早在19 世紀末黃土地層中的潛蝕現象就引起了學者的注意。潛蝕是一種獨特的土壤侵蝕方式，是水流沿土層的垂直節理、劈理、裂隙或洞穴進入地下，在復向溝谷流出，形成在地下流水通道中發生的機械侵蝕和溶蝕作用。在中國黃土高原區、美國中西部和歐洲西部等干旱半干旱地區潛蝕地貌較為常見。
我國對潛蝕地貌的系統研究始于 20 世紀 50 年代，在黃土洞穴的分類、形態特征、成因等方面已取得重要進展。由于黃土洞穴的大小、深度以及形態差異大、復雜多樣，研究者多按成因對其進行分類。朱顯謨以洞穴的形態特征和形成過程為依據將不同地形部位和不同沉積物中的洞穴分為陷穴、跌穴和水涮窩三類; 王斌科等將跌穴細分為水涮窩、沖穴，陷穴細分為豎井穴、漏斗穴和黃土碟; 李喜安、彭建斌等結合洞穴成因和洞穴形態，采用組合命名的方法劃分黃土洞穴，按成因劃分為地質作用洞穴、生物作用洞穴以及人工作用洞穴; 而地質作用洞穴又可按水力的侵蝕方式進一步劃分為沖蝕沖穴、潛蝕陷穴、暗穴以及濕陷碟形坑。潛蝕主要受地層厚度、走向以及基巖節理的控制，與局部微地形地貌關系密切，并對地貌塑造和土壤侵蝕影響重大。關于潛蝕成因的觀點主要有機械侵蝕說、化學溶蝕說、多因素綜合說三種。機械成因說認為洞穴侵蝕是流水沿黃土劈理下滲或從動物洞穴灌入地下而發生機械侵蝕引起的?；瘜W溶蝕成因說認為土壤洞穴侵蝕是一種碎屑喀斯特，由地下水溶蝕及膠體土粒被重力水懸浮而流失，加上崩塌作用而成。多因素成因說認為陷穴形成過程中既有機械作用，也有化學作用，是兩種作用共同的產物，而其中機械作用起了決定性作用。黃土物質結構疏松、垂直節理發育、遇水容易崩解是洞穴形成的內在原因，適宜的地形、土層抗蝕性差異及土內裂隙的存在是陷穴形成的基本條件; 構造節理控制了相應地區的黃土喀斯特及潛蝕地貌形態、展布方向和發育程度，是黃土喀斯特和潛蝕地貌的重要構造基礎。
元謀干熱河谷區潛蝕地貌極為發育，但尚未引起學術界的關注。因其地質、氣候因素與黃土高原不盡相同，故黃土高原潛蝕地貌的研究并不能完全適用于本區。文中通過野外實地詳細調查，擬識別元謀干熱河谷區潛蝕地貌的基本類型與特征，并簡要分析其形成條件，以期為本區土壤侵蝕控制提供指導。
1、 材料與研究方法
1． 1 研究區概況
元謀干熱河谷位于云南省滇中高原北部，海拔 980 ～ 1400m，龍川江由南向北縱貫盆地; 東部山地高出盆地 1200 ～1400m，由山頂至盆地間呈梯狀下降; 西部多山岡和丘陵，山頂海拔 1300 ～1500m; 南部山地海拔 1400 ～ 2600m; 北部山地海拔 1800m 以上\\(圖1\\) 。境內元謀組地層廣泛分布，巖性松散，易侵蝕。氣候炎熱，干濕季分明，年均溫為 21． 9℃，最冷月\\(12 月\\) 均溫 14． 9℃，最熱月\\(5 月\\) 均溫 27． 1℃; 多年年均降水量 642． 9mm，雨季 \\(5 ～10月\\) 降水量占全年的 90% 以上; 年均潛在蒸發量 3640． 5mm，為年均降水量的 5． 9 倍。海拔 1600m 以下主要生長稀樹灌叢草原，以草本為主，覆蓋度大于 90%，灌木稀少，喬木更少見; 1600m 以上主要為灌叢草地，呈片狀森林分布。區內地帶性土壤為燥紅土和紅壤。地形破碎、千溝萬壑，沖溝侵蝕極為嚴重，對流域生態環境和水電工程安全造成嚴重威脅。
