土壤性质与坡位互作对长缓坡侵蚀速率的解耦机制及其在精准农业管理中的意义

本文通过13?Cs同位素示踪技术，揭示了东北黑土区长缓坡土壤侵蚀的空间异质性机制。研究发现土壤有机碳(SOC)与pH的协同效应可解释60%的侵蚀变异，土壤含水量是关键调节因子，而0.5–0.2?mm团聚体是颗粒分选的敏感指标。研究为坡位差异化土壤管理提供了科学依据。

　　

¹³⁷Cs评估的土壤再分配速率

在参照剖面中，¹³⁷Cs浓度在表层达到峰值，并随深度呈指数下降——这是未受干扰地点的典型特征（He and Walling, 1997; Khodadadi et al., 2019）。参照点0-30厘米深度内的¹³⁷Cs浓度范围在7.29 Bq kg^-1至20.29 Bq kg^-1之间，平均值为14.45 Bq kg^-1 ± 4.21 Bq kg^-1。30厘米以下未检测到¹³⁷Cs或其浓度低于检测限。

pH-水分耦合效应下SOC介导的坡面侵蚀速率机制

在土地利用稳定的条件下，坡面上的¹³⁷Cs库存量表现出很强的时间稳定性。Gaspar等人（2025年）于2003年和2016年对同一山坡进行了重复采样，发现大多数采样点的¹³⁷Cs库存量没有显著变化，表明其空间分布模式在中长期内保持稳定。此外，尽管不同年份的净土壤侵蚀量可能有所波动，但坡面泥沙输移比（Sediment Delivery Ratio, SDR）保持相对恒定。

结论

本研究确定土壤水分是关键调节因子，它动态介导了土壤有机碳（SOC）-酸碱度（pH）的侵蚀抑制效应，这一效应是控制中国东北起伏丘陵坡地土壤侵蚀的主导机制。不同的坡段呈现出独特的侵蚀机制：降雨期间，坡上部主要受雨滴击溅引起的干湿交替循环影响；坡中部则逐渐由土壤内部结构（如团聚体稳定性和孔隙度）与地表径流扰动的累积效应所主导；而坡下部对雨滴击溅和径流扰动的联合作用高度敏感。研究进一步指出，0.2–0.1 mm的团聚体比例增加会显著加剧侵蚀，而0.5–0.2 mm的团聚体 fraction 可作为反映颗粒分选和空间再分配的有效指标。这些发现为制定基于坡位的差异化土壤管理策略提供了关键的科学见解。

启示与建议

我们的研究提出了一种平衡侵蚀控制与土壤健康的可持续土壤管理策略：大豆-玉米轮作系统结合分层耕作（大豆年份深松至40厘米，玉米年份旋耕至15厘米）。深松打破犁底层，增强水分垂直入渗，而大豆秸秆的还田逐步提升土壤有机碳（SOC）并稳定表层pH，从而形成SOC-pH协同的侵蚀抑制机制。旋耕则有助于维持苗床的适宜条件，并通过将作物残茬混入土壤来减少地表径流。这种组合策略旨在协同优化土壤物理结构、化学性质和水分状况，最终实现侵蚀控制和地力提升的双重目标。