伴随城镇化的深入发展，生产建设活动破坏植被、扰动土地，加剧土壤流失^[1]。准确掌握生产建设项目水土流失量是落实不同主体水土保持责任和强化水土保持监管的必要依据。生产建设项目不同类型扰动土地水土流失测算方法成为土壤侵蚀领域新兴研究热点，先后出现有关侵蚀量预测方法^[2-6]以及现有模型参数修订^[7-8]的研究报道。在不同扰动土地中，有一类主要由农林开发等活动挖损、占压所形成的扰动地表，如大规模农林种植时清表、整地形成的裸露或半裸露坡地以及管线工程开挖回填形成的未治理疏松地表等。这类土地扰动强度较小，仍能维持原有整体地形特征；但扰动后植被覆盖减少、土壤物理性状改变，因而与扰动前相比，同等侵蚀营力下的侵蚀量通常明显增大。在已颁布的SL773—2018《生产建设项目水土流失量测算导则》中，这类扰动土地被界定为一般扰动地表。

据不完全统计，过去10多年间，生产建设活动形成的一般扰动地表超过500万hm²，超过同期生产建设项目扰动土地总面积的70%^[9]，准确测算其侵蚀量是实现水土流失监管的重要基础。考虑到一般扰动地表多维持原有整体地形特征，因此通常采用针对自然坡面的土壤流失方程估算侵蚀量。同等侵蚀外营力下，一般扰动地表侵蚀量较扰动前增加主要是由植被覆盖减少、水土保持措施损毁和土壤结构趋于松散造成^[10]。扰动前后植被覆盖和水土保持措施变化对侵蚀量的影响可分别用生物措施因子、工程措施因子和耕作措施因子的变化来反映，而土壤结构趋于松散对侵蚀量的影响却无法在原有参数体系中得以反映，因而往往会造成计算结果低于实际值。为此，笔者在土壤流失方程中加入土壤可蚀性因子增大系数，并基于径流小区观测资料分析确定我国主要土壤类型区该系数取值，尝试建立一种基于常规土壤理化指标的该系数简易估算方法，以期提高基于土壤流失方程的一般扰动地表土壤侵蚀量计算准确性，为生产建设项目水土流失防治和监管提供技术支撑。

土壤流失方程^[11]的结构一般为

式中：A为多年平均土壤侵蚀模数，t/(hm²·a)；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm²·h·a)；K为土壤可蚀性因子，t·hm²·h/(hm²·MJ·mm)；L为坡长因子，量纲为1；S为坡度因子，量纲为1；B为生物覆盖因子，量纲为1；E为工程措施因子，量纲为1；T为耕作措施因子，量纲为1。

考虑到一般扰动地表仍维持原有整体地形特征，因此扰动前后L和S因子可视为不变，降雨、生物、工程和耕作措施的变化可分别通过R、B、E和T因子取值反映，仅有扰动后表层土壤趋于松散对侵蚀量的影响无法在模型参数体系中反映。理论上，表层土壤趋于松散意味着土壤结构等物理性质发生变化，从而可能导致K因子取值发生变化。然而，在土壤流失方程中，K因子被定义为标准径流小区上单位降雨侵蚀力所引起的土壤流失量，是一个长期均值。因此，为了既保留K因子传统定义和认知，又反映一般扰动地表土壤结构趋于松散对侵蚀量的影响，本研究引入了土壤可蚀性增大系数，即一般扰动地表由于表层土壤趋于松散，在同等侵蚀营力条件下侵蚀量较扰动前增大的倍数。

