土壤侵蚀

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土壤侵蚀影响农作物的生产率，它还是地球水污染的最大来源，使养分、泥沙、农药和化肥沉积并进入供水系统。土壤侵蚀有两类：自然的和人为引起的。在罗斯福总统的新政下，土壤侵蚀预测和土壤保护吁求成为20世纪的焦点，这让土壤侵蚀的威胁尽人皆知。

在世界历史上，土壤侵蚀是一个常见现象，却往往被人们忽视。因为在粮食生产率下降之前，可能没有人注意到它的影响。它主要在两个地方造成危害：土壤侵蚀之处和泥沙沉积之地。在发生土壤侵蚀的地方，颗粒、有机物和重要的营养物质会被带走，因为它们大都溶解于水。这样，土壤侵蚀就会造成（本地植物生长介质的）物质损失和养分消耗，并使撂荒或保护与复垦的成本增加。严重的土壤侵蚀可从土地表面带走深达50米（或更多）的土壤或泥沙，几十年后，农田成峡谷。土壤侵蚀的异地影响至少同样严重，包括水污染和泥沙沉积，甚至能把土地和房屋埋于地下。事实上，通过将营养物质、化肥、泥沙与农药带入河道，土壤侵蚀造成了地球上最严重的水体污染。淤塞河道的泥沙必须清理，否则河道容量会减小，进而增加水灾风险。泥沙沉积也会将整座城镇埋于地下，并在江河流经之地盖上几米厚的泥沙（往往不太肥沃）。

历史

我们可以把土壤侵蚀的历史分作几个时期。远在人类诞生之前就有地质或“自然”的土壤侵蚀，它通常是一个缓慢的过程。但假以时日，它也会雕刻出1英里深的壮观峡谷。这种土壤侵蚀发生在几个时期，在数百万年的时间里，它通常缓慢而稳定，尽管偶尔也可能快速发展或中断。当人类的技术进步到足以利用火和环剥树皮来破坏地表植被时，就造成或加速了第二波土壤侵蚀。烧火做饭的出现可追溯到100万年前，但利用火来控制植被从而引发土壤侵蚀，则明显是更新世（公元前6万年左右）的采集—狩猎时期才出现的一种现象，地点位于今天的坦桑尼亚。

当人类驯化动植物，大面积清除植被并定居，从而加强了土地利用之时，严重的土壤侵蚀就出现了。它大概于1万年前出现在近东，随后是其他地方。第三个土壤侵蚀期，可能源于道路修建、定居、植被清理以及苗圃修整。有证据表明，最早出现的土壤侵蚀比最早出现的农业晚一大截。在希腊某些地区，土壤侵蚀最早出现于公元前5000年，它比农业出现的时间大约滞后了1000年。这种滞后也发生在中美洲，有证据表明，那里由农业引起的土地利用变化出现于公元前3600年，但第一波土壤侵蚀导致的泥沙沉积则出现在公元前1400年。一般来说，这种早期的土壤侵蚀随着欧亚大陆青铜文明时期和美洲前古典时期（公元1000年以前）的农业拓荒者从河谷和低地向高处发展并砍伐（在美索不达米亚、中美洲、地中海、中国和印度河流域陡坡上的）森林而加速。这个时期之后，古典文明中的土壤侵蚀有增有减，它取决于土壤保护、气候变化和土地利用强度。在美洲古典时期（公元1000年左右），中美洲和安第斯山的一些人口众多且土地利用强度大的地区存在土壤保护行为。尽管如此，有些研究认为，这种对土地的高度需求和不充分保护一定程度上引发了文明的衰退与崩溃。地中海地区的证据并不一致：一些证据显示土壤稳定，一些却表明在人口稠密且集约经营的希腊化时期与罗马时代，存在土壤侵蚀和泥沙沉积。

世界土壤侵蚀的第四阶段，随着16—20世纪殖民定居导致的大面积处女地开垦而出现。美洲、大洋洲、西伯利亚、亚洲和非洲大片从未开垦过的土地，历史上第一次被犁开。此外，习惯了西欧温和气候和缓坡的农民，开始在陡坡且降水极多的地区或在干旱且更易遭受风蚀的条件下劳作。这些农民是拓荒者，是对所处环境知之甚少的外来户，而且他们忽略了原住民的环保实践。这种无知和忽略导致了快速的土壤侵蚀和土地生产力的耗竭。

