石漠化是我国西南喀斯特区最严重的生态环境问题^[1]，同时也是威胁该地区生态环境安全、制约区域经济社会发展重大瓶颈问题^[2-3]。西南石漠化区作为我国长江珠江上游重要生态屏障，是国家生态环境建设重点区域^[4]，更是新时期生态文明建设和乡村振兴重点和难点地区。长期岩溶作用下石漠化区地表地下二元三维水文地质结构发育，加上地表出露岩石与土壤镶嵌分布特点，致使其水土流失类型、形式、发生机制及特点等明显不同于非喀斯特区，叠加水力侵蚀、重力侵蚀和化学溶蚀，呈现地表侵蚀和地下漏失的双重土壤侵蚀机制^[5-6]。土壤地下漏失指喀斯特溶蚀形成的孔隙、裂隙和管道等，被上覆土壤通过蠕滑和错落等重力作用充填，造成坡地地面土壤、母质及其他地面组成物质如岩屑、松散堆积物等沿溶沟、溶槽、洼地和岩石缝隙内进入岩溶地下空间^[7-9]。石漠化区土壤侵蚀/漏失不仅加剧石漠化形成与发展，同时漏失的土壤还会堵塞落水洞、裂隙、管道等，造成洼地内涝灾害频发^[10]。石漠化区地表侵蚀/地下漏失具有一定特殊性，主要是其侵蚀环境组成和作用特点具有自身独特性。虽然国内外对石漠化区土壤侵蚀过程、机理及影响因素等方面做了大量工作^[11-15]，在侵蚀土壤特性、动力因素(如降雨强度、坡度、岩石裸露率及岩石倾角等)作用特点等方面得到一定程度揭示，但当前对其侵蚀环境尚缺乏系统认识，而这是喀斯特区土壤侵蚀研究的关键及水土保持的理论基础。贵州作为全国石漠化面积最大、类型最多、程度最深、危害最严重的省份，其石漠化研究及治理在全国都具有代表性^[16]。因此，以贵州喀斯特高原石漠化坡地野外调查(重点针对石漠化县调查出露的岩石特征等)、定位试验(染色示踪、稀土元素示踪、岩面划线标记、自然和模拟降雨等)和室内分析(土壤分析等)的研究结果^{[8, 14-15, 17]}为基础，深入分析石漠化区土壤侵蚀环境组成、侵蚀对象、侵蚀方式、侵蚀动力因子及作用特点，以期深化对石漠化区侵蚀环境的认识，为该地区地表侵蚀/地下漏失的研究提供理论参考。

与非喀斯特区相比，石漠化区地表起伏度大、岩石裸露高、渗漏性强，土层浅薄而分布不连续、土壤总量少、土壤水分蓄持能力低，地下则因碳酸盐岩化学溶蚀形成孔、裂隙、管道、漏斗、落水洞以及地下河等系统^{[7, 10, 14]}，形成喀斯特区特有的侵蚀环境系统。石漠化区地表侵蚀/地下漏失环境指在一定时空尺度范围内，对石漠化区土壤侵蚀和地下漏失发生发展有一定影响的环境条件。从时间范围看，它包括如天、月、季度、年、历史年代等，因为构成地表侵蚀/地下漏失环境要素在不同时间尺度下都处于变化之中。从空间范围看，它包括出露岩石或联通地下水文管网裂隙、管道等单个位置点、坡面、山坡、流域、区域、洲际、全球等范围内与土壤侵蚀/地下漏失关系密切的自然和人为因素。

参照已有研究^[18-19]，石漠化区侵蚀环境组成可分为侵蚀动力、侵蚀对象、侵蚀界面3方面，其中侵蚀动力系统包括水力(降雨、岩面流、地表径流)、风力、重力、人为因素以及岩溶作用和石漠化等；侵蚀对象系统包括地表和地表以下的土壤、腐殖质、岩石及岩石风化物等；侵蚀界面系统包括地表和地下、土-石界面、水-土界面、水-石界面、岩/土-气界面以及岩/土-生界面等(图 1)。

图 1(Fig. 1)

图 1 石漠化区土壤侵蚀环境及类型和形式 Fig. 1 Soil erosion environment, types and forms in the rocky desertification areas