引入土壤可蚀性增大系数后，针对一般扰动地表的土壤流失方程为

式中n_k为土壤可蚀性因子增大系数。

理论上，n_k应基于扰动前后实测土壤侵蚀量，去除降雨侵蚀力年际变化对侵蚀量的影响后，进行比算求取。然而，在生产建设项目一般扰动地表现场进行多类型、大样本、长序列的现场观测，耗时耗力，且难以实现。多年来，有关科研单位在各地修建了大量径流小区。按照SL419—2007《水土保持试验规范》^[12]，径流小区修建时应尽量避免干扰原位土壤。然而，实际上许多小区不得不采用开挖、回填、平整等修筑工序，小区内的土壤往往遭受类似农林开发等建设活动中的清表、翻动、整地等扰动，这类扰动深度一般不超过50 cm，且维持原有地形特征，在同等侵蚀营力下，小区建成后前几年的侵蚀量通常远高于其多年平均水平。总体上，此类径流小区修建初期的扰动方式、下垫面变化和土壤侵蚀变化等均与一般扰动地表十分近似，因此可利用相关径流小区多年实测资料求取n_k。因此，本研究希望通过筛选收集全国不同类型区的径流小区观测资料进行替代分析。

首先，在全国范围搜集修建方式、扰动程度、土壤类型、地形植被、维护管理等信息较全，且建成当年即开展观测、拥有连续3年以上实测资料的径流小区，然后从中选取修建时采用开挖、回填、平整等修筑工序，且建成后保持地表裸露的小区。按上述原则，最终筛选出18处径流小区(表 1^[13-16])，用以计算n_k。

表 1(Tab. 1)

表 1 计算土壤可蚀性因子增大系数的径流小区基本信息 Tab. 1 Basic information of runoff plots for calculating the enhancement coefficient of soil erodibility factor 编号 No. 水土保持分区 Soil and water conservationregionalization 土类 Soil type 省份 Province 地点 Location 坡长 Slope length/m 坡度 Slope/(°) 观测时段 Period 资料来源 Data source 1 东北黑土区 Northeast BlackSoil Region 黑土 Black soil 黑龙江 Heilongjiang 九三农场 Jiusan farm 20 5 2003—2007 北京师范大学 Beijing Normal University 2 克山Keshan 20 5 1985—1990 张宪奎等Zhang, et al.[13] 3 宾县Binxian 20 5 1985—1990 4 北方土石山区 North Earthy and Rocky Mountain Region 褐土 Cinnamomic soil 北京 Beijing 密云Miyun 10 15 1993—1999 北京市水土保持工作总站 Beijing Soil and Water Conservation Station 5 怀柔Huairou 20 15 2003—2007 毕小刚等Bi, et al. [14] 6 西北黄土高原区 Northwest Loess Plateau Region 黄土 Loess soil 甘肃Gansu 榆中Yuzhong 20 25 1980—1984 甘肃水土保持科学研究所 Gansu Institute of Soil and Water Conservation 7 陕西Shaanxi 安塞Ansai 20 25 1987—1991 中科院水保所安塞站 Ansai Institute of Soil and Water Conservation, CAS 8 西南紫色土区 Southwest PurpleSoil Region 紫色土 Purple soil 贵州Guizhou 罗甸Luodian 25 21 1992—1998 朱青等Zhu, et al.[15] 9 四川Sichuan 遂宁Suining 20 15 1999—2001 四川省遂宁站Suining, Sichuan 10 江西Jiangxi 鹰潭Yingtan 8 5 1997—2003 中科院南京土壤研究所鹰潭站22号小区 Plot 22，Yingtan Institute of Soil Science，CAS 11 南方红壤区Southern RedSoil Region 红壤Red soil 安徽Anhui 歙县Shexian 20 15 1990—1995 安徽省歙县站Shexian, Anhui 12 江西Jiangxi 德安Dean 20 12 2001—2006 江西省德安站De′an, Jiangxi郑海金等Zheng, et al[16] 13 14 15 16 17 18 江西Jiangxi 鹰潭Yingtan 8 8 1997—2003 中科院南京土壤研究所鹰潭站16~21号小区Plot 16-21, Yingtan Institute of Soil Science, CAS

表 1 计算土壤可蚀性因子增大系数的径流小区基本信息 Tab. 1 Basic information of runoff plots for calculating the enhancement coefficient of soil erodibility factor

