(1)水蚀的养分输出

由于磷素升高而导致水体富营养化是水体污染和水质下降的一个重要因素。在侵蚀过程中，养分一方面通过径流水溶解态输出，而更多的则是由侵蚀产生的泥沙携带。对于磷素而言，悬浮颗粒态(PAP)的输出通常占总输出的90％以上(Sharpley et al. 1979, Haygarth et al. 1998, Simard et al. 2000)。紫色土泥沙中流失的颗粒主要为＜0.02 mm的微团聚体和＜0.002 mm的单粒，而这部分颗粒中富集了相当数量的磷(黄丽等1998)。这些冲走的细粒全部进入水体，尤其是在水土流失极为严重的情况下，PAP成为磷素输出的主体。在亚热带丘陵地区，以稻田和次生森林为主要利用类型的流域研究表明，PAP与输出泥沙有显著的相关关系(图9-2a)杨金玲等2002)，它控制着溶解态磷(DP)的含量,DP和PAP的年输出量之间存在对数相关关系(图9-2b)。

图9-2 亚热带丘陵地区径流中的PAP输出量与悬移质输出量(a),
PAP与溶解态磷(DP)输出量(b)之间的关系

(2)污染负荷估计

计算非点源负荷，特别是泥沙产量的最常用方法之一，是将LISLE的计算结果乘以泥沙传输率(SDR)。 SDR表示侵蚀土壤到达水体的大致比例，在河流密度较高或者坡度较大的地区SDR值也较高。SDR方法虽然简单易行，但可能带来很大的误差，因为不同的流域背景状况(森林覆盖、地形地貌、河流密度、河流特征等)SDR值变化很大。利用SDR方法估计养分输出的另一个限制是，SDR方法假设养分、污染物的输出与泥沙输出成简单的比例关系，而实际上它们还以溶解状态进入水体，这部分贡献无法用该方法估计。

20世纪80～90年代前后发展了一些其他的估计非点源负荷的方法，如AGNPS(Agricultural Non-Point Source Pollution)(Young et al. 1987)和ANSWERS(Areal Non-point Source Watershed Environment Response Simulation) (Beasley et al. 1982)，二者都是所谓分布式参数模型，其主要的原理是将流域划分成有限的单元(“细胞”)，每一个单元内部是均一的，也即模型的参数一致，而在不同的单元之间参数可以不同。模型参数包括坡度、植被(作物)覆盖种类和地表粗糙度等。通过一系列差分方程，可以模拟泥沙和养分产量。

在利用模型计算泥沙和养分输出时，首先要确定流域边界，然后依据土壤分布、地形特征和耕作措施等因素的变化状况确定单元的大小，在此基础上进行模拟区域的空间参数化，从而运行模型。尽管AGNPS和ANSWERS是非常有效的模拟工具，它们的应用还是存在一些限制，因为它们都需要大量的数据。在空间上，必须获得每个单元的数据，在时间上它们依赖于单次的降水事件，因此监测和分析的工作量非常庞大。影响上述模型应用的另一个原因是空间尺度的限制，它们在数公顷以内的流域中应用是可行的，但随着流域的扩大，单元增加，运算的难度急剧增加，因此限制了模型在更大区域的应用。

将SDR方法与分布式模型结合起来是一个有效的途径，这样将可以比较准确地估计较大流域的土壤侵蚀环境负荷。分布式参数模型因为考虑了土壤、坡度和耕作措施等因素，可以用来调整SDR数值，校正的SDR值可以进一步用来估计泥沙和养分输出(Lee et al.1998)。

土壤侵蚀异位影响同样可以用经济损失的方法来评估。据Clark等(1985)估计，在美国土壤流失造成的非点源污染损失每年大约20亿美元。Ribaudo(1989)计算结果认为不同地点经济损失不尽相同，在北部平原每吨侵蚀的损失为0.72美元，而在东北地区则高达8.89美元。如果将侵蚀造成的其他影响，如河道淤积、道路破坏和水质降低造成的后续影响等全部考虑，则在美国侵蚀造成的异位影响相当于每年损失在40至150亿美元之间，平均每年达到70亿美元。

3．土壤水蚀的碳活化机制

土壤侵蚀过程中，土壤有机碳是一个净输出过程(因而也是一个能量损失过程)，侵蚀过程原位土壤碳的损失可以用下式估计：

式中，C₁代表剖面损失的土壤有机碳，SOC_i和SOC_f分别是侵蚀发生前后土壤有机碳的含量ρ_b。是深度为d的土层容重，n是损失的土壤层次数目。

在一个流域或类似空间单元内，SOC的损失必须同时考虑流失部分和沉积部分：

式中，C_ew是侵蚀过程导致的流域SOC输出，SOC_i 和SOC_d分别是起始土壤有机碳和沉积的土壤有机碳，SOC_e是侵蚀携带走的(包括溶解和颗粒态)的土壤有机碳,SOC₁和SOC_m分别是淋溶和矿化所损失的土壤有机碳。

可以利用一个简单的公式来估计土壤退化造成的SOC损失对大气碳库的贡献。如果假设因为侵蚀过程使平均容重为1.5 Mg/m³、深度为1m的土壤剖面损失1％的SOC，而所有遭受侵蚀的SOC最终都分解进入大气，则一公顷土壤碳的输出为：

Ce＝面积×深度×容重×1％= (1×10⁴)×1×1.5×1％

=150(Mg/hm²)        (9-14)

如果全球侵蚀退化土壤面积以1.965×10⁹ hm²计，则全球范围内碳的释放将达到

Ce=150 Mg/hm²×1.965×10⁹ hm²＝295 Pg    (9-15)

这相当于全球大气碳库的40％。同样，退化土壤恢复所增加的土壤有机碳也可以用类似方法计算，其环境意义也可以相对定量地评估。土壤有机碳如能以每年0.01％的速率增加，那么每年土壤所固定的碳大约为3 Pg。

研究表明，全球陆地生态系统范围内因为土壤侵蚀导致的SOC剥离大约为5.7 Pg/a，其中20％的碳将被迅速矿化，对大气的CO₂输出为1.14 Pg/a，输出到海洋中的约为0.57 Pg/a(Lal1995)。而低地和水库中沉积物中C的归宿和变迁仍然不清楚。因此，土壤侵蚀对全球气候变化的现实和潜在影响仍然是一个值得研究的课题。

相关链接：土壤水蚀对环境质量的影响（一）