碳酸盐岩首先作为喀斯特区化学侵蚀或化学溶蚀的主要对象，是该地区主要分布的地层岩石类型。岩溶即是水对碳酸盐岩进行以化学溶蚀作用为主，流水冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称^[4]。碳酸盐岩在水力、风力及生物等动力作用下，其风化物或杂质和不溶物也极易被岩面水流或岩-土界面流冲蚀，只有极少部分在平坦或低洼区域沉积。

地表侵蚀/地下漏失的土壤不仅包括土壤本身，同时还包括土壤中石砾、岩石风化物、腐殖质等。西南喀斯特区土壤主要有黄壤(地带性土壤)和石灰土(非地带性土壤)等，其分布极不均匀、土层厚度差异大，多分布于坡脚或低缓区域，或有利于土壤堆积的缓冲地带；除下伏红色黏土层厚度可能＞1 m外，该区域黄壤和石灰土土层厚度均＜1 m，且随着坡度增加或沿山坡往上土层逐渐变薄。在基岩出露的严重石漠化区，地表侵蚀/地下漏失的土壤多分布于石洞、石缝、石沟、石槽中，甚至在漏失后储存于地表以下的岩溶溶洞、管道中(图 2)，也有部分土壤流失进入地下河。喀斯特区土壤形成速率极慢，形成1 cm厚的风化土层可能需要2 500~8 500年，甚至可能需要5万~7万年^[4]，这也是地表侵蚀/地下漏失的结果容易发现的重要原因。

图 2(Fig. 2)

图 2 地下漏失的土壤进入地表以下的管道、溶洞中 Fig. 2 Soil leaked underground enters the pipelines and karst caves below surface

喀斯特区土壤易发生侵蚀/地下漏失的原因主要归结于其与地表出露或下伏基岩之间突变接触，即不存在过渡结构(常缺过渡层C层)，表现为软硬相接的岩-土界面(包括露石岩-土界面和上土下岩岩-土界面)，降雨和地表径流可以迅速沿岩-土界面下渗，在岩-土界面处产生侧向径流并造成土壤被剥蚀后沿岩溶裂隙等向地下漏失。

石漠化区侵蚀动力系统包括水力(降雨、岩面流、地表径流)、重力、人为因素及岩溶作用和石漠化等营力因素。降雨作为土壤侵蚀驱动力^[20]，亦是石漠化区地表侵蚀/地下漏失的主要驱动力。我国西南地区雨热同期、降雨时空分布不均、暴雨发生频率高、强度大，且大暴雨和特大暴雨所占比例高^[21]，为石漠化区土壤侵蚀提供强大动力。降雨强度是决定石漠化区水土地表流失量、地下漏失量及其水沙关系的主要驱动因素(图 3)，而地表侵蚀只有在一定的降雨强度下(30~50 mm/h)才会发生^[22]。与降雨量相比，降雨强度对石漠化区地表侵蚀/地下漏失影响作用更敏感，地表侵蚀/地下漏失只在一年中极端降雨事件下(暴雨)发生^{[17, 23-24]}，其侵蚀/地下漏失强度大，可占年总侵蚀量/漏失量的绝大部分。

图 3(Fig. 3)

图 3 石漠化区地表侵蚀/地下漏失驱动因子及其与石漠化关系[22] Fig. 3 Driving factors of surface erosion/underground leakage in rocky desertification (RD) area and their relationship with rocky desertification

与非喀斯特区相比，降雨对石漠化区地表侵蚀/地下漏失过程的影响，不仅通过雨滴击溅、地表经流等形式发生作用，还包括出露岩石岩面形成的岩面流对岩周土壤的冲蚀作用。地表径流对土壤侵蚀的影响明显不同于非喀斯特区，主要表现在：地表径流在沿坡面移动过程中易受出露岩石阻碍而转移前进方向；同时，由于出露岩石与土壤接触位置的渗透性极高，甚至超过区域最大降雨强度^[25]，地表径流易在岩-土界面处快速下渗。岩面流是石漠化区驱动地表侵蚀/地下漏失发生的特殊径流存在。地表出露基岩承接降雨形成岩面流后经岩-土界面形成地表径流、或在叠加土壤下渗的雨水径流后形成岩-土界面流并输送至表层岩溶带或周围土壤中，其对坡面降雨径流转化、水分地下快速渗漏以及地表侵蚀/地下漏失具有重要影响，这种产流模式我们称之为“岩周产流”，其在基岩出露的石漠化区极为普遍。由于喀斯特区特殊的地表-地下二元结构，地表渗透性强，地表经流很少发生^[26]，因此岩面流对岩周土壤，特别是紧靠岩面的岩-土界面土壤的冲刷侵蚀，是该地区地表侵蚀/地下漏失发生的一个重要物理过程。岩面流容易受岩面形状影响以汇聚或分散方式对岩-土界面土壤进行冲刷侵蚀，进而造成石漠化坡地溶沟、石缝内土壤发生地下漏失后下沉明显。

