金沙江干热河谷（元谋）强 侵蚀成因——土壤裂隙侵蚀何 毓 蓉 沈 南 （中国科学院成都山地所，四川农业大学）2007 .08.15.元谋干热河谷区强侵蚀景观n强侵蚀作用下形成的 特殊地貌环境元谋干热河谷区强侵蚀环境特征n强侵蚀形成的洼地及 其中的残留土柱n强侵蚀形成的险峭的 陡壁强侵蚀形成的土地荒漠化由元谋组黄棕色粘 土（QY）出露强侵 蚀作用下，形成的 土地退化特征由第四系古红土层 （QS）出露，强侵 蚀作用下，形成的 土地荒裸化特征干热河谷区侵蚀作用成因——现有观点强调气候环境问题年降雨非常集中雨季多大雨和暴雨强调岩土性质有的岩土含沙成分量高 ，易风化，易流失强调植被条件差干热条件下植被生长不 良，覆盖度低，土壤易 受冲刷强调人为影响长期人为破坏森林植被 ，开荒等，使水土流失 加剧元谋干热河谷强侵蚀成因——应有新观点n以传统土壤侵蚀影响因素的作用，解释当地强烈侵 蚀的现象，还有诸多问题n以现有土壤侵蚀和水土流失理论分析当地强烈土壤 侵蚀过程，仍多有缺欠n由于对当地强烈土壤侵蚀成因机制不明，故已采取 的很多防治措施，多难有明显效果因此， 应深入研究，以新的观点来分析该区 强侵蚀现象的发生特征、形成过程和机制土壤强侵蚀特征与发达的土壤裂隙n红土层的侵蚀特征 红土层分布区土壤侵蚀强烈，据137Cs测 定在其荒坡地的年侵蚀模数达8000t/km2，侵蚀形成的土柱和 土林很多，土柱高达10余m，沟壑密度达607km/km2。
在南方 水蚀地区其强侵蚀特征既突出又很特殊n在每年长达半年的旱季，土壤裂隙非常发育可形成数量不 等、大小和形态各异的丰富的裂隙裂隙宽度多在0.5cm～ 2.0cm，深度多在30cm～80cm，裂隙密度5%～10%（面积比） QY土层的裂隙更为发育，裂隙宽度常可＞5cm，深度可＞ 120cm，土表常常形成龟裂，裂隙密度多＞30%（面积比）n土壤裂隙与土壤侵蚀应当有密切关系，在强侵蚀过程中扮演 了特殊的角色土壤裂隙特征古红土层的地表裂隙和 纵贯裂隙旱季黄棕色土层的贯穿 裂隙和地表裂隙元谋干热河谷区土壤裂隙的形成环境因素影响n气候原因——干湿季、降雨集中，多大雨暴雨n岩土原因——软岩层、不同岩性组合n地貌原因——构造盆地、海拔、多级阶地多次隆升n生态原因——稀树草灌、掠夺资源破坏生态土壤因素影响表1 元谋干热河谷代表性岩土层的理化性1、土壤理化特性与土壤裂隙形成的关系类型 /NO采样深度 /cm颗粒组成（粒径：mm，含量：%）CEC /cmol/k gpHO.M /g/kg2-0.250.25- 0.050.05- 0.002＜0． 002 QS /Y010-203.0147.5111.6637.8214.844.784.2QS /Y050-247.6534.7522.2335.3718.055.375.024-556.6730.8321.1841.3216.664.842.6Q2-3 /Y040-307.0816.1339.9536,8429.097.786.630-554.3535.4329.5630.6617.938.045.1QY /Y060-251.9211.0757.8529.1627.028.62.566-1004.514.1658.4732.8624.887.92.2QY /Y070-176.7318.4213.0861.7730.408.84.635-653.062.6314.2880.0335.898.93.82、土壤矿物特性与土壤裂隙形成的关系图1 古红土层（QS）粘粒的X-射线 衍射谱a:Mg2+饱和处理，b: Mg2+饱和加甘油处理，c:K+饱 和处理，d: K+饱和加热300℃处 理，e: K+饱和加热550℃处理图图2 2 黄棕色土层（黄棕色土层（QYQY）粘粒的）粘粒的X-X-射线射线 衍射谱（衍射谱（Mg2+Mg2+饱和加甘油处理，饱和加甘油处理，Y04Y04 为表层样品）注：图为表层样品）注：图1 1、、2 2除注明外，除注明外， 都选用表下层土样测定结果都选用表下层土样测定结果3、土壤微形态与土壤裂隙形成的关系古红土层（QS）土壤骨骼颗粒多为0.25－0.05mm的石英颗粒，有较多球形暗红色铁 质颗粒。
