我国土壤物理结皮侵蚀效应研究进展

徐 蝶，王 济，蔡雄飞，郁鑫杰，赵 帅，赵士杰

（1.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地，贵州 贵阳 550025）

根据是否有生物存在，土壤结皮被分为两大类：一是生物结皮，二是土壤物理结皮[1]。土壤物理结皮是指在雨滴击溅和土壤黏粒理化分散的作用下，土壤孔隙被堵塞后形成的，或挟沙水流流经土表时细小颗粒沉积而形成的一层很薄的土表致密层[2⁃3]，厚1～3 mm，是雨滴溅蚀的一个重要阶段[4]。土壤侵蚀是复杂的自然现象，土壤物理结皮对土壤侵蚀的影响已得到广泛关注。

我国对土壤结皮研究开展较早，1983 年黄秉维院士提出结皮的形成会影响土壤的透水性和透气性[5]。20 世纪80 年代开始对黄土高原地区的土壤物理结皮进行研究。土壤物理结皮的存在阻止水分入渗，增加地表径流，从而增加土壤侵蚀发生的可能性[6]。也有研究者认为，土壤结皮的形成能增强土壤切变强度、避免土壤分离、减少产流、抑制产沙，从而抑制土壤侵蚀的发生[7⁃9]。土壤结皮在坡面侵蚀过程中占据重要地位，不同的学者得出的研究结论不同，这其中的原因值得探索。

尽管近几年来土壤物理结皮研究热度有所下降，多数学者聚焦于生物结皮研究[10]，但两者之间仍然存在一定联系。梳理概括土壤物理结皮侵蚀效应研究不仅能够完善土壤物理结皮研究体系，还能够促进土壤结皮（土壤物理结皮和生物结皮）研究的发展。因此，拟综述国内近几十年土壤物理结皮侵蚀效应研究成果，重点总结土壤物理结皮侵蚀效应表现出的不同现状，对影响土壤物理结皮侵蚀效应的因素进行系统分析，最后对土壤物理结皮侵蚀效应的研究进展和发展方向进行总结和展望，以期为土壤物理结皮侵蚀效应的研究提供参考。

1 土壤物理结皮侵蚀效应研究历史

国内土壤物理结皮侵蚀效应的研究开展较早，几十年前学者们就针对降雨条件下表土物理结皮的形成机制、入渗过程和水土流失特征等进行了大量研究[11⁃15]。土壤物理结皮影响土壤侵蚀、地面径流和降雨入渗的作用极为显著。早在1988 年就有学者通过野外定位观测试验发现，形成土壤物理结皮的主要原因是雨滴打击，从而深入研究了土壤因子在土壤侵蚀过程的作用[16]。在1999 年，袁建平等[17]学者通过运用小型野外便携式人工模拟降雨装置初步探讨了土壤物理结皮对不同土地利用类型（林地、农地和裸地）产流历时的影响。通过单雨滴和次降雨溅蚀试验发现，土壤物理结皮可降低降雨侵蚀量[13]。在野外天然降雨条件下，研究者通过研究土壤物理结皮对夏闲坡耕地土壤水分的影响，从而探究土壤物理结皮对土壤侵蚀的影响[18]。随着研究的深入，研究者开始关注土壤物理结皮在土壤侵蚀中的重要作用，并进行了初步探讨。土壤理化性质是形成土壤物理结皮的关键，其往往会通过影响土壤物理结皮从而影响土壤侵蚀，比如土壤颗粒组成是土壤结皮形成的主导因素，因此，土壤理化性质在土壤侵蚀过程中发挥着重要作用[11]。研究者也意识到土壤团聚体对土壤物理结皮形成的意义，团聚体作为土壤的基本结构单元，对土壤侵蚀有重要影响。胡霞等[12]、HU 等[19]通过采样制作土壤切片，研究聚丙烯酰胺（PAM）对黄土结皮形成的影响，发现PAM 能改善土壤结构状况，从而明显提高了土壤团聚体稳定性，且土壤结构越稳定其抗蚀能力越强，反之则抗蚀能力越弱；范云涛等[20]、HAN 等[21]得到类似结论的同时还发现，土壤团聚体结构的稳定性受不同因素的影响，在不同湿润速度下红壤的团聚体稳定性最好，抗蚀能力最强。