重力通常与水力一起共同作用于石漠化区土壤地下漏失过程，主要表现在：地表下渗水流在其自身重力作用下不断向下溶蚀碳酸盐岩，形成与岩溶地下河等联通或未联通的岩溶管道系统；而地表土壤或溶蚀残积物或地表以下赋存在岩溶管道系统的土壤或风化物等受到流水的影响，亦在自身重力作用下通过倾泻、蠕移或塌陷等方式向地下岩溶空间搬运或迁移^[27]，导致地表土壤出现土层下移或凹陷、或出露岩石岩-土界面位置不断向下移动转化为裸露岩面的现象。

岩溶作用和石漠化可考虑作为石漠化区地表侵蚀/地下漏失的营力因素。岩溶作用为土壤侵蚀，特别是地下漏失的土壤提供沉积或储存空间，同时也因岩溶作用形成的裂隙、管道等为土壤地下漏失提供了运移通道。碳酸盐岩的溶蚀速率在一定程度上还决定着土壤地下漏失的大小和过程，对于已经与地下岩溶空间系统建立水力联系的区域，岩溶裂隙、管道等的溶蚀扩大直接影响着土壤地下漏失的速率；对于尚未与地下岩溶空间建立水力联系的区域，岩溶裂隙、管道等的溶蚀扩大直接决定漏失土壤可储空间及土壤漏失量。石漠化作为喀斯特区地表侵蚀/地下漏失长期作用的结果，石漠化的“过程”或“结果”都在一定程度上影响和决定着地表侵蚀/地下漏失的发生过程。石漠化和土壤侵蚀/漏失是相互作用的，二者之间没有单一的正相关或负相关^[22]。在石漠化强度达到一定程度前，受基岩出露的影响(其影响包括岩-土界面存在、岩面流形成、基岩的径流阻碍等)，地表侵蚀/地下漏失呈加重趋势，而当石漠化达到一定程度后，由于地表土壤总量减少，即使基岩出露的增加也不会导致严重的地表侵蚀/地下漏失(图 4)。

图 4(Fig. 4)

图 4 露石间土体漏失后在岩-土界面处出现蠕移擦痕 Fig. 4 Creep scratches appear at the rock soil interface after the leakage of soil between exposed stones

喀斯特环境具有典型的脆弱性、复杂性和速变性等特点。脆弱性表现在生态系统变异敏感度高、环境容量低及灾变承受阈值弹性小等方面^[28]。一旦现有植被遭受破坏，成土速率慢、土壤总量稀少以及易侵蚀的地表和地下环境生态平衡将彻底发生突变，石漠化将面临急速扩张的风险，其后的生态恢复将比现有恢复条件困难成倍以上。复杂性表现在结构上叠加了地表和地下的环境组成，呈二元三维水文地质结构，其中地表环境组成包括多种土壤、植被、岩石、地形地貌等类型，同时大面积出露基岩与零星分布土壤交错分布、石生及土生植被分布形成了石漠化区地表环境的复杂性；地下环境组成包括岩溶管道、裂隙、孔隙、溶洞、地下暗河等，以及悬存于这些管网空间的土壤、岩石风化物、水及生物等，而岩溶管网在地下空间具有高度异质性和复杂性。速变性表现在不同时间尺度，它包括如天、月、季度、年、历史年代等，构成或影响土壤侵蚀和地下漏失发生发展的环境条件可能有所不同，因为地表侵蚀/地下漏失的发生在一定程度上改变着侵蚀环境，如地表发生岩溶塌陷、表层岩溶带原本闭合的裂隙、管道等溶蚀连通地下水文管网时，影响土壤侵蚀和地下漏失的环境条件发生了变化，塌陷坑、岩溶裂隙、管道等成为土壤侵蚀或地下漏失的通道。

