~71%；無田埂的坡梯地，耕作和水蝕對(duì)土壤再分配過程均起著重要作用，坡梯地系列上半部耕作侵蝕占82%~97%，下半部完全受水蝕控制，導(dǎo)致在整個(gè)坡梯地系列發(fā)生土壤凈流失。

同時(shí)，坡梯地有無田埂在很大程度上制約著土壤侵蝕類型。

“坡梯地的田埂阻擋了地表徑流的形成和發(fā)展，產(chǎn)生了一個(gè)土壤下坡零傳輸線，這導(dǎo)致耕作搬運(yùn)的土壤在田埂前方沉積?！?/p>

張建輝說，在無田埂的坡梯地系列，耕作侵蝕對(duì)水蝕起著重要的物質(zhì)傳輸作用，增加了土壤流失。

研究還揭示了，耕作侵蝕的物質(zhì)搬運(yùn)機(jī)理不同于水蝕——水蝕的土壤顆粒搬運(yùn)具有明顯的分選性，細(xì)顆粒被優(yōu)先移走；而耕作侵蝕表現(xiàn)為對(duì)土壤整體搬運(yùn)，土壤顆粒搬運(yùn)不具分選性。

耕種方式亟待改變

針對(duì)我國南方水土流失問題，國家層面也開展了很多防護(hù)工作。如1999年開展實(shí)施的國家大型生態(tài)工程項(xiàng)目“長江流域的退耕還林還草工程”大幅度減少了水土流失。

該項(xiàng)目僅在四川和重慶兩個(gè)地區(qū)的退耕還林面積就已達(dá)2832.4萬畝和1917.5萬畝。

然而，為保住18億畝的耕地面積，丘陵坡地的農(nóng)業(yè)耕種仍不可或缺。

而在我國南方很多丘陵地帶，由于耕地地塊狹小，坡度較大，目前90%以上的農(nóng)民仍停留在人力或畜力耕作階段。

“而且為了省力，大多數(shù)時(shí)候農(nóng)民都采用順坡耕作（自下往上耕），導(dǎo)致土壤向下坡位移?！睆埥ㄝx說。

認(rèn)識(shí)耕作侵蝕機(jī)理對(duì)水土保持措施和生產(chǎn)實(shí)踐均具有重要的指導(dǎo)作用。為了遏制水土流失，研究人員指出，在實(shí)施坡改梯時(shí)，除非水平梯地被建，否則坡梯地反而加劇耕作侵蝕，兩種類型侵蝕同時(shí)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的土壤損失較之兩個(gè)單一類型侵蝕土壤損失的總和更大。

因此在坡改梯工程中，建立垂直于等高線的坡梯地阻隔線是一個(gè)至關(guān)重要的措施。

“等高耕作就是順著坡地等高線耕作，可以減少土壤向下搬運(yùn)的速度。”張建輝解釋說。

他指出，最佳方式是逆坡耕作（自上向下耕）。在調(diào)查過程中，他們發(fā)現(xiàn)四川簡陽市石橋鎮(zhèn)有家農(nóng)戶連續(xù)29年堅(jiān)持逆坡耕作，非常有助于保持土壤，其總侵蝕速率較順坡耕作降低了60.5%。

“但這種方式比較費(fèi)力，要尋求更科學(xué)且易于操作的方法，還需要從降低耕作侵蝕力的耕作機(jī)具研發(fā)方面著手?！彼f。

文章來源：中國科學(xué)報(bào)

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