研究表明，对于农林开发等建设活动形成的一般扰动地表，通常扰动当年和次年分别为强烈和中度侵蚀，第3年后较扰动前基本再无明显差异^[17]。这是因为，随着扰动形成的疏松土壤持续沉降，下垫面逐渐恢复至扰动前的状态，侵蚀量也相应接近扰动前的状态。换言之，人为扰动对侵蚀量的影响一般发生在为扰动后的1~3年。对表 1中各小区，逐年计算标准坡长、坡度条件下的单位降雨侵蚀力土壤侵蚀量，简称标准土壤侵蚀量：

式中：M_pi为第i年标准土壤侵蚀量，t·hm²/(MJ·mm)；M_i为第i年的实测土壤侵蚀量，t；R_i为第i年的降雨侵蚀力，MJ·mm/(hm²·h·a)。

L因子和S因子分别选用Wishcmeier等^[11]和Nearing^[18]提出的算式：

式中：λ为水平投影坡长，m；θ为坡度，(°)；m为坡长指数，当θ≤1°时m=0.2，1° < θ≤3°时m=0.3，3° < θ≤5°时m=0.4，θ>5°时m=0.5。

考虑到降雨多为日雨量资料，因此R因子采用基于日降雨资料的简易算式^[19]，再累积获得逐年降雨侵蚀力

式中：R_k为第k个半月的降雨侵蚀力，MJ·mm/(hm²· h·a)；T为半月内的降雨时间，d；D_j为半月内第j日侵蚀降雨量，mm(按12 mm为侵蚀降雨标准，< 12 mm以0计)；P_d12和P_y12分别为日雨量≥12 mm的日均和年均降雨量，mm；α和β为参数。

结果显示，上述径流小区建成后第1~5年标准侵蚀量平均值分别为2.11、1.51、1.31、1.11和0.79。可见，自建成首年起，侵蚀量平均值总体呈先下降、后趋稳的趋势，配对t检验结果显示建成第1年与第4、5年间、建成第2年与第4、5年间标准侵蚀量均值，分别存在显著差异(P < 0.05)。因此，将径流小区建成后第1、2年视为扰动期，将第3年及以后视为非扰动期，分别统计所选18个径流小区在两个时段的年均土壤侵蚀量，计算土壤可蚀性因子增大系数：

式中：n_kp为基于小区资料的土壤可蚀性因子增大系数；M_da和M_na分别为扰动期和非扰动期年均土壤侵蚀量，t/hm²；R_da和R_na分别为扰动期和非扰动期年均降雨侵蚀力。

考虑到我国土壤类型众多，为相对简易的获得不同土壤的可蚀性因子增大系数，本研究尝试以现有常用K因子算法为基础，通过结构调整或参数修订，建立简易估算方法。目前常用的K因子算法主要有Wischmeier等^[20]、EPIC模型^[21]、Shirazi等^[22]所建立的算式。其中：Wischmeier算式所需参数包括土壤粒径组成和有机质含量、土壤结构和入渗等级等；EPIC模型所需参数包括土壤有机质含量和粒径组成；Shirazi算式只需土壤几何平均粒径。考虑到一般扰动过程往往只破坏表层土壤结构，通常不会造成粒径组成和有机质含量的变化，因此Wischmeier公式更符合估算需要。

式中：w为土壤有机质质量分数，%；g₁为土壤结构等级，g₂为土壤渗透等级，可分别参照表 2和表 3取值；M=n₁(100-n₂)或n₁(n₃+n₄)，其中，n₁、n₂、n₃和n₄分别为粒径0.002~0.1 mm、< 0.002 mm、0.002~0.05 mm和0.05~2 mm的土壤颗粒质量分数，%。

表 2(Tab. 2)

表 2 土壤结构等级取值表 Tab. 2 Values for different soil texture grades 土壤结构 Soil texture 土壤结构等级 Soil texture grade < 1 mm 1 土壤团粒粒径Soil 1~2 mm 2 aggregate particles size 2~10 mm 3 > 10 mm 4 片状、块状、柱状和棱柱状结构Platy structure, blocky structure, columnar structure, and prismatic structure 4

