黄土高原坡地弃耕对径流和土壤侵蚀的影响：八年监测数据的启示

《International Soil and Water Conservation Research》：Runoff and soil erosion influenced by abandonment of sloping land on the Loess Plateau: Insights from eight years of monitoring

本研究通过八年在黄土高原坡耕地连续观测，分析了自然退耕对径流和土壤流失的影响。结果表明，退耕年限增加导致径流深度和土壤流失率显著下降，25°为临界坡度，降雨综合指数≥0.23和径流深度≥0.46 mm是显著阈值，植被恢复和土壤属性变化起关键调节作用。

　　本研究聚焦于黄土高原地区，通过长期的连续观测，深入探讨了自然撂荒对坡地径流和土壤侵蚀的影响。黄土高原作为全球土壤侵蚀最为严重的区域之一，其生态环境和农业生产长期受到土壤侵蚀的威胁。为了解决这一问题，中国政府自1999年起实施了“退耕还林还草”政策，其中自然撂荒作为一种重要的植被恢复策略，被广泛应用于坡地管理。然而，自然撂荒对径流和土壤侵蚀的动态变化机制尚未完全明确，尤其是在不同坡度条件下的表现差异。因此，本研究选取了六个不同坡度（5°–30°）的径流观测小区，进行了为期八年的连续监测，旨在揭示自然撂荒对土壤侵蚀的长期影响，以及其与植被恢复和土壤性质变化之间的相互作用。

研究结果表明，随着撂荒时间的延长，径流深度和土壤侵蚀率均呈现下降趋势。这种变化模式可能与自然植被恢复过程中的生态演替有关，即随着时间推移，土壤的稳定性逐渐增强，从而降低了侵蚀的可能性。同时，径流系数和土壤侵蚀率与植被密度、枯枝落叶量、地衣和苔藓覆盖度、饱和导水率以及总孔隙度存在显著的负相关关系。这说明，植被的恢复不仅能够减少径流的产生，还能通过增加土壤的孔隙度和稳定性，降低土壤的可侵蚀性。此外，研究还发现，当综合降雨指数（CRI）超过0.23时，降雨与径流之间建立了显著的正相关关系，而在CRI低于这一阈值时，植被和土壤性质则对径流的响应具有更强的控制作用，导致降雨与径流之间的关系变得不规律。同样，土壤侵蚀率与径流深度之间也存在一个阈值，当径流深度超过0.46 mm时，两者之间才表现出显著的正相关性，而在此阈值以下，土壤侵蚀率与径流之间的关系依然不明确。

研究进一步揭示了植被恢复对土壤侵蚀过程的复杂影响。在自然撂荒初期，植被密度较低，其对土壤侵蚀的抑制作用有限，而随着撂荒时间的延长，植被逐渐覆盖坡地，增强了对降雨和径流的拦截能力，从而降低了土壤侵蚀的风险。例如，植物根系的发展可以增强土壤结构，提高其抗侵蚀能力；地衣和苔藓的覆盖则通过增加土壤表面的粗糙度，减缓径流速度，减少侵蚀的发生。这些植被恢复带来的生态变化，对土壤侵蚀率的影响尤为显著，尤其是在较陡的坡地上，其作用更为突出。然而，随着撂荒时间的推移，土壤的物理和化学性质也发生了显著变化，如土壤饱和导水率和总孔隙度的增加，进一步降低了土壤侵蚀的可能性。

此外，研究还发现了自然撂荒过程中土壤侵蚀率与径流深度之间的非线性关系。在撂荒初期，土壤侵蚀率对径流深度的敏感性较高，随着撂荒时间的延长，这种敏感性逐渐减弱。这表明，自然撂荒的长期影响可能更多体现在土壤结构的稳定性和植被覆盖度的提升上，而非单纯依赖于径流的增加。这种变化模式可能与土壤的物理性质变化密切相关，如土壤凝聚力的增强，有助于减少土壤颗粒的分离和搬运。因此，自然撂荒不仅能够通过植被恢复降低土壤侵蚀，还能通过改善土壤结构，提高其抗侵蚀能力。