细基质呈棕红色，属铁质-粘土基质土壤微结构，多由属典型斑晶胶凝状 微垒结（Porphyropectic fabric）,非常致密紧实古红土层（QS）黄棕色土层（QY）n土壤骨骼颗粒较少且细，有较 多的钙质颗粒和结核基质呈 黄棕色，多有方解石晶体物， 属钙质-粘土基质有多量的细 孔洞和线状孔隙，并以细龟裂 孔隙为主土壤微结构属胶凝 紧实状微垒结（Pectized- compacted takyric fabric） n左下图为该土的蒙脱石（TEM 照片）土壤裂隙发达的内在机制分析——n该区红土层的特性表明，古红土层（QS）岩土性表现坚硬 ，抗冲刷性强，主要与细沙颗粒和粘粒组成配比适中及铁 质-粘土基质胶结的紧密微结构等特性有关但同时，其 土体中粘粒含量较高，且又含较多的膨胀性粘土矿物所 以在该区长时间干燥环境条件下，土体却可形成较发育的 干缩裂隙黄棕色土层（QY）岩土中粘粒和细粉沙粒含量 很高，钙质-粘土基质的胶结性低，土体易分散，抗蚀性 很弱同时高含量的粘粒，加之又以膨胀性粘土矿物为主 ，具有强烈的膨胀收缩性，因此在干燥气候条件下，土体 中极易形成丰富的裂隙，并形成块状、棱块状结构体及其 间的各类孔隙。
土壤裂隙与强侵蚀的过程n一般土壤侵蚀（水蚀）过程是以“雨滴溅蚀——片 蚀——纹沟——细沟——冲沟——切沟”的方式逐 步进行的但在元谋干热河谷红土层分布区，此 过程并不明显其侵蚀成因与土壤裂隙密切相关 ，所发生的土壤侵蚀过程较为特殊古红土层（QS）的土 壤裂隙侵蚀在古红土层下部多为黄棕色土 层抗蚀性弱的土壤很容易被软化 和分散在古红土层下出现悬空， 靠近边缘的古红土层即沿裂隙方向 断裂，旋即崩塌经雨水冲刷，红 土层土壤很快被侵蚀搬运而流失 并残存壮观的陡壁在抗蚀性强的古红土层在抗蚀性强的古红土层 （（S S）出露地段，干季裂隙）出露地段，干季裂隙 形成，雨季到来后，雨水除形成，雨季到来后，雨水除 了地表径流流失外，主要便了地表径流流失外，主要便 是通过裂隙进入土体是通过裂隙进入土体黄棕色土层（QY）的土壤裂隙侵蚀在黄棕色土层（QY）出露地段，旱季形成的 裂隙既宽且深，地表还形成纵横交错的龟裂裂 隙，土体内也形成大量土块间孔隙雨季开始 时，降雨可直接进入土体内，沿丰富的各类孔 隙，浸润土体，土体吸水后迅速膨胀，在巨大 的膨压下，原土体开裂形成的土块，棱块状结 构体迅速沿边缘崩塌，随之被雨水分散和冲刷 流失。
此类土层分布地，常常见到鱼脊状、拱 包状等特殊地形 土柱土林景观与土壤裂隙侵蚀n土柱的挺拔陡峭，正是红土层 形成的竖直和向纵深发育的裂 隙，并由边坡向内扩展，处在 地形部位边缘的土体失稳后， 层层剥离坍塌，古红土层即沿 裂隙方向断裂，旋即崩塌经 雨水冲刷，红土层土壤很快被 侵蚀搬运而流失由重力泻溜 下来的岩土，很快被风化和被 冲刷原来整片的土地，逐渐 变为若干较小面积的台地，再 由台地演变为土柱，最终形成 形态非常壮观的土柱一片土 地或者形成有数量不等土柱的 一片土林，或者甚至仅残存单 个土柱土柱和土林间的切沟 ，可由裂隙侵蚀直接形成，因 此大大加剧了该地区土壤侵蚀 和水土流失进程 结 语n初步应用“土壤裂隙侵蚀”的形成机制，解释 元谋干热河谷区强烈侵蚀发生的关键成因 但“土壤裂隙侵蚀”的观点的确立，还需要 有更多的观测和实验验证和完善同时关 于在其它类似地区能否适用？如何应用这 一研究结果，防治当地强烈的水土流失？ 等等问题都还值得今后继续开展研究和试 验。