劉 強(qiáng), 穆興民, 高 鵬, 趙廣舉,孫文義, 張 文, 高 源, 楊樹瑤, 邱婷瑤

(1.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 楊凌 712100;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 楊凌 712100; 4.天水師范學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 甘肅 天水741000)

土壤水力侵蝕造成土壤退化[1]、土層變薄[2]、耕地減少[3]、土地生產(chǎn)力下降[4]，對(duì)人類生存和發(fā)展構(gòu)成了威脅[5]，嚴(yán)重制約著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展[6-8]。土壤之所以發(fā)生水力侵蝕是由于短期內(nèi)降水較為集中[9]，造成地面組成物質(zhì)被破壞、剝蝕、搬運(yùn)，引起表層土壤養(yǎng)分流失[10]，土壤質(zhì)量嚴(yán)重退化[11]。因此，對(duì)土壤質(zhì)量的定量研究是現(xiàn)代土壤科學(xué)研究核心[12]，它直接關(guān)系到糧食生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)，影響到人類的生存發(fā)展[13-15]。土壤質(zhì)量高不僅代表著土壤具有高生產(chǎn)力，而且對(duì)改善該區(qū)域周邊環(huán)境具有重要意義[16-18]，相反，則會(huì)引起土壤肥力下降、土壤退化、土層厚度銳減、耕地面積減少等問(wèn)題[19-21]。

土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)就是綜合不同的土壤功能對(duì)土壤屬性進(jìn)行衡量。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)是反映土壤功能程度并且能夠測(cè)量的土壤各種屬性指標(biāo)。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)因指標(biāo)的選取和研究目的而不同。到目前為止，明確界定土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)所包含的范圍非常廣泛，已有的大多數(shù)研究都集中在以土壤質(zhì)量的理化指標(biāo)為基礎(chǔ)來(lái)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量[22-24]。選取理化評(píng)價(jià)指標(biāo)是開展土壤質(zhì)量研究的前提和基礎(chǔ)評(píng)價(jià)，具有一定的相關(guān)性，這些理化指標(biāo)易于測(cè)量，差異性明顯，是有效、敏感及可接受的指標(biāo)，是全面評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的基礎(chǔ)性指標(biāo)[25-29]。因此，綜述中我們通過(guò)對(duì)已有的相關(guān)研究進(jìn)行整理，選取土壤容重、土壤顆粒組成、土壤有機(jī)碳、土壤養(yǎng)分、陽(yáng)離子交換量、土壤酸堿度和團(tuán)聚體穩(wěn)定性7個(gè)基礎(chǔ)性理化指標(biāo)，總結(jié)土壤水力侵蝕對(duì)土壤理化指標(biāo)影響的研究成果，旨在為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)研究提供基礎(chǔ)理論依據(jù)和研究思路。

1 土壤質(zhì)量及其評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 土壤質(zhì)量

土壤質(zhì)量是現(xiàn)代土壤學(xué)的研究核心。土壤質(zhì)量這一概念是在20世紀(jì)70年代首次出現(xiàn)在土壤科學(xué)的文獻(xiàn)中，但直到20世紀(jì)末，隨著時(shí)代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)際需求的多樣化以及對(duì)人們土壤質(zhì)量的認(rèn)識(shí)正變得越來(lái)越豐富，它才成為國(guó)際土壤科學(xué)熱門研究領(lǐng)域，但與水、空氣質(zhì)量的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)定義相比，通過(guò)定義或建立符合土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)條件來(lái)評(píng)價(jià)或確定土壤質(zhì)量是不容易的，有不少研究者認(rèn)為土壤質(zhì)量是一個(gè)難以定義和定量的概念。Doran[30]和Islam[31]等認(rèn)為土壤質(zhì)量是土壤維持植物和動(dòng)物力量，維持或改善空氣和水質(zhì)，以及支持人類健康和居住在自然或農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)邊界內(nèi)的能力。劉曉冰等[32]認(rèn)為土壤質(zhì)量是通過(guò)土壤性質(zhì)或間接觀察推斷出的土壤固有特征。Arshad等[33]認(rèn)為土壤質(zhì)量是土壤維持作物生存和生長(zhǎng)的能力。張家春等[34]認(rèn)為土壤質(zhì)量包括土壤肥力，被用于植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，土壤中水分的調(diào)節(jié)和分布以及環(huán)境中有害物質(zhì)降解等方面。Parr等[35]認(rèn)為土壤質(zhì)量包括環(huán)境質(zhì)量、食品安全質(zhì)量和人類與動(dòng)物健康等諸多要素，土壤質(zhì)量就是土壤生產(chǎn)力。曹志洪[36]認(rèn)為土壤質(zhì)量是衡量土壤肥力、土壤環(huán)境質(zhì)量和土壤健康質(zhì)量的一個(gè)綜合指標(biāo)。我國(guó)土壤學(xué)界在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過(guò)借鑒參考國(guó)外土壤質(zhì)量概念，認(rèn)為土壤質(zhì)量是指土壤能夠提供生物體所必需物質(zhì)，保持土壤系統(tǒng)生態(tài)平衡以及對(duì)生物體健康的綜合度量。