世界土壤侵蚀的最后一个时段是在二战后，由机械化的扩展、食物和药品改善引起的人口增长推动。曾经偏僻或贫瘠的土地，如大草原和热带森林的土地，由于大量的人口及市场对咖啡和香蕉等热带作物需求的增长而变成了耕地。人口规模的不断扩大和多次的背井离乡，让农民来到极易导致土壤侵蚀的地方，如中南美洲、非洲、南亚与东亚等地的山区。近年来，海地、卢旺达、马达加斯加和尼泊尔在陡坡和山区的农业扩展与木材砍伐，让人为引起的土壤侵蚀成为今天地球上影响地貌变化的最大因素。之所以如此，单从力学上就能解释。

不幸的是，即使是近期的美国，虽然它在土壤保护上力度很大且科技能力出众，但它仍有近三分之一的耕地土壤侵蚀速度大大快于土壤形成速度。美国的土地继续保持着生产力，但付出的代价却是几个短期和长期问题：泥沙沉积（水体污染的最大来源）及其带来的生态影响、化肥及更多化石燃料的使用。

土壤侵蚀过程

如果不了解土壤侵蚀过程，我们就无法理解土壤侵蚀的历史。土壤侵蚀是指土壤颗粒随水流和气流进行的移动。除了自身的形成与发展外，其他影响地貌的因素——包括冰川、化学溶解、块体移动或山体滑坡，当然还有地壳构造和火山活动——也在雕塑着地球表面。多半而言，是人类加快了地表的碎裂和沉积，并且影响了山体滑坡、天坑形成、土壤侵蚀、河流侵蚀、海滩侵蚀等过程。土壤侵蚀可能始于降落时速约32千米的雨滴撞击土壤表面，把矿物和有机物颗粒溅起。这些颗粒会随风轻轻落下，如果植被覆盖密集或雨水未在地表形成径流，那么它们只会缓慢移动。

罗西尼亚贫民窟，像里约和巴西其他城市的很多贫民窟一样，它坐落于陡峭的山坡之上。在雨季，一条沿着山脚的排水沟，会把径流从邻近地区引开。

径流或坡面漫流是土壤侵蚀的第二个重要步骤，它只会在降雨或水流速度快于土壤孔隙对水分吸收（下渗）的速度时才会发生。径流也可能因雪融或冰融而出现，并在人类垦荒或耕作的地表上造成土壤侵蚀。一开始，借助雨滴拍出的颗粒与水流施加的力，径流通过地表并冲走了薄土层。它首先表现为片状侵蚀，平面水流会将颗粒均匀地从地表移走，但更有抵抗力的底层土壤通常会被留下。在山坡的无沟槽地带出现的是细沟间土壤侵蚀，它可能暗中为害（难被发现，却可造成大量土壤颗粒与养分的流失）。

细沟里的水在往下流动时会汇合并形成小水流，接着便开始在三个方位侵蚀细沟：沟头、沟沿和沟底。细沟侵蚀能移走大量土壤（包括整个表土层），但是农民可以将这些细沟填平——填平过程本身会让土壤蓬松，使它容易再次遭到侵蚀。随着水流增大和流速加快，细沟扩大并在同一个斜坡的水流汇集处形成新的细沟。即便这些大细沟可被犁平，它们会在斜坡的同一位置再次出现，这样的侵蚀被称为“浅沟侵蚀”。对付浅沟侵蚀，可以将地面犁平，也可抛荒了之。

另一方面，沟谷侵蚀是指通过长期存在的沟谷而在巨大空间上形成沟头侵蚀、下蚀和侧蚀，而侵蚀造成的沟壑无法由普通拖拉机填平。此外，跌水侵蚀（径流从一个地表落到另一地表并对端墙表面造成下切）或者管状侵蚀（地下水横切地表形成排水沟，在侵蚀地表大面积土壤的同时，也对沟内土壤造成下切）也能形成这样的沟壑。这种沟壑一开始很窄，因沟中水流下切其两侧而扩大。水在这些沟壑中流动，携带底沙向下游翻滚、滑移和跃移。

人类对景观的改变，增加了山体滑坡、河岸侵蚀、海岸侵蚀和风蚀的规模与频率。风对土壤的侵蚀天然存在，而且会加快侵蚀速度，它存在于地球大部分地方，特别是平坦、干燥、多沙且植被少的地区。影响风蚀的主要因素是地表植被、土壤粘结性、风的强度和持续时间。满足所有这些条件的许多地区，如中国的黄土高原，数千年来一直是风蚀率最高的地区之一（它的水蚀率也很高）。风蚀过程始于疾风卷扬起沙土颗粒，然后风一路上悬移着它们，它们也可能沿着地面滚移或跃移—90%以上的沙土被带离地表的高度不到1米。所有类型的土壤（黏土、粉砂、沙甚至砂砾）都可以通过风来运输，这取决于它们的聚合度、形状和密度。风倾向于带着像沙一样的大颗粒土壤进行短距离蠕移和跃移。风能够且确曾带着黏土飞跃过数千千米，但黏土也会粘结成足够大的土块，从而避免风蚀。如果是一般的风，风蚀、悬移、搬运并落到沉降点的往往是粉砂和细沙状的土壤，而从风蚀点到沉积地的距离也可以预知。久而久之，这些沉积区会扩大成辽阔的黄土（风积土、壤土）沉积，如在中国、中欧、密西西比河流域和华盛顿州的帕鲁斯地区，形成的就是土地肥沃却极易遭受侵蚀的地貌。