对土壤物理结皮与土壤侵蚀关系进一步研究发现，多数学者均从土壤物理结皮的形成及发育过程探讨土壤物理结皮与土壤侵蚀间的关系。研究者采用模拟降雨试验揭示了土壤物理结皮自身形成和发育机制影响土壤入渗的过程，结果表明，产生土壤物理结皮后土壤的次降雨侵蚀效应更明显[22]。也有研究者发现，随着土壤物理结皮的发育，土壤入渗能力下降。土壤物理结皮形成程度不同，对土壤侵蚀影响效果具有差异性[23]。胡霞等[24]通过对黄棕壤、黄土及红壤进行人工模拟降雨溅蚀试验发现，土壤物理结皮发育完善的过程，也是土表抗溅蚀能力逐渐增强的过程；另外，研究者通过分析不同粒径土样所形成的土壤物理结皮发现，粒径在0.15 mm 附近的土壤颗粒最易被溅蚀[25]。随后研究者通过探究前期含水率对土壤物理结皮发育过程的影响发现，前期中等含水率的土壤物理结皮的抗溅蚀能力弱于前期风干和饱和的土壤物理结皮的抗溅蚀能力[26]。不同发育程度下的土壤物理结皮对土壤侵蚀效果也有显著的影响，王辉等[7]通过模拟无结皮、轻微结皮和严重结皮3 种土壤物理结皮试验得出，地表严重结皮具有降低径流和抑制产沙作用；蒋芳市等[27]通过人工模拟降雨试验得出，土壤物理结皮只在一定程度上起到抗侵蚀的效果，且结皮程度越高侵蚀效应越明显。通过室内与野外小区试验方法，吴发启等[13]对黄墡土进行研究发现，土壤物理结皮腐殖质含量几乎与土壤相同，但碳酸钙含量略低，且随坡度增大腐殖质含量减小、碳酸钙含量增加，全坡面上坡脚处碳酸钙含量高，而靠近分水岭段含量低。除了关注土壤物理结皮形成及发育过程对土壤侵蚀的影响，研究者还开展了土壤物理结皮结构对土壤侵蚀影响的相关研究，普遍认为土壤物理结皮分为沉积结皮和结构结皮2 种[28]。在黄土高原地区研究2 种类型结皮发现，沉积结皮相对于结构结皮密度高且孔隙度低，并且2 种类型结皮对坡面土壤水分入渗的影响存在差异[29]。土壤侵蚀涉及2 个过程：一是土壤颗粒从大块土壤中分离解体，二是主要通过地表径流分离沉积物的运输。研究者通过研究量化结构结皮和沉积结皮对土壤颗粒分离能力的影响来探究2种类型结皮与土壤侵蚀间的响应关系发现，结构结皮的剥离能力大于沉积结皮[30]。通过研究还发现，结构结皮对土壤侵蚀的影响大于沉积结皮[31⁃32]。对黄土高原典型农田土壤进行模拟降雨试验研究也得到类似结论[33]，即结构结皮具有较低的抗侵蚀性。

综上所述，土壤物理结皮侵蚀效应研究起步较早，并且多数都是从土壤物理结皮形成、发育过程开始着手研究，其中像土壤因子和降雨因子等会影响土壤物理结皮形成、发育的因素均在这些研究中有所体现。大部分研究者通过选择观察土壤物理结皮形成过程对地表径流、入渗影响的角度来深入研究土壤物理结皮存在对土壤侵蚀的作用，研究方法虽然多样，包括野外定位观测试验、野外小区试验方法、室内与室外野外小区试验结合方法以及室内人工模拟降雨试验方法，但室内人工模拟降雨方法是研究者们最常使用的研究方法。研究最终落脚于土壤侵蚀方面，研究者们从土壤物理结皮构成研究发现，结构结皮的抗侵蚀性往往小于沉积结皮的抗侵蚀性。