1.2 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)是反映土壤功能程度并且能夠測(cè)量的土壤各種屬性指標(biāo)。由于評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)不同的側(cè)重點(diǎn)以及土地資源利用方式的多樣性，決定了評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法的差異。選擇那些土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)直接影響到土壤評(píng)價(jià)的可靠性、合理性和科學(xué)性。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)目標(biāo)的差異性、土壤系統(tǒng)的復(fù)雜性造成土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取和評(píng)價(jià)方法目前在國(guó)內(nèi)外上尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。在評(píng)估土壤質(zhì)量差異時(shí)，利用某一個(gè)特定指標(biāo)或一組指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量相當(dāng)困難，應(yīng)將每種土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)定為指標(biāo)體系，所以土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)體系應(yīng)是土壤屬性的集合。Smith[37]、Andrews[38]和PazFerreiro[39]等提出將土壤水分、土壤容重、土壤質(zhì)地、土壤顆粒組成等物理指標(biāo)，作為土壤侵蝕和污染的評(píng)價(jià)指標(biāo)。Warkentin[40]提出將土壤酶在土壤生物特性指數(shù)中的環(huán)境因子作為土壤質(zhì)量評(píng)估的中心指標(biāo)。Kennedy等[41]提出土壤質(zhì)量診斷指標(biāo)可分為兩類：一個(gè)是直接觀察土壤指標(biāo)的描述性指標(biāo)，另一個(gè)是分析指標(biāo)，包括土壤的物理、化學(xué)和生物指標(biāo)。劉占鋒等[42]認(rèn)為通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、多指?biāo)克里格法和指數(shù)評(píng)分法，從土壤物理、化學(xué)和生物3個(gè)方面構(gòu)建土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。許明祥等[43]采用敏感性分析、主成分分析、判別分析等方法，選擇土壤有機(jī)質(zhì)、抗沖性、陽(yáng)離子交換量等指標(biāo)來(lái)構(gòu)建土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

土壤質(zhì)量組成因子復(fù)雜，且容易受到成土母質(zhì)、生物作用、氣候條件、地形地貌等因素的影響。對(duì)已有研究的土壤理化指標(biāo)進(jìn)行整理，土壤物理指標(biāo)主要包括：土壤容重、團(tuán)聚體、土壤顆粒的機(jī)械組成、土壤含水量、孔隙度、田間持水量、滲透率、土壤透氣性等。土壤化學(xué)指標(biāo)主要包括：有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、pH值、CEC、導(dǎo)電率、微量元素等。通過(guò)對(duì)相關(guān)研究整理發(fā)現(xiàn)，土壤侵蝕對(duì)土壤質(zhì)量的影響大多都集中在以理化指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)，因?yàn)檫x取理化評(píng)價(jià)指標(biāo)是開展土壤質(zhì)量研究的前提和基礎(chǔ)評(píng)價(jià)，具有一定的相關(guān)性，這些理化指標(biāo)易于測(cè)量，差異性明顯，是有效、敏感及可接受的指標(biāo)，能全面評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的基礎(chǔ)性指標(biāo)，因此，綜述中我們選取土壤容重、土壤顆粒組成、土壤有機(jī)碳、土壤養(yǎng)分、陽(yáng)離子交換量、土壤的酸堿度和團(tuán)聚體穩(wěn)定性7個(gè)基礎(chǔ)性理化指標(biāo)，總結(jié)土壤水力侵蝕對(duì)土壤質(zhì)量影響的研究成果，旨在為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)研究提供基礎(chǔ)理論依據(jù)和研究思路。

