张信宝，白晓永，周 萍

(1.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，四川成都610041;

2.中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵州贵阳550002;3.中国科学院研究生院，北京100029)

侵蚀针或标桩法是一种监测地面某点土壤流失(堆积)常用的方法，该方法简便易行，多用于监测由流水和风力所引起的土壤流失和堆积［1－2］。该方法存在的问题主要是:侵蚀针或标桩可能干扰径流和风的流场，影响所测值的代表性，且易丢失和损坏。由于侵蚀针或标桩妨碍犁耕，其方法很难应用于对犁耕侵蚀的测定。目前，国内外对犁耕侵蚀量的测定多采用137Cs、210Pbex核素示踪法和小石子示踪法，如英国、加拿大、比利时等国［3－8］和我国的黄土高原、川中丘陵区及重庆中梁山石灰岩山地等地区［9－16］对犁耕侵蚀的研究。本研究介绍我们最近研制成功的监测土壤点流失和堆积的一种新方法——标线法和该方法在贵州普定喀斯特坡地开展的测定犁耕引起的土壤再分布的试验结果。

1 标线法技术原理

标线法是用孔钻法或挖坑法在土壤足够深度处埋设一坚固物体，将尼龙线(标线)系于该物体上，垂直拉至地面以上，回填孔、坑，使地面以上的标线保留一定的长度。侵蚀(堆积)发生前后地面以上标线长度的差值，即为该点的土壤侵蚀(堆积)深度(图1)。其计算式为

式中:ΔH为土壤侵蚀(堆积)深度，cm;H为侵蚀(堆积)发生后地面以上尼龙测线的长度，cm;H0为侵蚀(堆积)发生前地面以上尼龙测线的初始长度，cm。

尼龙标线平铺于地面，既细又柔软，对径流和风的流场基本没有影响，也不妨碍犁耕作业，因此适合测定流水和风力所引起的土壤侵蚀(堆积)及由犁耕所引起的地块内土壤的再分布。试验地块选择好后，用皮尺测量划好行(列)，标定埋线位置，再打孔埋线。在试验地块边做好行(列)的标记，记录每行(列)各点距地块边的距离，便于以后寻找各点的尼龙标线。

图1 标线法监测土壤流失(堆积)的基本原理示意

2 犁耕侵蚀测定试验

2009年11月，我们在贵州普定县贵阳地球化学研究所普定试验站所在的陈旗小流域开展了标线法测定犁耕侵蚀的试验研究。试验地块为流域右岸坡麓的一块缓坡旱地，地块顺坡长24.2 m，坡度3°，宽度大于50 m，土壤为黄色石灰土，种植玉米+油菜两熟作物。每年用牛犁耕两次，横坡翻耕，犁耕土垡一次翻向上坡、一次翻向下坡，犁耕深度约12 cm。试验地的玉米已收割，油菜还未种植。犁耕侵蚀试验区选择在地块中部，采用网格法布置了5列9行共45个埋线点，列距1.5 m，行距大部分为3.0 m，坡顶和坡脚处的行距略少。在试验区东约10 m的近上部坡沿处有一卧牛石，该石露出地面的高度为20 cm，据地块主人讲，此卧牛石30年前尚未露出地面。埋设于地下的为直径2 cm、壁厚3 mm、长5 cm的PVC短管，用尼龙标线系于管壁(所使用的尼龙标线为5号钓鱼线，标准直径为0.37 mm)。将PVC短管垂直放置于地面，再将相同直径的钢管置于PVC短管之上，锤击钢管将系好尼龙标线的PVC短管打入土壤，入土深度30 cm左右;提起钢管，回填土孔，用脚踏实填土后，用钢卷尺量测地面以上保留的尼龙标线长度(30 cm左右)。雇请地块主人按传统方法犁耕10次，横坡翻耕，犁耕土垡一次翻向上坡、一次翻向下坡。犁耕的地块宽度8.5 m，略大于试验区宽度6.0 m。犁耕结束后，耙平地面，寻找到埋线点后，用脚踏实埋线点处的土壤，使土壤紧实度尽可能接近犁耕前的土壤，再用钢卷尺量测地面以上的尼龙标线长度。此次试验后，埋设的尼龙标线将长期保存，用于试验地块径流和犁耕叠加侵蚀的长期监测。