2 土壤物理结皮侵蚀效应研究现状

土壤物理结皮对土壤侵蚀具有重要影响，但鉴于土壤结皮形成过程的复杂性，土壤物理结皮对土壤侵蚀的影响至今还没有统一的认识。一般认为土壤结皮以2 种方式影响土壤侵蚀，一种观点是土壤结皮促进了土壤侵蚀的发生，另一种观点则是土壤结皮抑制了坡面侵蚀[34]。

2.1 土壤物理结皮对土壤侵蚀的促进作用

关于土壤结皮对侵蚀的促进作用，早在1983年黄秉维院士就提出，土壤结皮的形成是增加坡耕地产流和产沙的一个重要原因[35⁃37]；陈正发等[38]通过模拟降雨试验也得出相似的研究结果，指出前期降雨后表土结皮对坡面侵蚀具有一定的促进作用。程琴娟等[39]通过探究土壤表面特性与坡度对产流产沙的影响发现，在坡度的影响下，土壤物理结皮的形成不仅增加产流量还增加产沙量，且产生土壤结皮后，对侵蚀力的提升效果远高于抗蚀力，这一结论与谢亚茹等[40⁃41]的研究结果一致。另外，程琴娟等[3]通过室内模拟降雨试验对比分析有无结皮的侵蚀效应发现，有表土结皮表面的产流时间提早，产流量快速增加，产沙量递增，易于发生细沟侵蚀。李桂芳[42]通过探究坡面土壤侵蚀影响因素与动力学机制得出，土壤物理结皮作为一种地表条件，对土壤侵蚀的作用表现为可以显著增加黑土坡面土壤的径流量和侵蚀量。研究者对黄土高原地区土壤物理结皮研究发现，尽管土壤物理结皮首先会抑制坡面产沙，但随着降雨历时的增加，土壤物理结皮会促进坡面产沙[40]，土壤物理结皮仍具有增加坡面产流量和产沙量的作用[42]。

2.2 土壤物理结皮对土壤侵蚀的抑制作用

不少学者的研究结果显示，土壤物理结皮对土壤坡面侵蚀的作用表现为抑制作用[43⁃45]。吴发启等[13]认为土壤结皮的存在增加土壤抗剪强度，明显提高了表土抗溅蚀能力，从而减少侵蚀的发生。王辉等[7]通过人工降雨的方法模拟不同程度的结皮（无结皮、轻微结皮和严重结皮）得出，严重结皮具有降低产流、减少产沙的作用。这一结论与吴秋菊等[34]通过室内冲刷试验得出的土壤物理结皮坡面的土壤侵蚀量明显低于无土壤物理结皮坡面的土壤侵蚀量的研究结果相一致。另外，陈正发等[38]研究者也得出相似结果，其研究发现，经历4场降雨后表土结皮强度与侵蚀产沙量存在负相关关系，土壤结皮对坡面侵蚀的作用表现为抑制作用，并且不同降雨场次对土壤表土结皮的侵蚀效应存在差异。蒋芳市等[27]通过探究不同土壤物理结皮条件对崩岗崩积体坡面侵蚀的影响得出，土壤物理结皮的存在具有减缓土壤侵蚀的作用，在一定程度上具有抗侵蚀的效果。随后，吴秋菊[46]利用室内放水冲刷试验和人工降雨模拟试验，通过坡面水动力参数的变化情况证明土壤物理结皮减小了坡面土壤侵蚀量。路培等[47]通过探究不同降雨强度下土壤结皮强度对侵蚀的影响，得出土壤物理结皮强度增大，坡面侵蚀量将大幅度减少的结论，这说明土壤物理结皮使得坡面土壤抗蚀性增强。这一结论与吴秋菊等[34]对黄土高原农田土壤研究所得到的结论一致。另外，学者还研究了作物生长覆盖条件下土壤物理结皮对土壤侵蚀的影响，利用人工模拟降雨方法发现，大豆的存在加大了土壤物理结皮与非土壤物理结皮坡面之间径流量的差距，缩小了二者间产沙量的差异，起到抑制产流产沙的效果[48⁃50]。