2 水力侵蝕對(duì)土壤質(zhì)量的理化指標(biāo)影響

2.1 土壤水力侵蝕對(duì)土壤容重的影響

土壤容重是決定土壤質(zhì)量的重要參數(shù)之一。一般條件下，土壤容重相對(duì)較小，結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，孔隙多，能儲(chǔ)水和保肥；反之，土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)，孔隙少，水分滲透性差，儲(chǔ)水和保肥性能較低。土壤發(fā)生水力侵蝕就會(huì)改變土壤孔隙分布的空間格局，減少土壤的總孔隙，造成侵蝕剖面的土壤容重隨深度增加而增加。另外，較高的孔隙度也會(huì)導(dǎo)致土壤容重逐漸降低。鄭世清等[44]采用人工體積降雨系統(tǒng)分析了降雨強(qiáng)度對(duì)土壤容重的影響和土壤侵蝕和降雨入滲之間關(guān)系，結(jié)果表明土壤容重越大，土壤侵蝕量和土壤滲入量則越少，土壤容重不僅與土壤結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)排列密切相關(guān)，而且還與土地利用方式密切相關(guān)。劉小勇等[45]通過(guò)在沖刷槽進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)土壤容重越大，地表越緊實(shí)，土壤的抗蝕性增強(qiáng)；土壤容重越小，地表越疏松，雨水滲入地表土體后，滲入深層雨水減少，使地表雨水流速不斷加大，徑流量增加，沖刷力增強(qiáng)，產(chǎn)沙量增加。李長(zhǎng)寶等[46]通過(guò)對(duì)土壤滲透性的數(shù)學(xué)模擬，理論上分析土壤容重和土壤滲透變化規(guī)律，并通過(guò)徑流小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)土壤滲透率越低，土壤容重越大，土壤抗蝕強(qiáng)度也就越大。