1． 2 數據與方法
2010 年 1 月 1 － 12 日對元謀干熱河谷進行野外地理考察，地點從南部的老城鄉茂易村，經縣城、黃瓜園、苴林，北至金沙江畔的江邊鄉，南北直線距離 35km。對潛蝕地貌的調查，著重其類型、形態、分布、形成條件。其后每年的 8 月，又對研究區進行了多次補充調查。調查成果經內業整理，建立了基于 ArcGIS 的潛蝕地貌空間數據庫與屬性數據庫。
2、 結果與分析
2． 1 潛蝕地貌的分類系統
元謀干熱河谷區潛蝕地貌廣泛發育，從不同的角度對潛蝕地貌類型的劃分，有助于理解其形成發育特征、條件與形成機制。從動力條件上，潛蝕地貌可分為流水型、重力型、流水 － 重力型三種。流水型潛蝕地貌形成的動力條件以水流為主，如豎井、跌坑、管道等。重力型潛蝕地貌的形成動力以流水作用為先決條件，后期則主要依托土層自身重力而成，如陷穴。流水 － 重力型潛蝕地貌為流水和重力二者相互作用形成，如土腔、土橋、土柱、土墻等。
從發育方向上，潛蝕地貌可以劃分為橫向潛蝕、豎向潛蝕與斜向潛蝕三種類型。橫向潛蝕地貌主要包括水平潛蝕管道、淘洞、土腔、土橋四種類型，因流水沿著水平層面侵蝕而成。豎向潛蝕地貌包括陷穴、豎井、跌坑、碟形地、土柱與土墻，大多是因土體的豎直裂隙較為發育，流水沿裂隙侵蝕溶蝕兼具重力崩落而成，或高動能水流沖擊而成。斜向潛蝕地貌大多是發育在非水平巖層面上的潛蝕管道，其形成與地質、地形、巖土層性質具有緊密的關系。
從空間格局上，潛蝕地貌可分為孤立型與群聚型兩類。孤立型主要是指單個潛蝕地貌出現，周圍沒有其它潛蝕地貌。群聚型又可分為同類群聚型和異類群聚型，同類群聚型是指同類潛蝕地貌在較小區域或同一地貌單元聚集而成的類型，如土柱群\\(亦稱為土林\\) ; 異類群聚型是指不同類型的潛蝕地貌在較小區域或同一地貌單元聚集的類型，如陷穴與潛蝕管道總是相伴而生。
2． 2 主要潛蝕地貌的特征
2． 2． 1 潛蝕管道
潛蝕管道\\(簡稱管道\\) 是指在多因素綜合作用下由水流沖刷或摩擦土層裂縫或基巖節理逐漸演化而成的、隱伏于地層中水平的或近似水平展布的洞穴\\(圖 2 － A\\) ，在黃土高原區被稱之為暗穴。管道長短不一，是潛蝕作用中水流運輸泥沙的主要通道，是其它潛蝕地貌\\(如陷穴、豎井等\\) 發育的基礎。根據斷面大小可分為小型管道\\(直徑≤10cm\\) 、中型管道\\(直徑 10 －50cm\\) 、大型管道\\(直徑 50 －100cm\\) 以及極少數的巨型管道\\(直徑≥100cm\\) 。在元謀干熱河谷以中型與大型管道為主，大多發育在沖溝溝床之下，在流水與重力的作用下其規模不斷擴展，最后因坍塌而完全出露，成為沖溝溝底下切的重要方式之一。部分管道的出口位于陡壁上，稱該出口為懸口。
2． 2． 2 淘洞