综上所述，土壤物理结皮对土壤侵蚀的促进作用机制表现为土壤结皮形成的同时减少了入渗[51⁃52]，从而导致径流中的一部分悬浮颗粒物无法随径流下渗，只能沉积在地表，地表径流量增加[53]，最终通过增加径流的剪应力和输沙能力增强了土壤侵蚀[54]，对土壤侵蚀产生促进作用。土壤物理结皮对土壤侵蚀的抑制作用表现为土壤物理结皮的致密层可以增强表土强度，并且通过对雨滴溅蚀的抑制和表土抗径流剪应力的增强以及降低水流剪切力[34]来减少坡面的土壤侵蚀，从而抑制土壤侵蚀的发生。作物覆盖下土壤物理结皮对土壤侵蚀的作用表现为作物增强了有无土壤物理结皮坡面之间的径流和泥沙产量差异。

3 土壤物理结皮侵蚀效应影响因素

土壤物理结皮对土壤侵蚀的影响存在2种不同的观点：一种认为结皮的存在促进了侵蚀，另一种则认为结皮抑制侵蚀的发生。土壤物理结皮的形成是降雨径流与土壤相互作用的复杂的物理化学过程，而且其影响因素错综复杂。因此，将影响土壤物理结皮侵蚀效应的因素分为外部因素、内部因素以及其他因素，并对涉及这3 个方面的各种因素进行系统分析。

3.1 外部因素

3.1.1 降雨特性 土壤物理结皮侵蚀效应和降雨特性有很大的关系。研究表明，不同降雨条件会影响其对土壤的侵蚀效应，因为降雨强度和时长会影响土壤结皮的形成、发育过程和土壤结皮程度，进而对土壤侵蚀产生影响。不同降雨强度下（60、90、120 mm/h），土壤物理结皮强度是随降雨强度增大而增强的，土壤结皮的存在有利于减小坡面土壤侵蚀量，且降雨强度越大，减蚀效应越强。程琴娟等[39]发现在降雨强度为72 mm/h时，土壤结皮产生后，侵蚀力提升效果显著。降雨历时严重影响土壤结皮的发育情况，从而对土壤侵蚀产生影响[54]。当降雨历时为5 min 时，土壤结皮发育不明显，表面较粗糙；降雨历时为10 min 时，土壤表面开始有不完整的结皮形成，慢慢形成一层薄薄的致密层；降雨历时为15 min 时，土壤结皮形成趋向完整，土壤表面光滑度增加。程琴娟等[6]通过模拟降雨试验得出，当降雨历时<20 min 时，土壤物理结皮促进土壤溅蚀的发生；当降雨历时>20 min 时，土壤物理结皮的溅蚀量明显大于无土壤物理结皮的溅蚀量。降雨强度和历时差异会直接影响土壤物理结皮的形成、发育，从而产生不同的土壤侵蚀效应。

3.1.2 坡度 坡度对土壤物理结皮侵蚀效应的影响主要体现在影响产流历时，从而影响入渗量的大小[17]。蒋定生等[55]通过室内模拟降雨试验设置5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°发现，坡度与产流开始时间存在指数关系，表明随着坡度的增大导致径流提早发生，从而入渗量减小。吴发启等[13]通过探究土壤物理结皮与溅蚀之间的关系发现，在30°坡度以内，坡度与土壤溅蚀量呈反比关系，即坡度越大，溅蚀量越小。另外，吴发启等[15]通过在坡度、降雨强度以及径流深度共同作用下发现，坡度越陡，土壤物理结皮发育完善程度就越低。坡度的陡缓程度虽能明显影响径流产流时间，但仍然存在着临界值。程琴娟等[39]通过设置5种坡度（8.7%、17.6%、26.8%、36.4%、46.7%）探究土壤物理结皮对产流产沙的影响发现，当坡度大于36.4%时，坡度是影响产流的主导因素。林青涛[56]通过较缓的坡度设置（3°、5°、10°、15°、20°）细致探讨坡度对土壤物理结皮侵蚀效应的影响，结果表明，随着坡度增加，坡面开始产流时间呈下降趋势，且坡度在3°、10°、20°时，其坡面开始产流时间差异达显著水平。