2.2 土壤水力侵蝕對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響

土壤團(tuán)聚體是土壤顆粒團(tuán)聚形成顆粒狀或團(tuán)塊狀的結(jié)構(gòu)體。土壤團(tuán)聚物可以改善土壤的物理性質(zhì)，是肥沃土壤的象征之一。土壤中的團(tuán)聚體多，土壤中的水、肥、氣、熱等多種元素相對(duì)協(xié)調(diào)。土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性影響土壤孔隙分布、孔隙數(shù)量和形狀特征的組合，這也決定了土壤團(tuán)聚體對(duì)外部應(yīng)力的敏感性。土壤團(tuán)聚體與土壤水分的移動(dòng)路徑、土壤顆粒的遷移方式、地表徑流以及水分的滲透性也關(guān)系密切。程曼等[18]在研究地表土壤結(jié)皮形成過(guò)程中，認(rèn)為土壤之所以能夠發(fā)生侵蝕，是由于土壤團(tuán)聚體被分成許多小顆粒而引起的，這些小顆粒是由雨水侵蝕造成土壤表面顆粒運(yùn)動(dòng)而引起的土壤顆粒的分散。徐英德等[47]認(rèn)為當(dāng)土壤團(tuán)聚體被破壞并且土壤含水量增加時(shí)，團(tuán)聚體的穩(wěn)定性降低，土壤被壓實(shí)，土壤顆粒會(huì)從大的土壤團(tuán)聚體破裂出來(lái)，從而對(duì)土壤的抗蝕性產(chǎn)生影響。馬露洋等[48]應(yīng)用粒徑大于0.25 mm團(tuán)聚體含量以及平均質(zhì)量直徑(MWD)2個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)了黃土丘陵區(qū)不同植被恢復(fù)年限撂荒地團(tuán)聚體的分布特征和不同粒徑團(tuán)聚體的水穩(wěn)性，發(fā)現(xiàn)土壤雨水侵蝕主要是由于雨滴和薄層水流的運(yùn)動(dòng)破壞土壤團(tuán)聚體造成的，提出用MWD對(duì)土壤雨水侵蝕和土壤結(jié)皮的敏感性進(jìn)行衡量。Bryan[49]認(rèn)為影響和決定土壤侵蝕最重要的土壤物理性質(zhì)是土壤團(tuán)聚體和團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，他們通過(guò)模擬降雨條件，發(fā)現(xiàn)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性不僅決定了是否發(fā)生土壤侵蝕，還決定了地表徑流和土壤侵蝕敏感性等指示性因子。土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定度高不僅可以有效地防止土壤分散成易被侵蝕和搬運(yùn)的細(xì)小顆粒，而且還決定了土壤結(jié)皮的形成速率。盧嘉等[20]根據(jù)研究區(qū)土壤的性質(zhì)選擇代表性土壤，通過(guò)干篩法將其篩分成<2 mm，2～3 mm和3～5 mm的三級(jí)團(tuán)聚體，在室內(nèi)人工模擬降雨在15°沖蝕槽的試驗(yàn)條件下，研究了土壤團(tuán)聚體粒徑大小對(duì)坡面徑流侵蝕和沉積物特征的影響，發(fā)現(xiàn)在初始含水量和坡度一定條件下，團(tuán)聚體粒徑增大，穩(wěn)定性反而降低。劉夢(mèng)云等[50]根據(jù)不同的土地利用條件選擇典型土地來(lái)設(shè)置土壤剖面，通過(guò)機(jī)械篩分法分別測(cè)定>5 mm，5～2 mm，2～1 mm，1～0.5 mm，0.5～0.25 mm的各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，結(jié)果表明：土壤團(tuán)聚體影響土壤孔隙度、滲透率、透水性和抗蝕性。土壤團(tuán)聚體是土壤肥力的中心調(diào)節(jié)器，土壤一旦發(fā)生退化，首先表現(xiàn)出團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的破壞和消失，團(tuán)聚體含量決定著土壤物理過(guò)程的速率和幅度。田積瑩等[51]通過(guò)選擇總團(tuán)聚總量和1～10 mm團(tuán)聚體量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)，研究了土壤物理性質(zhì)與抗蝕性之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在相同的土壤剖面中，上部土壤優(yōu)于下部土壤，質(zhì)地粘的土壤優(yōu)于質(zhì)地輕的土壤。土壤的物理性質(zhì)隨著土壤的抗蝕性能增強(qiáng)而增強(qiáng)，而土壤的抗蝕性與土壤團(tuán)聚體總量和團(tuán)聚狀況密切相關(guān)。楊玉盛等[52]通過(guò)對(duì)4種不同治理方式下土壤的抗蝕性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)土壤耐腐蝕性可以用土壤分散性、團(tuán)聚狀況、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤團(tuán)聚度、總孔隙度等指標(biāo)來(lái)表征，其中土壤團(tuán)聚度是所有影響因素中的核心因子。