淘洞是位于崖壁上呈橫向的半圓狀凹槽，因坡面股流在下泄過程中小部分水流沿陡壁以薄層狀流動，在抗沖性較弱的部位發生的淘刷、舔蝕作用所形成。淘洞在黃土高原地區被稱為水涮窩，但元謀干熱河谷區其深度較大，與黃土高原區的水涮窩在形態特征上有較大差別。本區有些淘洞的洞穴特征不明顯，而有些則非常顯著，橫向發育，淘空部分呈現典型的裙擺狀，具有較大的懸空面。淘洞形態與下瀉水流以及土體上下層抗沖性有關，其深度隨跌水高度和土層性質而異，一般寬 1 －2m，深小于 1m。由于土層性質不一或雨量大小導致水流大小不同，侵蝕處會形成多層層狀淘洞。淘洞大多發育在侵蝕溝溝頭的跌坎處，是溝頭常見的微地貌類型，淘洞的坍塌是沖溝溯源前進的主要方式之一\\(圖2 － B\\) 。發育在土質陡崖的淘洞則是陡崖崩塌后退的原因\\(圖 2 － C\\) 。
2． 2． 3 土腔
土腔是指流水動力作用在土體底部沖蝕或溶蝕而成的水平槽狀空腔。土腔底部往往是季節性流水通道，水量較大或水速較快，具有較強的沖刷力。近水平層理的土質陡壁下部，受到流水沖刷或者積水浸泡導致土壤泥沙被帶走，形成水平槽狀空腔。由于自身重力作用，土腔懸空面的頂壁剝落并逐漸擴容，形成了大型的土腔，其深度一般可達 2m 以上\\(圖 2 － D\\) 。當土腔懸空部分的高度與深度因侵蝕或溶蝕作用達到一定程度后，在重力作用下，懸空部分發生整體坍塌崩解，其發育過程和動力學作用機制與淘洞類似。
2． 2． 4 跌穴
跌穴是由水流在垂直方向上沖蝕而形成的洞穴\\(圖2 － E\\) ，主要出現在沖溝底部縱斷面變化明顯處―跌坎下方，是水流由高處下跌直接沖刷撞擊而成。跌穴形態受下瀉水流和土體上下層抗沖性的影響，跌穴深度隨跌坎高度和土層性質而異，深度一般小于 1． 0m，平面直徑約 0． 3 －2． 0m。當流水減弱后，跌穴成為泥沙的淤積之地; 流水增強后，復又被沖蝕帶走。跌穴按規?？梢苑譃閮深?，規模較小者\\(平面面積不足1． 0m2\\) 可稱為跌窩，規模較大者\\(平面面積超過 1． 0m2\\) 可稱為跌坑。跌穴發育過程也是溝道形成與下切的方式之一。
2． 2． 5 豎井
豎井是由裂縫或者根系間的空隙發育而成、洞壁直立的井狀管道，形態似水井狀，在平面輪廓上大多呈不規則圓形\\(圖 2 － F\\) 。豎井以管道輸送水流和泥沙，多形成于垂直節理的風化殼或陡崖上部邊緣。豎井上部地形面較為平緩，井口一般呈圓形，直徑多在 1． 0 －2． 0m 左右; 深度可達 10m，底部常有狹窄出口懸在陡壁上，成為豎井內物質向外輸送的通道。隨著豎井直徑的擴張及崖壁的崩塌，豎井平面形態由近圓形演化成為優弧、半圓、劣弧，直至消失。相鄰的豎井之間易形成殘存的土柱。豎井的發育與演化過程是土質陡崖崩塌后退的特殊方式之一。
2． 2． 6 陷穴
陷穴是指特定地層條件下因浸水、積水而發生局部濕陷或各種管道在水流等侵蝕作用下進一步擴容、塌陷而形成的出露于地面的豎向洞穴\\(圖 2 － G\\) 。根據出露形態可分為夾縫狀陷穴、漏斗狀陷穴; 在空間格局上往往叢集出現，呈蜂窩狀或串珠狀。陷穴具有鮮明的洞穴特征，分布廣、危害大，多分布于元謀組地層濕陷性強烈的地區，其底部管道\\(管道系統或網絡\\) 發育。