在石漠化区独特的侵蚀环境下，其土壤侵蚀类型、形式多样，以水力侵蚀(面蚀、沟蚀、潜蚀等)为主，其次为重力侵蚀(土壤蠕移、岩溶崩塌等)以及化学溶蚀，具体表现为地表侵蚀和地下漏失的双重侵蚀方向。地表侵蚀多以水力侵蚀形式发生，而地下漏失常叠加水力侵蚀、重力侵蚀和化学溶蚀的耦合。石漠化区土壤侵蚀类型、形式及特征详见表 1。

表 1(Tab. 1)

表 1 石漠化区土壤侵蚀类型、形式及特征 Tab. 1 Types, forms and characteristics of soil erosion in the rocky desertification areas 侵蚀类型 Erosion type 侵蚀形式 Erosion form 表现特征 Presentation features 侵蚀界面 Erosion interface 侵蚀动向 Moving direction 水力侵蚀 Water erosion 溅蚀 Splash erosion 包括降雨及穿透雨雨滴引起的溅蚀，还包括上述雨滴在出露岩面冲击后溅失雨滴的溅蚀，发生于露石相间的裸土区，在雨滴较大的降雨事件下发生 It includes the splash erosion caused by rainfall and penetrating rain drops, and also includes the splash erosion of the above raindrops after the impact of the exposed rock surface, which occurs in the bare soil area with exposed rocks and occurs under the rainfall event with large raindrops 水-土界面 Water soil interface 地表侵蚀 Surface erosion 片蚀 Sheet erosion 包括土体表面平整部片状水流引起的片蚀，还包括露石平直型岩面汇集雨水后的片状水流对岩面附近土壤的局部片蚀，发生于植被稀疏的石漠化荒地及耕地，特定的降雨强度下发生 It includes the sheet erosion caused by the sheet flow in the flat part of the soil surface, as well as the partial sheet erosion of the soil near the rock surface by the sheet flow after the rainwater is collected on the flat rock surface. It occurs in the rocky desertification wasteland and cultivated land with sparse vegetation, and occurs under the specific rainfall intensity 细沟侵蚀 Rill erosion 包括土体表面下凹部股状水流引起的冲蚀，还包括露石内凹型岩面汇集雨水后的股状水流对岩面附近土壤的冲蚀，发生于植被稀疏的少露石或大露石荒地及耕地，特定的降雨强度下发生 It includes the erosion caused by the strand flow in the concave part of the soil surface, as well as the erosion of the soil near the rock surface by the strand flow after the rainwater is collected on the concave rock surface in the exposed rock, which occurs in the barren land and cultivated land with sparse vegetation and occurs under specific rainfall intensity 沟蚀 Gully erosion 较长坡面大股水流集中冲刷土壤引起的侵蚀，发生于下坡或土层较厚的部位，在潜在石漠化强度区也少有发育 Erosion caused by concentrated scouring of soil via large amount of water on a long slope occurs in the downhill or thick soil layer, and is rarely developed in areas with potential rocky desertification intensity 潜蚀[29]* Suffosion erosion 包括由地表水流沿土体孔/裂隙下渗, 以及出露岩石岩面流在岩-土界面处的冲蚀及下伏基岩岩面渗流与掏蚀等作用，在土体下层形成中空土洞、盲沟和陷穴等形态，在暴雨后发生 It includes the infiltration of surface water along soil pores/fissures, the erosion of exposed rock surface flow at the rock soil interface, and the seepage and erosion of underlying bedrock surface, forming hollow soil holes, blind ditches and cavities in the lower layer of soil, which occur after rainstorm 地下漏失 Underground leakage 重力侵蚀 Gravity erosion 土壤蠕移* Soil creep 露石间土体在自身重力作用下向下漏失后在岩-土界面处出现蠕移擦痕(图 4)，表现为土层整体下移，常在与地下岩溶空间连通的局部发生 Creeping scratches appear at the rock soil interface after the soil mass between exposed rocks leaks downward under its own gravity (Fig. 4), which shows that the soil layer moves downward as a whole, often occurring locally connected with the underground karst space 土-石界面 Soil rock interface 岩溶塌陷* Karst collapse 覆盖于溶蚀洞穴上的岩土体，在降雨、干旱及重力等作用下向下产生的突发性地面沉降，常在溶蚀洞穴上方发生(图 2a) The sudden land subsidence of the rock and soil mass covered on the karst cave under the action of rainfall, drought and gravity often occurs above the karst cave (Fig. 2a) 崩塌 Collapse 主要发生在山体陡壁、公路边坡等部位，具有不稳定岩土体 It mainly occurs in mountain steep walls, highway slopes and other parts, with unstable rock and soil mass 地表侵蚀 Surface erosion 滑坡 Landslide 主要发生在有顺坡向页岩夹层等发育的局部地区 It mainly occurs in local areas with development of shale interlayer along the slope 化学溶蚀 Chemical erosion 岩溶侵蚀 Karst erosion 碳酸盐岩在雨滴、岩面流及岩-土界面渗流等水的作用下发生的溶蚀，在降雨时及雨后都会发生 The dissolution of carbonate rocks under the action of water such as raindrops, rock surface flow and rock soil interface seepage. It occur during and after rain 水-石界面 Water rock interface 地表侵蚀 地下漏失 Surface erosion & underground leakage 淋溶侵蚀 Leaching erosion 降水或岩面流等渗入土壤后，将土壤中易溶物或细小土粒带入土壤下层并通过岩溶管道等继续向下迁移或流失，降雨时均能发生 After rainfall or rock flow infiltrates into soil, the soluble substances or fine soil particles in the soil are brought into the lower layer of the soil and continue to migrate or lose downward through karst pipelines, which can occur during rainfall 地下漏失 Underground leakage 注：*为石漠化区特有的侵蚀形式。Note: Symbol “*” refers to the unique erosion form in the rocky desertification area.