2.3 土壤水力侵蝕對(duì)土壤顆粒組成的影響

土壤顆粒組成是土壤最基本的物理性質(zhì)之一。土壤主要由黏粒、粉粒和砂粒等不能再分割的顆粒組成在一起形成的。土壤黏粒含量越高,其抵抗水力侵蝕的能力越強(qiáng)。土壤顆粒越小,越容易粘結(jié)。土壤發(fā)生水力侵蝕主要是影響土壤中的黏粒、粉粒等粒徑較小的顆粒。降雨作為水力侵蝕重要影響因素，其強(qiáng)度大小直接影響雨滴對(duì)土壤顆粒打擊作用的大小，而雨滴擊濺動(dòng)能會(huì)直接作用于土壤顆粒之間的粘結(jié)力，使土壤顆粒從大顆粒變成小顆?；蛘邚男☆w粒凝結(jié)為大顆粒。隨降雨量的增加，由于黏粒粒徑小，首先被輸送，所以顆粒粒徑越小，越容易輸送。地表經(jīng)過(guò)徑流不斷沖刷，沙粒含量增加，粉粒和黏粒含量減少，質(zhì)地變粗，而粉粒、黏粒的流失造成土質(zhì)松散，更容易受到水力侵蝕的影響。李強(qiáng)[53]認(rèn)為土壤顆粒被濺起是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，它可以劃分為土壤團(tuán)聚體崩解過(guò)程、濺蝕洼地、雨滴擊濺、土粒飛濺躍移、土粒蠕動(dòng)等過(guò)程，土壤發(fā)生侵蝕的主要原因是雨滴撞擊地表，土壤結(jié)構(gòu)被破壞。李占斌等[54]在寬度為33 cm，長(zhǎng)度為100 cm，深度為50 cm的可調(diào)坡土槽內(nèi)進(jìn)行水流沖刷試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)徑流沖刷能力由徑流本身的能量和攜沙能力來(lái)決定，土壤顆粒輸出坡面方向與沿著徑流產(chǎn)生的坡面剪切力方向一致。坡面剪切力破壞土粒之間的粘結(jié)力，最終使土粒從母體上分離開來(lái)。只有當(dāng)水流作用于土壤顆粒的剪切力大于土壤顆粒的粘結(jié)力時(shí)，土壤顆粒才能進(jìn)入起動(dòng)準(zhǔn)備階段。吳發(fā)啟等[55]通過(guò)對(duì)單個(gè)雨滴濺蝕試驗(yàn)和次降雨濺蝕效應(yīng)的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)隨著坡面的徑流深度增加，徑流流速也會(huì)增加對(duì)雨水動(dòng)能的吸收，增大徑流紊動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)坡面徑流對(duì)土壤顆粒的剝蝕能力。陳山等[56]通過(guò)在坡度調(diào)節(jié)范圍為0°～25°試驗(yàn)土槽進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)表面松散物質(zhì)決定了坡面上土壤顆粒的起動(dòng)，當(dāng)降雨和徑流能充分破壞土粒間粘結(jié)作用時(shí)，土壤顆粒就會(huì)從靜止進(jìn)入起動(dòng)階段，而坡面土壤顆粒從起動(dòng)到輸出是由坡面徑流沖刷能力和抗蝕能力的相互作用過(guò)程決定的。

2.4 土壤水力侵蝕對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

土壤有機(jī)碳是土壤物質(zhì)的基礎(chǔ)，是土壤肥力的重要標(biāo)志，對(duì)土壤肥力高低有直接影響。它可以改善土壤結(jié)構(gòu)，保持土壤水分，改變土壤微量元素的吸附特性，對(duì)土壤的滲透性、腐蝕性、親水性和養(yǎng)分循環(huán)等特性有較強(qiáng)的影響。土壤有機(jī)碳在土壤水力侵蝕過(guò)程中，會(huì)隨泥沙和徑流作用在地表遷移或沉積，從而影響有機(jī)碳在地表生態(tài)系統(tǒng)的分布格局。土壤表面的有機(jī)碳會(huì)隨著徑流而移動(dòng)，迅速發(fā)生礦化，在泥沙輸移和再分配過(guò)程中，又加速了土壤有機(jī)碳的礦化，然而，在泥沙沉積區(qū)域中，由于有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合體的作用又會(huì)形成有機(jī)碳的固碳過(guò)程。目前存在著兩種關(guān)于土壤水力侵蝕對(duì)土壤有機(jī)碳觀點(diǎn)：一些學(xué)者認(rèn)為，由于土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的破壞，使有機(jī)碳暴露，被微生物分解利用，造成侵蝕土壤在搬運(yùn)和沉積過(guò)程中，加速了土壤有機(jī)碳礦化；另外一些學(xué)者則認(rèn)為，土壤在侵蝕過(guò)程中被搬運(yùn)，但搬運(yùn)過(guò)程中有機(jī)碳礦化量很少，而在沉積區(qū)土壤的有機(jī)碳固碳會(huì)增加，一少部分有機(jī)碳會(huì)被深埋固定從而降低有機(jī)碳的礦化量，絕大多數(shù)有機(jī)碳通過(guò)與礦物質(zhì)或微團(tuán)聚體復(fù)合，依靠物理保護(hù)來(lái)減少有機(jī)碳分解。