2． 2． 7 碟形坑
碟形坑是指由于地層凹陷處大量積水或自重濕陷，且有地下管道輸送侵蝕掉的泥沙而形成面積較大、形似碟狀的微地貌形態\\(圖 2 － H\\) 。一般分布于溝壑區上部，其底部與地下管道相連通。由于形似碟狀具有匯水作用，碟形坑中土壤含水量一般大于其周圍土壤，植被覆蓋度明顯大于周圍相近區域。當地下管道擴大或者水流大量集中時，可擴展發育成陷穴。
2． 2． 8 潛蝕蝕余地貌
潛蝕發育帶走泥沙并改變原有地貌，少數較堅硬且不易被侵蝕的物質保留下來，形成新的潛蝕地貌景觀，如: 土橋、土柱、土墻、穿洞等。蝕余地貌是恢復原始地形或物質條件的重要依據。
\\(1\\) 土橋。在侵蝕溝底部，由于管道擴展致局部塌陷，或陷穴擴展使陷穴間地變窄，其殘存的保留原始溝底地形面的部分，及其之下的管道，形成了天然的橋狀形態\\(圖 2 － I\\) 。在土質陡坎邊緣，豎井及其底部的懸口擴展，當上部邊緣土體抗侵蝕力較強時，形成天生橋\\(圖 2 － J\\) 。在降雨產流時，土橋底部的管道可容流水通過，從而使橋孔擴大，在水力與重力的長期作用下，最后完全坍塌消失。
\\(2\\) 穿洞。一般形成于土墻上部。因土墻頂部具有抗侵蝕力極強的風化殼，風化殼之下橫向淘蝕，蝕穿墻體，形成類似窗口的空洞\\(圖 2 － K\\) 。淘蝕與重力長期作用，使穿洞不斷擴大，最終頂部坍塌，穿洞消失。
\\(3\\) 土柱。在風化殼發育的區域，相鄰的 U 型侵蝕溝溝壁后退，其溝間地形成直立的土墻\\(圖2 － K 穿洞所在的部分\\) 。在土墻頂部，局地如有較厚的風化殼、或礫石保護，其下部的土體不易被侵蝕，而周圍則易被侵蝕掉，從而殘留下柱形土體，稱之為土柱\\(圖 2 － L\\) 。土柱的形成，與土體表層的物質組成關系極為緊密。研究區的土柱形態差異較大，其高度一般在 2 －10m 左右，周長一般在 3 －20m 左右。
2． 3 形成條件
2． 3． 1 地質背景
元謀盆地自第四紀以來，表現為相對沉陷，盆地內堆積了 700m 的第四紀松散沉積物\\(元謀組地層\\) ，由于新構造運動的抬升使其形成臺地，并發育了紅色風化殼。元謀組地層在元謀盆地廣泛分布，浦慶余等把元謀組地層分為 4 段 28 層，厚 695． 4m，從上到下為河流相、湖沼相或河湖交替相沉積; 巖性依次為砂礫層、粉砂層、亞粘土層、粘土層及砂礫層互層，互層的砂層和粘土層對土壤的機械組成有很大影響，導致土壤具有多孔性、質地疏松、巖性松散、易被侵蝕。在長期的暫時性流水下切、沖割作用下，逐漸蝕刻出奇特的溝蝕和潛蝕地貌。
2． 3． 2 氣候條件
元謀干熱河谷區氣候干燥炎熱，干濕季分明，蒸發強烈，年均降水量613． 8mm，旱季\\(11 ～4 月\\) 長達半年，雨季\\(5 ～10 月\\) 降水量占全年的 90% 以上，溝道僅在降雨時才有徑流。干濕交替的氣候以及較大的晝夜溫差，有利于土體裂隙的發育，加之垂直節理發育，易引發土體崩塌或滑坡: 長久的旱季使土體水分大量蒸發，土粒之間的聚合力降低，土體處于松散狀態，當遇到降水時一些溝壁上部土體易發生崩塌或滑坡。元謀盆地高溫有利于植物生長，強烈快速的蒸發導致土壤相對含水量極低，對植物生長不利。雨季的高溫又加速了土壤有機質的分解，造成土壤有機質含量極低。因此水熱矛盾十分突出，植物生長困難，植被一旦遭到破壞便難以恢復。干旱氣候成為本區潛蝕地貌發育的重要條件。