在讨论部分，研究分析了自然撂荒对径流和土壤侵蚀的多重影响因素。首先，自然撂荒显著降低了径流深度和径流系数，这可能与植被的增加和土壤结构的改善有关。植被的覆盖不仅能够拦截降雨，减少地表径流的产生，还能通过增加土壤的孔隙度和饱和导水率，提高雨水的入渗能力，从而减少地表径流。其次，自然撂荒对土壤侵蚀的抑制作用更为显著，这可能与植被的根系结构、地衣和苔藓的覆盖以及土壤结构的改善共同作用有关。例如，植被的增加可以有效降低土壤侵蚀率，而地衣和苔藓的生长则通过增加土壤表面的稳定性，减少侵蚀的发生。

研究还指出，自然撂荒过程中，植被恢复和土壤性质变化对径流和土壤侵蚀的响应存在显著的阈值效应。当综合降雨指数（CRI）低于0.23时，植被和土壤性质对径流的影响更为显著，而当CRI超过这一阈值时，降雨的直接作用开始显现。这种阈值效应可能与降雨的强度和持续时间有关，即在较低强度的降雨条件下，植被和土壤的缓冲作用更为重要，而在高强度降雨条件下，降雨的侵蚀能力可能超越植被的保护作用。同样，土壤侵蚀率与径流深度之间也存在一个阈值，当径流深度超过0.46 mm时，两者之间才表现出显著的正相关性，而在低于这一阈值时，其关系仍然不明确。这种现象可能与植被的覆盖度和土壤的稳定性有关，即在低径流条件下，植被和土壤的保护作用更为显著，而在高径流条件下，降雨的侵蚀能力成为主导因素。

研究还探讨了自然撂荒对土壤侵蚀的长期影响。通过长期观测，研究人员发现，随着撂荒时间的延长，土壤侵蚀率和径流深度均呈现下降趋势，这可能与植被恢复和土壤结构改善有关。例如，在撂荒的前两年，土壤侵蚀率较高，而随着撂荒时间的延长，土壤侵蚀率逐渐下降，最终接近自然植被覆盖下的水平。这种变化可能与植被的生长周期有关，即植被的恢复需要一定的时间，才能有效减少土壤侵蚀。此外，土壤的物理性质，如饱和导水率和总孔隙度，也在自然撂荒过程中发生了显著变化，这些变化进一步增强了土壤的稳定性，降低了侵蚀的可能性。

研究还强调了自然撂荒在土壤侵蚀控制中的重要性。通过长期的连续观测，研究人员发现，自然撂荒不仅能够有效减少径流和土壤侵蚀，还能通过改善土壤结构，提高其抗侵蚀能力。这种生态恢复过程可能需要一定的时间，但其效果是显著的。因此，本研究的结果为黄土高原地区的土壤侵蚀预测模型提供了科学依据，同时也为可持续的水土保持措施的制定提供了支持。通过自然撂荒，可以实现对土壤侵蚀的有效控制，同时促进生态系统的恢复和稳定。

综上所述，本研究通过长期的连续观测，揭示了自然撂荒对黄土高原地区坡地径流和土壤侵蚀的复杂影响。研究结果表明，自然撂荒能够显著降低径流和土壤侵蚀，尤其是在较长的撂荒时间后，其效果更为明显。此外，植被恢复和土壤性质变化在自然撂荒过程中发挥了关键作用，通过改善土壤结构和增强植被覆盖，有效抑制了土壤侵蚀的发生。然而，自然撂荒对径流和土壤侵蚀的影响并非线性，而是存在显著的阈值效应。这些发现不仅为黄土高原地区的土壤侵蚀控制提供了新的视角，也为其他类似生态恢复区域的管理提供了参考。未来的研究应进一步关注极端降雨事件对自然撂荒区域的影响，以更全面地理解自然恢复过程对土壤侵蚀的长期调控机制。