我国土壤侵蚀研究特色及治理成效

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   我国坡耕地占耕地面积的1/5，其中坡度大于15° 的占46%;陡坡地大量开垦以及高强度人类活动，把流域变成了由不同斑块镶嵌的破碎景观。因此，在坡面尺度上重点开展陡坡侵蚀过程机理研究，探讨泥沙分选搬运机制，高含沙量水流的水动力学特性，以及特殊的浅沟侵蚀机理等问题;在流域尺度上重点研究了异质景观流域侵蚀产沙对环境因子的响应，以及景观单元间水沙汇集与输移过程规律。在丰富的理论研究基础上，构建陡坡侵蚀机理方程和适用于复杂景观流域的泥沙输移比模型。同时，我国复杂侵蚀环境决定了水土保持措施的多样性。因此，在耕作、生物、工程等措施的防蚀机理和适宜性研究基础上，凝练出了东北黑土区、西北黄土区、西南紫色土区等水蚀区的土壤侵蚀综合治理范式。与世界研究水平相比，我国在土壤侵蚀分类和分区、流域泥沙来源界定、小流域综合治理等方面的研究已并跑或领跑世界先进水平;在土壤侵蚀过程与机制、侵蚀预报模型、土壤侵蚀环境效应评价、水土保持生态服务功能等方面的研究仍有一定差距。
    新中国成立以来，全国累计治理土壤侵蚀面积101.6万平方公里，已有的水土保持措施每年可保持土壤15亿吨，增加蓄水能力 250多亿立方米，增加粮食180亿公斤。我国1986、1996、2002 和2010年先后开展了四次全国土壤侵蚀遥感普查，土壤水蚀面积呈逐年下降趋势，土壤风蚀面积呈先增加后减少趋势，到2010 年水蚀和风蚀面积均大幅减少。1986—2010年全国土壤侵蚀面积下降了约1/5，由367万平方公里下降至295 万平方公里，这与我国开展的大规模生态治理工程密切相关。水土保持工作的开展使 1.5亿群众直接受益，解决了2000 多万山区群众的生计问题。同时，全国水土保持监测网络和信息系统初步建成，包括水利部水土保持监测中心及7个流域中心站、29个省级总站和151个分站，可实时监测全国、大流域和省区的水土保持动态。我国土壤侵蚀治理成效显著，整体好转，但仍伴随局部恶化的现象存在，土壤侵蚀防治依旧是生态文明建设的重要内容。
    中国土壤侵蚀治理演变
    我国土壤侵蚀治理通过借鉴国外相关研究并结合自身情况，不断发展和创新治理理念与技术模式。经历了单一治理、综合整治、可持续发展、生态文明建设等治理理念的转变，这些观念的转变使治理的关注焦点发生了系列变化。从关注生产和经济到重视生态系统效益，从治理为主到预防为主，从强调现状治理到关注可持续发展，从生态治理上升到生态文明建设。理念的转变也促使治理措施经历了从坡面土壤侵蚀治理到小流域综合治理，再到区域生态经济协同发展与优化布局。从强调单一技术到综合技术集成，从植被覆盖率增加向结构改善和功能提升，从流域治理到生态景观优化配置，并注重资源—经济—社会的空间分异及其功能分区。
    坡面治理(20世纪20年代—80年代)。坡面是土壤侵蚀发生的基本单元。坡面土壤水蚀阻控技术可归结为土壤流失方程中土壤可蚀性、坡长、坡度、降雨侵蚀力、植被与作物管理、水土保持措施等因子的调整。形成了由旱作保墒、少耕免耕、等高耕作、垄作轮作、间作套作、砾石覆盖、秸秆还田等技术组成的水土保持农业技术体系;由梯田修筑、梯壁整治、地埂利用、地力恢复等技术构成的坡耕地综合整治技术体系;由拦水沟埂等坡面雨水集蓄、山坡截流沟等坡面径流排引、坡面水系优化布局等技术集成的坡面径流调控技术体系;由植被覆盖、作物残差覆盖、生物结皮与耕作措施等相结合的土壤风蚀防治体系。