2.5 土壤水力侵蝕對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

土壤中養(yǎng)分的流失主要是由于坡面徑流對(duì)土壤養(yǎng)分的溶解而造成土壤養(yǎng)分的減少，導(dǎo)致了流失區(qū)域土壤質(zhì)量的下降、土壤肥力減少、土地經(jīng)濟(jì)效益的降低，而對(duì)匯集區(qū)域則會(huì)造成氮、磷含量超標(biāo)，土壤或水體污染，危害環(huán)境。土壤水力侵蝕導(dǎo)致植物生長(zhǎng)所需氮、磷和鉀的消耗，但為了作物的生長(zhǎng)，人們只能通過(guò)施肥增加土壤養(yǎng)分，但這些營(yíng)養(yǎng)素被投入到土壤中，會(huì)再一次被淋失、遷移，形成惡性循環(huán)。孔剛等[57]采用側(cè)噴式自動(dòng)模擬降雨系統(tǒng)和移動(dòng)變坡式鋼槽，通過(guò)使雨滴下降的終速達(dá)到自然雨滴的降落終速，降雨特性接近于天然降雨特性，研究發(fā)現(xiàn)土壤侵蝕是通過(guò)徑流和泥沙共同作用實(shí)現(xiàn)的，徑流遷移量和土壤養(yǎng)分遷移量都與土壤水分入滲能力有很大的關(guān)系。周繼[58]利用人工模擬降雨機(jī)，測(cè)定出降雨強(qiáng)度、降雨量、雨滴特征和降雨侵蝕力，計(jì)算降雨前后土壤團(tuán)聚體分散程度用于衡量降雨特征對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分通常附著在固體顆粒上，當(dāng)?shù)乇韽搅鲗?duì)土壤顆粒搬運(yùn)和沖刷時(shí)，土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)伴會(huì)隨著土壤顆粒的遷移而流失。黃滿湘等[59]利用土壤侵蝕小區(qū)下端安裝V型量水堰，使用帶有刻度的塑料桶收集徑流，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同粒徑的土壤團(tuán)聚體中，包含了大量來(lái)自土壤表層和侵蝕泥沙中的氮、磷養(yǎng)分，選擇搬運(yùn)的土壤中有機(jī)碳對(duì)侵蝕泥沙沉積物中氮磷等養(yǎng)分的富集作用貢獻(xiàn)有限。陳奇伯等[60]在黃土坡耕地表層人工堆積30 cm熟化耕作土壤上，采用表層土壤人工堆積小區(qū)的試驗(yàn)方法，研究發(fā)現(xiàn)土壤經(jīng)暴雨強(qiáng)襲擊后，土壤孔隙被堵塞，結(jié)構(gòu)被破壞，土壤水分下滲受阻，在地表以徑流的形式匯集，而土壤表層中氮、磷養(yǎng)分受損，造成作物生長(zhǎng)發(fā)育不良，產(chǎn)量降低，質(zhì)量降低。劉占鋒等[61]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)流失氮、磷養(yǎng)分，會(huì)隨泥沙遷移到水體中溶解，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。