土壤侵蚀的测量和预测

早在数千年前，人们就认识到了土壤侵蚀造成的本地与异地问题。梯田至少在5000年前就出现了，很多古代社会也普遍都有转移径流的体系。然而直到20世纪初，政策制定者和科学家们才认识到有必要对土壤侵蚀进行预测。1908年，西奥多·罗斯福总统认识到土壤侵蚀是最严峻的环境挑战之一。但美国对土壤侵蚀的有效应对，只有到20世纪30年代土壤保持局（SCS）——之前是1933年的土壤侵蚀局，现在是自然资源保护局——出现后才到来。土壤保持局是美国土壤保护的最重要推手，而富兰克林·D.罗斯福总统的新政与该局第一位（也是最杰出的）局长H. H.贝内特的热情支持，则使土壤保护成为现实。通过资助农村的发展、技艺与科学，“新政”传播了土壤侵蚀和保护的信息。例如，它组织了资源保护示范与民间资源保护队项目，并通过这些项目在美国各地建立了谷坊和梯田。新政还利用科学技术和科学管理，并通过收集美国各地1.1万多份所谓的测绘年（plot year）土壤侵蚀数据（它们的土地利用方式不同，但斜坡长度与距离固定），建立了预测模型。科学家可以利用很多技术——这些技术帮助他们了解自然与加速的土壤侵蚀——来测量土壤侵蚀。测量的重点是对天然斜坡的确证研究（pin study），即对不同土地用途、降雨强度、物理及数学模拟条件下的土壤剥蚀进行记录。

由普渡大学的瓦尔特·维施迈尔（Walter Wischmeier）领导的科学家们，用这些制图数据制成了通用土壤流失方程（USLE，一种可供农民和科学家使用的预测方程），用来评估和比较不同作物类型与保护措施下的土壤侵蚀。这个公式非常适用于美国各地——该方程正是从美国经验中推导出来的，但很多研究将其应用于世界其他许多地区，也取得了不同程度的成功。该方程基于降雨强度、土壤可蚀度、坡长、坡度、作物类型和保护措施（RKLSCP）这六个变量来预测片状侵蚀和细沟侵蚀。科学家们还进一步修订了这个土壤流失方程，制成了修正版土壤流失方程（RUSLE），不过两者都基于同一套因子。这些方程式已成为法定的政策指导工具，并成为众多土地利用保护规划的重要基础，全世界现在都可以通过美国农业部的农业研究局来使用它（2006）。很多科学家还研究了各种以物理为基础或以过程为导向的模型，试图模拟如剥蚀这类土壤侵蚀的自然与物理过程。这类新一代模型，如水蚀预测过程（WEPP）模型，应该能够更准确地预测片状侵蚀、细沟侵蚀及沟谷侵蚀对不同地貌的影响。

大约在20世纪初，南非采金工人群像。数百年来，采矿一直是土壤侵蚀的主要原因。

正确看待土壤侵蚀

土壤侵蚀在世界历史上经历了五大阶段的起伏。尽管20世纪以来，美国和其他发达国家在了解土壤侵蚀并进行土壤保护上取得了进步，但在过去半个世纪，很多发展中国家的土壤侵蚀速度却并未真正下降。事实上，今日的人类因土壤侵蚀而成为地球上主要的地貌营力。土壤侵蚀加剧期的出现，是技术突破和人口扩张的结果，它们——火的使用、驯化牲畜、集中居住和农业集约化、向陡峭山坡的扩展及对热带作物更大需求的出现——令人类改变了地貌。在很多严重土壤侵蚀的案例中，拓荒农民在尚不了解新土地的情况下就破坏了它们。土壤保护在不同历史时期都出现过，即使在人口增长期间，也存在土壤流失减少、土地利用稳定这类现象。问题始终是如何维持和保护土壤，同时让拓荒移民在土壤保护的学习曲线上加快前进。

蒂莫西·比奇（Timothy Beach）

乔治敦大学

另见《气候变化》《森林砍伐》《水》。