    流域综合治理(20世纪80 年代—21世纪初)。流域作为水循环相对独立的自然单元，是土壤侵蚀防控的基本单元。这一阶段，土壤侵蚀治理的核心可归纳为对流域侵蚀—输移—产沙过程中关键环节的阻控。针对我国侵蚀最严重的黄土高原，朱显谟院士提出了28字治理方略：“全部降水就地入渗拦蓄;米粮下川上塬，林果下沟上岔，草灌上坡下坬”。在流域尺度上，土壤侵蚀治理形成了由集雨抗旱造林、坡-沟系统植被对位配置、立陡边坡植被绿化、退化植被封禁修复等技术构成的植被恢复与构建技术体系;由农林复合经营、草-畜-沼-果经营、粮-饲兼用作物培育与种植等技术构成的生态农业技术体系;由沟头防护、沟道护岸、谷坊以及以拦蓄调节泥沙和建设基本农田为目的的各类淤地坝等技术构成的治理工程技术体系。针对土壤侵蚀过程及径流泥沙携带的污染物质的迁移，形成了由生态清洁型小流域构建、小型水利径流调控技术、湿地水质生物净化、农村社区废弃物处置与利用、农村环境整治与山水林田路立体绿化技术在内的环境综合整治技术。土壤风蚀阻控发展了以修建防风林、退耕还草、水利设施配套等小流域综合治理模式，建立了一批不同土壤侵蚀类型区的综合治理试点小流域。
    区域协调管理(21世纪初至今)。随着我国经济社会的发展和综合国力的增强，国家对生态建设的重视程度不断提升，明确将生态文明建设列为全面建设小康社会的重要目标。土壤侵蚀治理与节约资源和环境保护的空间格局、产业结构、生产方式和生活方式相协调。国家全面加大对生态治理与保护的投入，先后实施了退耕还林、退牧还草、风沙防护林建设、生态移民、水土流失重点治理工程及坡耕地治理工程等一大批区域生态建设项目，不断扩大土壤侵蚀区治理的范围与规模。这些项目实施中强调水土流失防治与民生改善、资源开发与生态保护的协调，形成了地表径流调控、土壤肥力提升、植被可持续恢复、水土资源协调和景观结构优化为一体的治理技术体系，发展区域特色生态产业，形成兼顾生态功能提升与民生改善的区域水土流失综合治理模式与管理体系，保障了区域社会经济可持续发展。
    存在的主要问题
    在侵蚀过程与机理方面。我国土壤侵蚀类型的多样性、侵蚀过程的复杂性、人类活动影响的高强度性皆为世界之最，导致我国复杂侵蚀环境下土壤侵蚀过程及相应机制尚不明晰，基础理论仍显薄弱。目前土壤侵蚀过程描述趋向对植被截留、土壤入渗、地表产流、侵蚀输沙、搬运沉积等过程的物理定量表达。然而，技术手段限制导致薄层水流流速、流量等难以准确测定，水分入渗、蒸散等难以适时确定;坡面薄层流动力过程解析仍主要沿用河流泥沙运动学和明渠水力学等邻近学科的理论方法;风沙两相流传输主要依赖经典力学和流体力学在模拟环境下解释。由此造成学科理论体系不完善，制约了本学科的发展。同时，由于降雨过程的随机性、景观要素的空间变异及其格局的复杂性，导致异质景观流域的物流和能流复杂多变。坡面侵蚀与流域产沙的关系，以及景观要素对流域侵蚀产沙的作用不是简单的线性叠加，而是具有高度非线性的复杂系统。但是，流域景观异质性引起的坡面侵蚀与流域产沙间非线性变化规律和作用机制并不清楚。传统的流域侵蚀产沙研究往往用概化方法来处理坡面侵蚀与流域产沙的关系，将流域划分为坡面和沟道分别进行探讨，且处理中多数采用线性水沙汇集的传递条件。“坡面+沟道”描述的流域侵蚀产沙，不能系统地反映坡面侵蚀与流域产沙的耦合机制，科学研究与生产实践结合不够紧密。