3.1.3 地表粗糙度 地表粗糙度一直是影响土壤侵蚀的重要因素之一。同土壤物理结皮一样，地表粗糙度对土壤侵蚀的影响也表现为2 个方面：一方面，地表粗糙能够增加径流阻力和地表填洼量，减少径流流速并降低径流携沙能力，从而减少坡面产流量和产沙量；另一方面，地表粗糙能够促进坡面径流汇集，提高径流的冲刷能力，从而加剧土壤侵蚀[56]。土壤物理结皮和地表粗糙度之间是一种相互作用的关系。比如，地表粗糙度会影响土壤物理结皮的分布及类型，结皮的发育程度会影响地表粗糙度。王国鹏等[57]通过系统分析土壤结皮与地表粗糙度之间的关系发现，随着土壤物理结皮的发育，地表粗糙度会持续增大，由0.67 增加至16.76。研究者探究坡面土壤侵蚀影响因素时，引入土壤物理结皮并将地表粗糙度与降雨强度和坡长共同考虑，结果表明，当降雨强度和坡长增大时，地表粗糙度呈逐渐降低趋势[42]，表明土壤表面变得光滑，入渗量和产流时间均会发生变化，从而影响土壤侵蚀效果。林青涛[56]在探究地表状况对土壤侵蚀的影响时，分别设计裸地、结皮、有结皮处理、有糙度处理以及结皮+糙度处理5 种地表条件，结果表明，有糙度处理和结皮+糙度处理的开始产流时间均大于2 种地表状况处理（裸地和有结皮处理）。表明地表粗糙度同坡度一样会通过影响坡面开始产流的时间引起入渗量的改变，导致产流产沙过程发生变化最终影响土壤侵蚀。结皮的形成能够提高防风固沙能力，马全林等[58]通过研究退化人工梭梭林的恢复技术发现，采取机械沙障恢复技术措施之后的退化梭梭林地粗糙度是未采取该措施退化梭梭林地的70～80倍，表明林地粗糙度使林内近地面层风速、输沙量显著下降，抗侵蚀能力增强。

3.1.4 植被覆盖 植被覆盖也是影响土壤侵蚀的重要因素之一，同时植被覆盖也能引起结皮厚度的变化。结皮厚度是衡量固沙程度的一个重要指标。刘玉平[59]以榆林县红石峡为研究区，探究羊柴、油蒿、沙竹、绵蓬及冰草5 种植被的飞播固沙成效，结果表明，结皮厚度与植被盖度、种类均有一定联系，并且在相关系数为0.87 时，结皮厚度与植被覆盖度呈正相关关系。

吴发启等[60]通过采用盆栽和小区试验的方法，以小麦和玉米2种作物为研究对象研究结皮与作物之间的关系，结果表明，实施地面作物覆盖既可消除结皮，又可达到蓄水保土效果。植被覆盖能影响结皮形成、发育和下层表土成土过程。赵哈林等[61]以科尔沁沙地为研究区域，探讨人工建设林地对结皮的影响发现，人工建设林地之所以会通过影响结皮发育导致土壤侵蚀结果发生变化，原因主要在于一方面人工植被具有降风滞尘、维护沙面稳定、增加地表黏粉粒含量的作用；另一方面植被林存在大量凋落物的沉降使得结皮和表土有机质等养分增加，从而引起表土结皮形成、发育最终影响土壤侵蚀结果。