表 1 石漠化区土壤侵蚀类型、形式及特征 Tab. 1 Types, forms and characteristics of soil erosion in the rocky desertification areas

石漠化区侵蚀环境在组成上可分为侵蚀动力、侵蚀对象、侵蚀界面3方面，其中侵蚀动力包括水力(降雨、岩面流、地表径流)、重力、风力、人为因素以及岩溶作用和石漠化等营力因子；侵蚀对象包括地表及地表以下的土壤、岩石及岩石风化物等；侵蚀界面包括地表和地下、土-石界面、水-土界面、水-石界面、岩/土-气界面以及岩/土-生界面等。石漠化区侵蚀/漏失的土壤多分布于石洞、石缝、石沟、石槽中，出露岩石或下伏基岩与土壤之间突变接触的岩-土界面以及黏粒下移形成的上松下紧特殊界面是土壤易侵蚀或漏失的重要原因。独特的侵蚀环境背景下，石漠化区土壤侵蚀呈地表侵蚀和地下漏失的双重侵蚀机制，其中地表侵蚀多以水力侵蚀形式发生，而地下漏失常叠加了水力侵蚀、重力侵蚀和化学溶蚀的耦合作用，表现为复合侵蚀类型。

石漠化区土壤侵蚀的研究还很薄弱，特别是地下侵蚀环境尚缺乏系统研究，未来仍需重点关注侵蚀动力系统和侵蚀界面系统对土壤地表侵蚀和地下漏失的作用机制，明确各种土壤侵蚀类型、形式的发生过程、机理及影响因素，尤其是容易引发灾害的岩溶塌陷等重力侵蚀的形成原因、分布区域、敏感性影响因素等，并建立地表侵蚀/地下漏失阻控理论体系。针对石灰岩和白云岩互层、碳酸盐岩夹碎屑岩、碳酸盐岩与碎屑岩互层及碎屑岩夹碳酸盐岩等石漠化区土壤侵蚀的研究尚不够，急需加强不同岩性差异下的侵蚀环境及侵蚀过程与机理的研究。岩周产流引起的地表侵蚀或地下漏失值得关注，而地下漏失的土壤部分不会通过地下河流长距离运输，而是储存在地表以下，需要加强对这些土壤资源的保护和利用。