2.6 土壤水力侵蝕對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量的影響

土壤陽(yáng)離子交換量(CEC)反映土壤保蓄、供應(yīng)和緩沖陽(yáng)離子養(yǎng)分的能力，是土壤理化性質(zhì)的綜合體現(xiàn)。CEC受土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)、土壤氣體、土壤水分、腐殖質(zhì)含量和黏土礦物等因素的影響，當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí)，pH值越大，土壤中CEC也越高。雖然土壤母巖類型對(duì)陽(yáng)離子交換量沒有直接影響，但它會(huì)影響土壤的酸堿性等內(nèi)在化學(xué)因素來(lái)影響土壤中CEC的大小。在土壤侵蝕剛開始發(fā)生侵蝕時(shí)，土壤水分滲透，土壤顆粒充滿土壤孔隙，養(yǎng)分積累明顯，CEC升高。當(dāng)侵蝕逐漸增強(qiáng)造成松散物質(zhì)被搬運(yùn)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失，CEC下降。隨著土壤侵蝕繼續(xù)加強(qiáng)，土壤顆粒(尤其是黏粒)的遷移，CEC會(huì)再次下降。王文艷等[62]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)黃土高原典型小流域土壤CEC分布特征進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)隨著降雨量、生物量和植被蓋度增加，CEC逐漸增大。高溫高濕度的氣候條件，有助于巖石和礦物風(fēng)化，造成土壤黏粒含量的增加，CEC升高；CEC以土壤膠體以有機(jī)和礦物膠體為載體，當(dāng)土壤有機(jī)碳含量增加時(shí)，CEC也會(huì)增加；CEC還與黏粒含量有關(guān)，土壤中黏粒含量愈高，質(zhì)地愈重，土壤的負(fù)電荷就越多，CEC值就越大。李松[63]通過(guò)選擇典型丘陵地區(qū)中部土壤條件較一致布置的土埂進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)土壤侵蝕所流失的泥沙，主要是物理和化學(xué)性質(zhì)較差的那部分土粒，而那些具有較高的CEC土壤，它們孔隙多，滲透性強(qiáng)，土粒間粘結(jié)力大，流失量就會(huì)比較少。

2.7 土壤水力侵蝕對(duì)土壤酸堿度(pH值)的影響

土壤酸堿度是重要的土壤特性，對(duì)許多土壤中的化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)過(guò)程有直接影響，控制著植物和微生物所需營(yíng)養(yǎng)素的有效性，決定著土壤中化學(xué)物質(zhì)的行為，與土壤肥力、植物生長(zhǎng)有著密切聯(lián)系。土壤養(yǎng)分的有效性受土壤酸堿度的影響，一般情況下磷在中性土壤中有效性高，但在酸性或堿性土壤中效果較差。微量元素(錳，銅，鋅等)在酸性土壤中非常有效，但在堿性土壤中效果較差。土壤發(fā)生侵蝕的情況下，土壤礦質(zhì)養(yǎng)分損失會(huì)使土壤致酸離子的相對(duì)濃度增加，土壤pH值降低。如果土壤的堿性越強(qiáng)，和酸性溶液發(fā)生中和反應(yīng)也就越容易，從而改變土壤的酸堿值，為堿性溶液中陽(yáng)離子與土壤膠體上的離子交換提供條件。離子交換一旦發(fā)生，土壤性質(zhì)就會(huì)改變，從而加劇了土壤團(tuán)聚體的分散和破壞，導(dǎo)致更嚴(yán)重的土壤侵蝕產(chǎn)生。王桂芳[64]通過(guò)試驗(yàn)水槽進(jìn)行徑流沖刷的模擬試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)在酸性條件下，一些陰離子更容易與土壤溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)，使得土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)分散破壞，溶液在土壤表面流動(dòng)，不斷地侵蝕和剝離土壤。

3 存在問(wèn)題與研究展望

3.1 存在問(wèn)題

由于土壤理化性質(zhì)的復(fù)雜性，在已有的研究當(dāng)中只強(qiáng)調(diào)了對(duì)土壤侵蝕結(jié)果研究，忽視了土壤侵蝕對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的研究，雖取得一定的研究成果，但仍存在以下兩個(gè)主要問(wèn)題：