3.2 内部因素

3.2.1 土壤颗粒组成 由降雨引发的土壤侵蚀过程中，土壤颗粒会随雨滴打击分散、径流冲刷转移，从而导致土壤颗粒组成发生变化[62]。土壤颗粒组成作为表征土壤物理性质的指标之一，可用于反映土壤质地情况。因此，在分析土壤颗粒组成这个因素时往往与土壤质地是不可分割的。研究发现，土壤中粉砂颗粒含量占比高于粗颗粒含量占比时易形成表面结皮，影响降雨入渗，从而影响侵蚀效果[11]，这主要是由于降雨过程中粉砂颗粒主要堆积于土壤表面且经过一定时长形成表面结皮，阻止降雨入渗，减弱土壤侵蚀效果。土壤颗粒组成是形成土壤结皮的主导因素，而且除砂土外几乎所有土壤都能形成土壤结皮，其中粉砂和黏粒含量高的土壤更易于形成结皮[11]。郭轶瑞等[63]的研究结果表明，土壤的极细砂和黏粉粒呈富集状态，固定沙地生物结皮中的极细砂和黏粉粒含量分别是半流动沙地土壤物理结皮中的4.11、7.42 倍。土壤结皮与土壤颗粒之间是一种相辅相成的关系。郭轶瑞等[64]通过对比3 种结皮类型发现，结皮土壤颗粒组成中的极细沙和黏粉粒含量由于结皮的存在得到增加，其中土壤物理结皮增加效果次于其他2种结皮。土壤颗粒组成不仅影响结皮形成，还与形成结皮的稳定程度密切相关。李晓丽等[65]指出，粗沙和细沙含量占比大时，土壤结皮稳定性明显增强，原因在于粗沙和细沙大颗粒含量少，被破坏的可能性小，使得结皮形成的稳定性增大。胡霞等[24]在探索表土结皮与溅蚀之间的关系研究时明确指出，可依据颗粒组成将形成的0.2、2.0 mm 厚度的表土结皮分别归为结构结皮和沉积结皮。研究者大多认为前者抗蚀性弱于后者[30，33]，这可能不仅与结皮厚度有关，还可能与土壤颗粒组成等有关。

3.2.2 土壤团聚体稳定性 土壤团聚体是土壤物理结皮形成机制过程中关键因子，这是因为形成结皮的过程中表层土壤受到雨滴打击夯实会使团聚体发生变化[66]。土壤团聚体大小与土壤结皮形成密切相关，胡霞等[24]通过人工模拟降雨试验指出，土壤结皮的形成是伴随土壤中大团聚体或小团聚体开始的。研究发现，土壤团聚体越小越容易形成结皮，这是因为团聚体愈小，其内聚力愈小，愈容易被分散而形成结皮[67]。胡霞等[12]研究了PAM 对黄土结皮形成的影响发现，PAM 具有很强的聚合作用，喷洒PAM 于黄土表面后部分细颗粒聚合成大团聚体不易被打散，从而减弱雨滴打击作用，增强其抗蚀性。程琴娟等[68]得出的结论与胡霞等[12]相一致。李诚志[69]认为，由盐晶体胶结土壤颗粒形成于土壤上层的盐结皮能够显著提高土壤抗风蚀能力，这是由于盐晶体胶结土壤颗粒形成的团聚体大，减少疏松地表粉尘释放量。以我国水土流失典型区为研究区域，在各个区域采集有代表性的土壤进行降雨溅蚀试验表明，土壤团聚体稳定性与土壤物理结皮侵蚀效应有关，具体表现为土壤团聚体稳定性越高，导致累积的溅蚀量越小，其中黑土土壤团聚体稳定性最高，导致黑土土壤物理结皮产生的累积溅蚀量最低[70]。作为土壤结构的基本单元，土壤团聚体的变化能使土壤结构发生变化。研究发现，土壤结构越稳定，土壤抗蚀能力越强，反之，则越弱[71]。