3 试验结果与讨论

各埋线点犁耕前后量测的地面以上尼龙标线长度的差值即为该点的犁耕侵蚀(堆积)深度。由图2中5列9行犁耕侵蚀(堆积)深度的平均值的顺坡变化可知，占总坡长约2/3、L=18.9 m以上的地块中上部，犁耕导致土壤流失，坡顶的侵蚀深度最大，第一行平均值为－3.0 cm，顺坡向下侵蚀深度逐渐减少。以每年犁耕2次计，则10次犁耕相当于5年耕种，坡顶的侵蚀速率为0.67 cm/a，和卧牛石30年露出20 cm的实际情况相符;占总坡长约1/3、L=18.9 m以下的地块下部，犁耕引起土壤堆积，堆积深度顺坡向下迅速增加，在坡脚处最大，平均值为5.7 cm。侵蚀和堆积区的坡长约分别占总坡长的2/3和1/3。犁耕也引起了土壤横坡方向的迁移，中间3列B、C、D各埋线点侵蚀、堆积深度的和分别为 －4.2、－5.6和 －7.8 cm ，表明这3列土壤明显流失;边列A和E的和分别为7.0和10.4 cm，表明土壤有堆积。据地块主人介绍，横坡犁耕不可避免地要将地块中部的土壤搬运到地块的两侧，造成整个地块的地面呈簸箕形，中间低两边高。

图2 试验地横坡犁耕10次后各埋线点的土壤侵蚀(堆积)量

犁耕使得地块内土壤重新分布，但不将土壤带出地块，理论上地块内土壤流失、堆积的总量为0。根据5列各行的侵蚀(堆积)深度平均值(表1)，用加权法计算了试验区单宽断面的土壤流失(堆积)体积总量。计算式为

式中:ΔW为单宽断面的土壤流失(堆积)体积总量，m3/m;h为量测的各行土壤侵蚀(堆积)平均深度，cm;L为行距，m。

表1 试验地犁耕后标线长度随坡长的变化

计算求得试验区单宽断面的土壤流失(堆积)体积总量不等于0，为－0.0328 m3/m，说明试验区存在着土壤流失。我们认为，这是土壤假“流失”，造成这一现象的主要原因有三:①如前所述的横坡犁耕将部分土壤带出埋线试验区;②用脚踏实的犁耕后埋线点处土壤的紧实度可能高于犁耕前的土壤。③测量误差，包括读数误差和尺子平衡误差。为了计算顺坡运移土壤的犁耕通量，取试验区单宽断面的土壤流失(堆积)体积总量ΔW=0，对各行的侵蚀(堆积)量测平均值进行了校正。计算式为

式中:hx为校正后的土壤侵蚀(堆积)深度，cm。

根据校正后的各行侵蚀和堆积深度的平均值，采用加权法计算的试验区单宽断面土壤流失量和堆积体积总量分别为0.208、0.210 m3/m，两值差别不大。取两值的平均值 0.209 m3/m，土壤容重γ=1.2 g/cm3，1年犁耕2次，求得试验地块的顺坡犁耕通量为52.6 kg/(m·a)。此值和傅瓦利等用小石子示踪法测得的重庆中梁山黄色石灰土的犁耕通量值42.4～61.5 kg/(m·a)、缓坡地的犁耕通量值 42.4 kg/(m·a)［15－16］相符，也和其他研究者测得的黄土高原黄绵土和川中丘陵区紫色土的犁耕通量值24.1～67.2 kg/(m·a)相吻合［9－14］。

4 结语

(1)用标线法测定土壤侵蚀简便易行、投入低，标线隐蔽性强、不易被发现破坏。测得的试验地块坡顶的犁耕侵蚀速率和实际情况相符，地块的顺坡犁耕通量和其他研究者用小石子或137Cs、210Pbex核素示踪法测得的犁耕通量基本一致，说明了这种方法的测定结果是可靠的。

(2)标线法解决了侵蚀针或标桩法可能干扰径流和风流场的问题，又不妨碍犁耕，可广泛应用于流水侵蚀、风蚀和犁耕侵蚀的长期监测。标线法测得的是土壤点侵蚀(堆积)量值，有别于径流小区测得的是面平均侵蚀情况，非常适用于侵蚀顺坡变化的研究。

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