表 2 土壤结构等级取值表 Tab. 2 Values for different soil texture grades

表 3(Tab. 3)

表 3 土壤渗透等级取值表 Tab. 3 Values for different soil infiltration grades 土壤质地Soil texture 土壤渗透等级 Soil infiltration grade 砂土Sandy soil 1 壤质砂土Loamy sand 2 壤土Loam 3 砂质黏壤土Sandy clay loam 4 粉砂质黏壤土Silty clay loam 5 粉砂质黏土Silty clay 6

表 3 土壤渗透等级取值表 Tab. 3 Values for different soil infiltration grades

扰动前后土壤结构等级和渗透等级均发生变化，因此可按下式计算增大系数：

式中：n_km为根据Wischmeier公式计算的增大系数；K_w和K_wd别为扰动前、后基于Wischmeier公式计算的K因子。

对于上述18个径流小区，扰动前土壤的粒径组成和有机质质量分数、土壤结构和入渗等级等参数的取值可通过表 1获取。然而，对不同土壤而言，其结构等级和渗透等级增大多少才能获得合理的增大系数并不确定。因此，将扰动前土壤结构和渗透等级取值作为起点，按1为间隔逐步增大并分别计算相应的K_wd和n_km，直至二者分别取到最大值。然后将不同n_km与基于径流小区得到的n_kp进行对比，尝试建立土壤可蚀性因子增大系数的估算公式。

18个径流小区计算结果见表 4，可见：6号小区n_kp最大，为3.85；19号小区最小，为1.23；90%的径流小区实测n_kp介于1.5~3.0间。所有径流小区n_kp均值为2.15，标准偏差0.66，变异系数31%。根据变异等级划分^[23]，全国范围内n_kp值属中度变异，表明所得结果总体较为接近，但不同土壤类型间存在差异。计算得到东北黑土区、北方土石山区、西北黄土高原区、西南紫色土区和南方红壤区的n_kp值分别为1.68、2.69、1.90、2.65和2.03。

表 4(Tab. 4)

表 4 基于径流小区资料的土壤可蚀性因子增大系数计算结果 Tab. 4 Enhancement coefficients of soil erodibility factors calculated by runoff plots data 水土保持分区 Soil and water conservation regionalization 小区编号 No. 扰动期 Disturbed period 非扰动期 Non-disturbed period 土壤可蚀性因子增大系数nkp Enhancement coefficient of soil erodibility factor 平均nkp Average nkp 时段 Period 平均标准土壤侵蚀量 Average unit erosion rate/(t·hm-2) 时段 Period 平均标准土壤侵蚀量 Average uniterosion rate/(t·hm-2) 东北黑土区Northeast Black Soil Region 1 2003—2004 4.04 2006—2007 1.99 2.03 2 1985—1986 0.35 1987—1990 0.24 1.46 1.68±0.25 3 1985—1986 5.09 1987—1990 3.26 1.56 北方土石山区Northern Earthy and Rocky Mountain Region 4 1993—1994 0.55 1995—1999 0.35 1.57 2.69±1.16 5 2003—2004 9.75 2005—2007 2.53 3.85 西北黄土高原区Northwest Loess Plateau Region 6 1980—1981 8.86 1982—1984 4.12 2.15 1.90±0.36 7 1987—1988 9.96 1989—1991 6.06 1.64 西南紫色土区Southwest Purple Soil Region 8 1992—1993 3.28 1994—1998 1.51 2.17 2.65±0.37 9 1999—2000 0.43 2001 0.14 3.07 10 1997—1998 0.81 1999—2003 0.30 2.70 南方红壤区Southern Red Soil Region 11 1990—1991 0.68 1992—1995 0.27 2.52 2.03±0.51 12 2001—2002 1.00 2003—2006 0.56 1.79 13 1997—1998 0.78 1999—2003 0.44 1.77 14 1997—1998 0.85 1999—2003 0.42 2.02 15 1997—1998 0.22 1999—2003 0.10 2.20 16 1997—1998 0.54 1999—2003 0.44 1.23 17 1997—1998 0.47 1999—2003 0.16 2.94 18 1997—1998 0.44 1999—2003 0.22 2.00 注：nkp为根据小区实测数据计算的土壤可侵蚀性因子增大系数，下同。Notes：nkp is the enhancement coefficient of soil erodibility factor based on the plot data. The same below.