3.2.3 土壤含水量 土壤结皮强度作为主要抗蚀性指标，可用于反映土壤结皮侵蚀效应。范云涛等[20]的研究结果表明，土壤表面强度与土壤含水量有较强关系，表现为随着含水量的增加，土壤黏聚力和内摩擦力减小，从而致使土壤表面强度变化，影响土壤侵蚀效果。赵晓光等[72]认为，土壤抗剪强度随含水量呈逐渐增长趋势并于含水量12%～14%时达最大。引入土壤物理结皮这个因素后，其他研究者得到不太一致的研究结果。卜崇峰等[73]引入锥体贯入法定量研究土壤物理结皮与土壤含水量的关系发现，当含水量<20%时，不易形成结皮，土壤黏性差、土壤颗粒分散导致贯入深度极易突增，抗剪强度突减，表明土壤含水量在土壤物理结皮侵蚀效应中具有重要作用。土壤含水量对侵蚀的作用不仅体现于此，研究指出，若土壤初始含水量较高时会导致降雨产流时间提前，坡面上很快就有水层存在，阻碍溅蚀的发生[74]。李建德[66]采用人工模拟降雨试验，设计降雨强度为60 mm/h，降雨历时30 min，研究了土壤结皮发育特征及其对入渗的影响，结果表明，土壤结皮强度与土壤含水量间存在良好的指数函数关系，并且在含水量为20%时，随降雨历时延长，结皮强度逐渐增大，土壤抗蚀性增强。

3.2.4 土壤类型 土壤物理结皮是指土壤表面在降雨作用下的产物，因此，除降雨条件外，土壤类型也是影响土壤物理结皮侵蚀效应的关键因素之一[1]。土壤是侵蚀发生的主体，不同的土壤类型代表不同土壤特性，如土壤质地、土壤团聚体结构及土壤有机质等，这些特性会通过影响土壤物理结皮强度而最终影响结皮的侵蚀效应。李朝霞等[75]在对泥质页岩红壤、第四纪红色黏土和花岗岩红壤的研究中发现，泥质页岩红壤结构极不稳定，在雨滴打击下能很快形成致密坚固的土壤结皮；第四纪红色黏土土壤团聚体较为稳定，开始形成土壤物理结皮的时间较晚，且土壤结皮易被破坏；花岗岩红壤结构松散，基本上不形成土壤结皮。卜崇峰等[76]通过研究黑土发育过程发现，黑土水稳性团聚体含量高，不利于土壤物理结皮的形成。此外，路培[77]在模拟降雨试验下分析不同土壤类型的土壤物理结皮强度发现，土壤物理结皮强度在不同类型土壤中的大小次序为黑垆土>黄墡土>黄绵土>红土>塿土，且土壤物理结皮强度越大，减蚀效应越大。以上表明，不同类型的土壤形成的土壤结皮的效果不同，表示土壤物理结皮发育完善的过程也不同，而且对土表抗溅蚀能力也具有不同的影响[21]。

3.3 其他因素

除降雨和土壤两大因素外，侵蚀类型对土壤物理结皮侵蚀效应也有重要影响。降雨侵蚀过程是降雨能量对地面做功的表现，做功的最初表现形式是雨滴的击溅侵蚀。雨滴溅蚀是以雨滴打击为主要动力，是雨滴打击地表引起土壤颗粒分散、跃移而产生的一种侵蚀方式，它是土壤侵蚀中一种极为普遍的侵蚀方式[24]。吴发启等[13]通过有无土壤物理结皮对比分析发现，土壤物理结皮的存在减小了土壤溅蚀总量。胡霞等[24]在人工模拟降雨溅蚀试验的条件下，也得出一致的结论，认为土壤物理结皮的形成导致土壤表面抗溅蚀能力增大，从而产生抑制土壤侵蚀的作用。片蚀是黄土地区坡面最重要的侵蚀类型之一，严重的片蚀发生发展与相伴的强烈土壤结皮发育演变，必然导致对细沟、浅沟侵蚀及坡面总侵蚀的加剧。李浩宏[78]采用人工模拟降雨试验发现，土壤物理结皮片蚀率呈现随降雨时间延长而增大后趋于稳定的趋势，总体表现为促进侵蚀的发生。崩岗是我国南方红壤区特有的侵蚀现象[79]，崩积体是由崩壁、原山体坡面的物质经水力和重力的作用下被侵蚀，是崩岗侵蚀的重要组成部分[80⁃81]。研究发现，崩积体坡面也会形成土壤物理结皮。蒋芳市等[27]通过对福建省崩岗崩积体土壤侵蚀研究发现，土壤物理结皮的存在具有减缓土壤侵蚀的作用。土壤风蚀过程主要是指在风力作用下松散的土壤物质被吹起、搬运和堆积的过程[82]。对内蒙古典型草原土壤物理结皮的形成和抗风蚀性研究结果表明，降雨超过一定量时，土壤物理结皮具有防止土壤风蚀的作用[83]。通过风洞模拟研究发现，土壤物理结皮率增加，风蚀量显著下降，结皮的存在抑制了土壤风蚀的发生[84⁃85]。