2． 3． 3 土體性質
獨特的土壤理化性質及剖面結構等土體性質是元謀干熱河谷潛蝕地貌發育的根本原因。在干熱河谷區，土壤粘粒含量高，且粘土礦物以膨脹性礦物蒙皂石為主，土壤膨脹收縮強烈，其線脹系數 COLE≥0． 1，遠超一般土壤\\(COLE ＜0． 05\\) 的診斷指標，易形成富裂隙的土壤微結構，在干熱河谷的環境條件下，土體開裂和裂隙非常發育，為地表水轉化為地下水提供了通道。潛蝕區土體表層發育了堅硬的鮮紅鐵質風化殼和鐵質膠結砂礫層，其抗蝕性極強，流水難以在此層侵蝕形成面蝕地貌，只能沿著節理裂隙下滲，轉變為地下水流，為潛蝕地貌的發育提供了水動力條件。風化殼下部的巖土中粘粒含量很高，鈣質 － 粘土基質的膠結性低，抗蝕性較差，遇水易分散溶解，因而化學侵蝕、機械侵蝕、重力侵蝕共同作用促進潛蝕加速發展。
2． 3． 4 地形條件
特定的地形條件通過改變水流動力條件從而影響潛蝕地貌的發育，陷穴、跌穴等的形成均需要較強的水力條件。跌穴的形成與擴展需要較強的水力條件，地形對其影響表現在兩個方面: 一是需要具有一定的匯水面積，才能匯流合力產生沖刷; 二是具有陡坎，既形成垂直向下的沖力，也使水流勢能轉化成動能增強沖擊力。因而，在降水不變的條件下，跌穴的發育速度與地形具有密切關系。陷穴對地形的響應與跌穴類似。野外調查表明，陷穴發育處的侵蝕溝溝岸坡度一般在 20 － 50°左右。大部分陷穴、豎井的水流出口\\(即懸口\\) 往往在陡壁中部\\(而非底部\\) ，這表明局部侵蝕基準也可能對潛蝕地貌的發育具有重要影響。
2． 3． 5 植被因素
植被對潛蝕地貌的發育既具有促進又有抑制作用。植物的根系生長過程，會加劇土體的開裂，使得水流易順著根系或裂縫滲入地下，從而促進潛蝕的發育; 另一方面，緊實的土體結構被根系破壞變得疏松易蝕，又可抑制潛蝕地貌的發展。植物的根系具有固土作用，支撐上層土體或"抓緊"表層土體，增強表土的抗蝕性，客觀上有利于潛蝕地貌的發育。對植物地表之上的部分，在降雨時可減緩水流的速度，降低其動能，從而在一定程度上抑制其沖刷作用，故而不利于潛蝕地貌的發育。
3、 討論
干熱河谷區的潛蝕地貌與黃土高原區的潛蝕地貌具有不同的形態特征與形成條件。文中對元謀干熱河谷區潛蝕地貌進行了系統的類型劃分與特征分析，在名稱上借鑒了巖溶地貌學或在黃土高原的命名，又部分地沿用了當地的慣稱。對部分潛蝕地貌進行了細分，新命名了土腔、豎井、懸口三種地貌。
元謀干熱河谷區的潛蝕地貌以縣城南沙地村、老城鄉茂易村與甘塘村、黃瓜園鎮苴林村與金雷村等地最為集中，這種空間叢集性格局可能與潛蝕發育的地形條件、物質基礎等有關。不同類型的潛蝕地貌，其空間分布具有較大的差異，表現其具有不同的形成條件。因而潛蝕地貌系統的成因具有復雜性，不能一概而論，而應針對特定地貌形態進行研究。此外，潛蝕地貌的發育過程多在地下，使研究的難度增大。