表 4 基于径流小区资料的土壤可蚀性因子增大系数计算结果 Tab. 4 Enhancement coefficients of soil erodibility factors calculated by runoff plots data

基于表 1中各小区的土壤参数，按照土壤结构等级和渗透性等级逐步增大的方式，用Wischmeier公式计算发现：即使将土壤结构等级和渗透等级分别取最大值4和6时，东北黑土区、北方土石山区、西北黄土高原区、西南紫色土区和南方红壤区的n_km仅为1.52、1.36、1.26、1.37和1.21，较小区实测值分别低9.5%、49.4%、33.7%、48.3%和40.4%(图 1)。

图 1(Fig. 1)

BS:黑土, Black Soil。CS:褐土, Cinnamouic Soil。LP:黄土, Loess soil; PS:紫色土, Purple Soil。RS:红壤, Red Soil。nkm为根据Wischmeier公式计算的土壤可侵蚀性因子增大系数； nkm is enhancement coefficient of soil erodibility factor estimated based on Wischmeier formula. 图 1 基于径流小区资料和Wischmeier公式的不同水土保持分区土壤可蚀性因子增大系数对比 Fig. 1 Comparison of enhancement coefficients soil erodibility factors estimated from runoff plot data and the Wischmeier formula

可见，除东北黑土区外，各区2种方法所得结果相差较大。这说明，仅通过调整土壤结构等级和渗透性等级取值，尚无法获得和基于径流小区资料计算相近似的增大系数，若要建立2种方法所得结果间的修正关系，必须考虑不同土壤类型的差异。根据上述分析，最终提出了基于Wischmeier公式的增大系数简易估算方法：

式中：n_kw为修正后的根据Wischmeier公式计算的增大系数；K_w为采用Wischmeier公式计算的某种土壤的K因子；K_we为土壤结构等级和土壤渗透等级分别取最大值4和6时采用Wischmeier公式计算得到的K因子；a_x为根据径流小区资料和Wischmeier公式得到的修正系数，即为n_km和n的倍数，在东北黑土区、北方土石山区、西北黄土高原区、西南紫色土区和南方红壤区，可分别取1.11、1.98、1.51、1.93和1.68。

为反映生产建设项目中农林开发等一般扰动引起的土壤侵蚀量变化，本研究提出了一般扰动地表土壤可蚀性因子增大系数，并基于径流小区修建过程中扰动情况与生产建设项目一般扰动的相似性，运用径流小区实测资料，计算得到东北黑土区、北方土石山区、西北黄土高原区、西南紫色土区和南方红壤区土壤可蚀性因子增大系数分别是1.68、2.69、1.90、2.65和2.03，全国均值可取2.11。研究结果可提高基于土壤流失方程测算的一般扰动地表土壤流失量的精度，为生产建设项目水土流失防治和监管提供支撑。

本研究所提出的土壤可蚀性因子增大系数能够反映一般扰动地表因土壤趋于疏松而导致的土壤侵蚀量变化；但由于目前尚无针对生产建设项目一般扰动情况的监测资料，因此本研究采用了类似的径流小区修建过程中的扰动情况进行分析。但这一类比方法只是一种简易的估算方法，其准确性和精度有待进一步的提高。本研究共优选出18处径流小区，小区数量相对较少，因此相应的研究结果可能仍无法全面准确的描述一般扰动对土壤侵蚀的影响。建议后续应加强在一般扰动项目建设过程中对水土流失的监测，以获取更为准确和更具代表性的数据资料，进一步提高对由于一般扰动地表土壤性质变化而引起的土壤流失量变化的估算精度。同时，也应加强对扰动土地水土流失过程的研究，以期建立物理意义清晰的一般扰动地表土壤侵蚀预报方法。