4 展望

土壤物理结皮是降雨和土壤共同作用下形成的致密结构层，在土壤侵蚀和水土保持方面发挥重要作用。国内学者系统对土壤物理结皮形成机制、土壤物理结皮对土壤侵蚀的作用表现、土壤结皮形成因素展开了详细的研究。然而近几年来，有关土壤物理结皮研究热度有所下降，且针对土壤物理结皮对侵蚀作用表现不一结论进行详细分析的研究甚少。通过对国内土壤物理结皮侵蚀效应研究梳理后认为，未来对于土壤物理结皮侵蚀效应的研究可以从以下方面开展。

目前，大部分研究均在人工模拟降雨试验条件下进行，关于野外自然条件下土壤物理结皮侵蚀效应的研究很少。但模拟降雨条件与野外自然降雨条件环境差异较大，且2 种环境下降雨特性会有所差异，从而可能对土壤物理结皮侵蚀效应产生不同影响，未来应多在野外自然条件下进行研究。

目前，关于土壤物理结皮侵蚀效应的研究多集中于黄土高原地区，缺乏对其他区域的关注研究。如西南紫色土区、南方红壤区、东北黑土区均属于我国水土流失严重的地区，这些地区土壤物理结皮的形成势必会影响该地区土壤侵蚀情况。同一区域内不同类型土壤及我国其他区域土壤物理结皮侵蚀效应也需要考虑在内。

要深入分析影响土壤物理结皮侵蚀效应的因素，在此过程中不仅要考虑降雨和土壤这2 个直接因素，而且还要针对这2个直接因素进行详细分析。现阶段的研究多集中于土壤的物理性质，如土壤质地、土壤含水量对结皮的影响，但关于土壤阴、阳离子浓度或电解质浓度等对土壤结皮影响的研究甚少。有研究表明，土壤中交换性钠离子的浓度影响土壤结皮的形成。因此，土壤化学性质对土壤物理结皮侵蚀效应的影响也值得关注。另外，考虑到土壤物理结皮影响土壤侵蚀过程的动态性和复杂性，探究多因子综合作用对土壤物理结皮侵蚀效应的影响以及各因子对土壤侵蚀具体贡献很有必要。

土壤侵蚀类型在土壤物理结皮侵蚀效应中有显著作用。目前，多数关于土壤侵蚀类型对土壤物理结皮侵蚀效应影响的研究集中于土壤溅蚀方面，针对不同的研究区域，还应探究不同土壤侵蚀类型下土壤物理结皮的侵蚀效应。

应加强对土壤物理与生物结皮之间关系的研究。有研究表明，土壤表层会经历从无土壤结皮→土壤物理结皮→土壤生物结皮的发育过程[86]，说明土壤物理结皮与生物结皮间存在一定联系。近几年土壤物理结皮研究热度虽有所下降，但若加强关于土壤物理结皮与生物结皮之间关系的研究，不仅能够促进多学科交叉发展，而且能够推动土壤结皮研究取得突破性进展。