干熱河谷潛蝕地貌多發育在侵蝕溝區或其鄰近區。野外調查發現本區陷穴基本上分布在侵蝕溝底\\(而黃土高原區在平坦的耕地中部也會出現陷穴\\) ，豎井分布在 U 型侵蝕溝溝沿線附近5m 以內，這些與黃土高原潛蝕地貌分布的地形部位差異，其成因機制還有待深入考察研究。潛蝕與溝蝕的空間鄰近關系，也在一定程度上提示了潛蝕在溝蝕演化中具有重要地學意義。
基于野外考察，文中對研究區潛蝕地貌類型劃分及形成條件的研究尚屬初步，只是拉開了對該區潛蝕地貌系統研究的序幕。對各種潛蝕地貌的地學意義、形態特征、空間格局、形成原因、演化過程、環境響應、水文效應、多條件耦合、工程治理等內容進行系統研究，對干熱河谷與黃土高原兩地的潛蝕地貌、潛蝕地貌與地下巖溶地貌之間進行對比研究，認識不同環境條件下的潛蝕地貌發育的異同點，有助于理解潛蝕地貌發育的基本規律。這些都是現在正在進行或未來需要努力的方向。
4、 結論
元謀干熱河谷具有豐富多樣的潛蝕地貌，包括潛蝕管道、淘洞、土腔、跌穴、豎井、陷穴、碟形坑以及蝕余地貌\\(土橋、穿洞、土柱等\\) 。這些潛蝕地貌在形成動力條件上，大多以水動力為主，同時還受到重力的作用; 在發育方向上，具有橫向、豎向、斜向三種類型; 在空間格局上，有孤立型的，但更多的是在局地地段形成同類與異類的群聚。干熱河谷特殊的氣候條件、土體性質、地質與地層、微地形及植被是潛蝕地貌發育的基本條件，尤其是土體性質對潛蝕地貌的形成起著決定性作用。
參考文獻：
［1］李喜安，彭建兵，鄭書彥，等． 黃土高原地區黃土洞穴的成因研究［J］． 公路，2005\\(11\\) : 147 －151．
［2］Parker G G． Piping: A Geomorphic Agent in Landform Development of the Drylands［M〗． International Association of Scientific Hydrology，1964．
［3］李喜安，陳文軍，鄧亞虹，等． 滲流潛蝕作用臨界發生條件的推導［J］． 水土保持研究，2010，17\\(5\\) : 217 －221．
［4］羅來興． 劃分晉西，陜北，隴東黃土區域溝間地與溝谷的地貌類型［J］． 地理學報，1956，22\\(3\\) : 201 －221．
［5］陳傳康． 隴東東南部黃土地形類型及其發育規律［J］． 地理學報，1956，22\\(3\\) : 223 －231．
［6］陳永宗． 黃土高原的水土流失及其治理［J］． 水土保持通報，1981\\(1\\) : 20 －27．
［7］賀可強，王景明． 南水北調穿黃工程區黃土潛蝕地貌發育規律與形成機制初探［J］． 水文地質工程地質，1996，23\\(5\\) : 30 －32．
［8］錢方，周國興，等． 元謀第四紀地質與古人類［M］． 北京: 科學出版社，1991．
［9］張斌，史凱，劉春瓊，等． 元謀干熱河谷近 50 年分季節降水變化的 DFA 分析［J］． 地理科學，2009，29\\(4\\) : 561 －566．
