土壤侵蚀是世界范围的环境问题,我国是土壤侵蚀发生最严重的国家之一土壤侵蚀引起的危害十分严重,给生态环境安全带来了多方面的严重威胁。不但直接破坏土壤,引起地力下降,而且由土壤侵蚀引起的土壤碳和氮的释放和转化能够促进全球变暖和臭氧空洞。土壤侵蚀还是水体富营养化的重要原因。土壤团聚体破裂是土壤侵蚀发生的第一步,也是关键的一步。探索土壤侵蚀发生原因以及提出相应的防治措施,都必须首先弄清楚土壤团聚体在降雨过程中的破碎机制及过程。目前,对土壤团聚体破裂机制的研究主要集中于雨滴打击作用、团聚体不均匀膨胀、闭蓄空气挤压和物/化分散等土壤团聚体内、外部作用。虽然这些作用都能够从各自的角度部分地解释说明土壤团聚体破裂机制,并且相关的实验也表明这些因素的确对降雨侵蚀的发生和强度存在较明显的影响,但是都还存在一些不能自圆其说的局限,在某些条件下对土壤团聚体破裂原因的解释也不甚理想。最近,李航等人建立了介观尺度下土壤胶体颗粒相互作用新理论,该理论为揭示土壤团聚体破裂机制研究提供了新的思路。本文以紫色土为研究对象,理论计算了紫色土颗粒之间的相互作用,并通过团聚体分散和模拟降雨等实验,研究了不同土壤电场强度作用下的团聚体破裂程度和土壤侵蚀强度。结果表明：(1)土壤颗粒携带有大量的负电荷,这些电荷在颗粒表面附近数纳米空间尺度内形成了巨大的土壤电场,其电场强度可达109～107V·m-1。土壤电场强度受土壤本体电解质浓度和类型的强烈影响。土壤电场在相邻土壤颗粒间将产生两种斥力：静电斥力和水合斥力。静电斥力的力程较长,可达100nm左右,但力相对较小；水合斥力的力程较短,在距表面1.5nm左右就趋于0,但在1nm范围内,水合斥力可达上万个大气压,克服颗粒间长程范德华吸引力,避免颗粒陷入无穷深势阱,并和静电斥力一起,推动颗粒相互远离,导致土壤团聚体破裂,进而引发土壤侵蚀。(2)水合斥力决定土壤团聚体是否膨胀,而静电斥力决定土壤团聚体的破裂强度。在土壤团聚体被水润湿的条件下,无论土壤本体电解质条件如何,土壤颗粒间将产生巨大的且大小相当的水合斥力,因此只要在被水润湿的条件下,土壤团聚体就会发生膨胀。此后,如果土壤电场较高,则在静电斥力的进一步推动下,使团聚体发生猛烈的分散；但如果电场强度较低,则颗粒受到净吸引力的作用而使分散受阻,导致团聚体只发生缓慢膨胀。(3)土壤电场强度决定了土壤团聚体的破裂程度。根据土壤电场效应,可将土壤电场强度由高到低分为三部分。其一,在表面电位大于200mV的高电场下,土壤团聚体发生猛烈的爆裂,释放出大量微团聚体和土壤单粒,但释放的小颗粒数量在该电位范围内变化不大,表现出较稳定的团聚体爆裂强度。其二,在表面电位降至200～100mV时,土壤团聚体仍然发生不同程度的破裂并有小颗粒的释放,但释放量随电场降低而迅速减少,说明团聚体稳定性对这一电位区间十分敏感,表明该电位区间是控制土壤团聚体破裂的关键区。其三,在表面电位小于100mV时,土壤团聚体只有极少量的小颗粒释放,说明团聚体几乎没有发生破裂,而只是发生了部分膨胀。(4)模拟降雨实验表明,土壤电场对降雨侵蚀有强烈的影响。高电场条件(>200mV)下,侵蚀强度非常大,侵蚀引发的土壤累积流失曲线几乎呈线性增长。但随土壤电场强度降低(200～100mV),土壤流失量也逐渐降低,累积流失曲线逐渐趋于平缓。如果土壤电场强度继续降低(<100mV),土壤侵蚀将几乎停止,使土壤流失量趋于0。不同土壤电场条件下,土壤侵蚀强度、团聚体破裂强度、土壤颗粒间净相互作用力的变化一致,说明土壤电场对土壤团聚体破裂及土壤侵蚀存在客观的影响。在实验排出了雨滴打击等影响因素时,证明了土壤电场是导致土壤团聚体破裂,进而引发土壤侵蚀的根本原因。(5)适宜浓度的PAM能够有效提高土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力。该能力源于PAM分子能够克服土壤团聚体颗粒之间的静电斥力,而非水合斥力。这将使得在高土壤电场强度下,强静电斥力受PAM抑制,而使土壤团聚体不能以爆裂的方式分散,从而导致流失量大幅降低。但PAM不能阻止团聚体因水合斥力作用而引起的膨胀,以及进而引发的小强度土壤流失。而弱电场中,静电斥力本身相对较小,受PAM的影响也相对较小。