(1) 土壤理化性質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。盡管侵蝕對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的研究眾多，但關(guān)于造成土壤理化性質(zhì)退化過(guò)程機(jī)理尚不清楚，對(duì)土壤理化性質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外開展侵蝕對(duì)土壤理化性質(zhì)研究主要涉及土壤侵蝕造成的結(jié)果和土壤肥力下降等方面，在評(píng)價(jià)過(guò)程中僅用一種或兩種指標(biāo)參數(shù)來(lái)闡明土壤理化特性的復(fù)雜性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們對(duì)土壤樣品的理化試驗(yàn)分析處理方法比較規(guī)范，但對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法還沒有統(tǒng)一或公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，造成評(píng)價(jià)的步驟不規(guī)范，沒有產(chǎn)生可比擬的結(jié)果。

(2) 沒有充分考慮外部因子對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響。土壤侵蝕會(huì)導(dǎo)致水土流失日益加劇，耕地減少，河流泛濫，土地退化、水體污染、淤積抬高河床、加劇洪澇等災(zāi)害已成為備受關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題，但我們沒有充分考慮到這些外部環(huán)境因子對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響。

3.2 研究展望

科學(xué)評(píng)估土壤水力侵蝕對(duì)土壤理化性質(zhì)影響有助于正確對(duì)待土壤侵蝕問(wèn)題，對(duì)土地資源保護(hù)也具有重要意義。土壤質(zhì)量理化性質(zhì)研究領(lǐng)域眾多，要在土壤科學(xué)、土地利用、作物栽培測(cè)量和管理等方面去研究土壤水力侵蝕對(duì)土壤質(zhì)量理化指標(biāo)的影響。進(jìn)入21世紀(jì)，土壤侵蝕對(duì)土壤質(zhì)量理化性質(zhì)影響的研究引起了土壤學(xué)家興趣，探究的內(nèi)容也在不斷擴(kuò)大。提高土壤質(zhì)量，優(yōu)化土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)不再是一個(gè)國(guó)家的事情，需要人們都去關(guān)注它。不同國(guó)家、不同學(xué)科學(xué)者的加入極大豐富了研究?jī)?nèi)涵，使得對(duì)土壤理化性質(zhì)研究的科學(xué)問(wèn)題不斷深入。

(1) 建立科學(xué)、系統(tǒng)的理化指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。為比較不同地區(qū)和研究者的研究成果，有必要對(duì)土壤質(zhì)量理化指標(biāo)評(píng)價(jià)進(jìn)行規(guī)范，包括研究目標(biāo)的確定、評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇，確定土壤取樣程序和方法，儲(chǔ)存、制備和預(yù)處理土壤樣品，分析樣品并給出結(jié)果，建立科學(xué)、系統(tǒng)的理化指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法，將土壤物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科統(tǒng)一起來(lái)表征土壤質(zhì)量。我們應(yīng)以土壤自身理化性質(zhì)為切入點(diǎn)，建立普適的綜合指標(biāo)作為新的主要研究方向。

(2) 全面準(zhǔn)確發(fā)掘土壤理化指標(biāo)數(shù)據(jù)。通過(guò)應(yīng)用管理學(xué)、社會(huì)學(xué)、3S技術(shù)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、應(yīng)用生態(tài)學(xué)、地統(tǒng)計(jì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、土壤光譜分析模型和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法相結(jié)合，創(chuàng)建區(qū)域土壤理化指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，全面準(zhǔn)確發(fā)掘土壤理化指標(biāo)數(shù)據(jù)。

(3) 土壤生態(tài)文明將會(huì)成為土壤質(zhì)量理化特性研究主題。隨著全球環(huán)境變化的日益加劇，土壤環(huán)境問(wèn)題表現(xiàn)多源、復(fù)雜、大規(guī)模、長(zhǎng)期等環(huán)境污染特征，環(huán)境狀況不容樂(lè)觀，部分地區(qū)土壤污染較重，嚴(yán)重影響到土壤生態(tài)文明的建設(shè)。我們應(yīng)以土壤理化性質(zhì)為切入點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)施肥、耕作等措施，協(xié)調(diào)土壤中物理化學(xué)元素含量，降低土壤侵蝕量，有效緩解土壤侵蝕所引起的泥沙淤積、水體污染等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，這對(duì)區(qū)域水土保持以及為土壤科學(xué)管理、規(guī)劃和決策依據(jù)具有顯著作用。