    在水土保持措施防蚀机理方面。我国治理土壤侵蚀历史悠久，水土保持措施丰富多样;然而，水土保持措施防蚀理论研究却一直滞后于水土保持实践，难以满足指导生态环境整治的需求。水土保持措施主要包括生物、工程和耕作措施。植被是最常用的水土保持生物措施，植被既能拦截降雨，减少降雨侵蚀力;也能改善土壤结构，增强土壤抗蚀性。但以往研究多关注于植被的地上部分，植被地下部分作为控制土壤侵蚀的重要因素，由于具有隐蔽性，其作用机理仍不明确;植被重建过程中物种的选择和配置，及其分布格局是影响防蚀效果的关键，但该方面一直是研究的难点。同时，水保措施防蚀效果还具有时空差异性，但此方面尚缺乏系统的研究，如梯田、谷坊和拦沙坝等的防蚀效果随降雨强度、立地条件以及时间的变化规律仍不清楚。系统分析总结各地区水土保持措施，阐明各措施的防治机理，是进行水土保持措施设计和实施的理论基础。
    建议与对策
    加强各类型土壤侵蚀多样性机理研究。土壤侵蚀发生在地表各圈层相互作用最为强烈的地区，几乎受到气象、水文、生物、地形地貌、土壤本身等所有自然因素的作用，且受到各种人类活动的干扰，多种因素综合影响使土壤侵蚀在时空过程与分布上极其复杂。另外，我国地域辽阔，各地自然与人文背景差异巨大，造成侵蚀特征各异，增加了土壤侵蚀规律认识的难度，进而影响水土保持措施的优化布局。进一步加强土壤侵蚀过程与机理的研究，是有效治理土壤侵蚀的关键。研究重点主要包括：基于含沙水流的水动力学关键参数与临界条件，侵蚀形态发生演变过程数值模拟;风沙流动力学特征及沙粒运动过程与机制，重力侵蚀与泥石流发生的力学机制与发生条件，高海拔寒区融水土壤侵蚀机理与过程模拟;水力-风力、水力-冻融、水力-重力等多重外力复合侵蚀过程与模拟;我国东北漫岗丘陵地区的长缓坡、西北黄土高原地区的陡坡、长江中上游山区的深切峡谷、西南喀斯特区的岩溶地貌等特殊环境下侵蚀过程与机制;流域侵蚀产沙对景观要素及其时空格局的响应;侵蚀泥沙输移过程及水沙汇集传递关系;坡面侵蚀与流域产沙间非线性作用机制等。
    从综合治理转向生态调控，以提升生态功能为主。经过大规模的生态工程实施，我国土壤侵蚀治理已取得显著成效，治理重心从遏制面积扩张转向生态功能提升为主，因此治理范式应从综合治理转向生态调控。综合治理主要基于区域的经济因素，兼顾社会和生态效益，侧重于各类措施直接对土壤侵蚀本身进行调节和控制;生态调控主要以生态系统功能与生态安全为前提，强调长期和整体的生态系统服务功能，侧重于通过措施来加强生态系统本身的健康程度，改变生态系统的物质、能量和信息流的关系。“综合治理”是“生态调控”的基础和手段，“生态调控”则是“综合治理”的继承和发展。土壤侵蚀生态调控围绕生态系统整体性，以生态系统功能和服务为出发点，使用包括综合治理在内的多种管理和治理技术，对侵蚀泥沙的功能流进行合理调节和控制，变对抗为利用，变控制为调节，将土壤侵蚀防治与其他高效农业技术融为一体。通过综合、优化、设计，结合上行效应(bottom to up)和下行效应(top to down)的策略，从整体上对土壤侵蚀进行调控，以达到土壤侵蚀治理的真正目的——农业生产的高效和环境的可持续。

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关键词：土壤侵蚀 流域综合治理 生态文明建设 bottom 可持续发展