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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流我国土壤侵蚀与水土保持科学研究进展（作业未发表）.精品文档.我国土壤侵蚀与水土保持科学研究进展摘 要：当今世界威胁人类生存的两大问题:一是环境污染 ,二是水土流失。本文简述了我国土壤侵蚀和水土保持起源、发展及现代土壤侵蚀和水土保持的研究状况，最后对我国土壤侵蚀和水土保持研究进行了展望，旨在了解总结水土保持研究进展，为更进一步搞好水土保持研究和工作提供参考和进行指导。关键词：土壤侵蚀；水土保持；研究进展据联合国开发计划署资料 ,由于土壤侵蚀 ,世界每年丧失耕地500万700万hm2。另据世界沙化会议的资料 ,全球土地受到沙化影响的面积3800万
2、km2,约分之二的国家和地区深受其害,涉及全球40 %以上的人口1。.因此 ,保持水土、保护土地、防止水土流失,已成为当今世界各国普遍关注的重大问题。目前 ,我国水土流失的总面积约为 367 万 km2,占国土面积的38 %。水土流失导致的土地资源退化、 洪水和干旱以及沙尘暴 ,成为中国的头号环境问题2 。.因此水土保持工作被我国政府列为基本国策之一。水土保持是一项利在当代，功在千秋的伟业，需要社会各行各业的参与，国家把水土保持列为一项基本国策长期坚持，政府以制定政策、发展规划、指导监察成为水土保持事业的领头羊，人民群众是水土保持事业的主要参与者和受益者，而专门从事水土保持的科研和实践工作者则
3、是水土保持事业的先锋。水土保持科学规律的研究与实践对水土流失的治理，生态环境改善，人民生活水平的提高无疑产生巨大的影响。1 我国水土保持与土壤侵蚀的起源及发展世界上原本没有水土保持，而水土流失与地球上的土壤一起诞生，只是由于自然和人为活动的原因，水土流失影响了人类的生存和发展的时候便产生的水土保持。水土流失刺激了水土保持的产生发展，尤其是进入工业化时代，人为不合理的开采自然资源，毁林垦荒，乱砍滥伐，过度放牧，过度使用水资源等活动严重的破坏的水土资源的可持续发展。1.1水土保持的起源及发展在早在远古时代,黄河流域就有“平治之水”、“沟洫治黄”之说。春秋后期 ,随着人口的增加 ,人们扩大垦范围 ,
4、水土流失现象日益加重 ,腊祭在其祝词中提到 “土反其宅(返回到安定状态) ,水归其壑 ,草木归其泽”。辛树帜认为 ,该祝词反映了水、土、草、木资源平衡和水土保持的观念3, 这是我国历史上最早出现的关于水土保持的记载。北宋和明清时期黄河下游决溢灾害 ,几乎每两年发生一次。此时比较有代表性的理论有“治河、垦田与沟洫治河”论、“治水先治源”论、“汰沙澄源”论和“森林抑流固沙”论等4。历史上的水土保持措施也有了一定的发展，其中耕作措施有川田发和区田法，工程措施有梯田、引洪漫地、淤地坝、陡塘，林草措施有，封山育林、植树造林和陡塘、坝堰、堤岸营造防护林。我国近代的水土保持始于20世纪20年代截到现在已80
5、 多年历史了。在这80多年中 ,水土持事业发生了巨大的变化。第一阶段，水土流失定位观测试验阶段，1933 年成立了黄河水利委员会5。1940年,黄河水利委员5会林垦设计委员会与金陵大学农学院、四川大学农学院在成都召开了防止土壤侵蚀的科学研究会,会上首次提出“水土保持”一词。同年 8月林垦设计委员会改名为水土保持委员会 ,水土保持开始成为专用术语6。并且20世纪40年代先后在甘肃天水、四川内江、福建长汀河田、广西柳州西江等地设立了水土保持试验站 ,对水土保持的技术措施进行试验。第二个阶段，以流域为单元的综合治理阶段。这期间 ,各地区针对水土保持不同类型区的水土流失规律、水土保持措施及其效益进行了
6、定位试验和专题研究。试验推广了机修梯田、反坡梯田、引洪漫地、水坠筑坝、水枪冲土、 飞机播种、水土保持林等科研成果 ,为水土保持科学的形成奠定了基础5。第三阶段区域治理,深入发展阶段，1991年6月19日 ,中国第一部 水土保持法 诞生了 ,将水土保持工作用法律形式固定下来 ,标志着水土保持工作进入稳定发展的法制化阶段。点。20世纪90年代 ,党中央从可持续发展的战略高度提出了建设 “山川秀美” 的号召 ,从此拉开了中国生态环境整治和重建的序幕。1.2 我国土壤侵蚀概念形成和研究范畴 中国土壤侵蚀专有名词的出现，尚无确切考证。中国和美国土壤学家共同考察中国土壤，首次提出了片蚀、沟蚀、崩塌和陷穴等
7、侵蚀种类20世纪40年代，我国土壤学家马溶之，李连捷和朱显漠，先后进行了黄河中游，嘉陵江流域及江西地区土壤侵蚀和水土保持的调查研究，明确提出了水力、风力和重力的侵蚀营力的概念，划分了片蚀、沟蚀、塌陷和土滑等侵蚀种类。黄秉维8根据地面植被覆盖的完好程度, 主要侵蚀营力和地貌形态特征编制的 “黄河中游土壤侵蚀分区图” 将黄土高原的侵蚀营力分为自然营力和人为营力, 再按照外营力的性质将土壤侵蚀分为水力侵蚀、 重力侵蚀和风力侵蚀三种。朱显谟9等对黄土区的侵蚀类型又作了详细的划分。对土壤侵蚀的定义种类很多，简单说土壤侵蚀是指土壤在外营力作用下被剥蚀、破坏、 分散、 分离、 搬运和沉积的过程。土壤侵蚀是水
8、土保持的基础，故本文以土壤侵蚀和水土保持为两大片进行简单论述，两者相互呼应。2 现代土壤侵蚀研究进展2.1 土壤侵蚀的机理研究土壤侵蚀机理的研究目的在于预报流域侵蚀产沙量,因此,只有不断深入地进行土壤侵蚀机理的研究 ,才能更好地对流域的土壤侵蚀产沙量进行模拟和预报 ,进而指导水土保持措施配置 ,防治和减少水土流失。土壤侵蚀机理的研究最早始于 19 世纪晚期 ,但在当时仅仅是限于侵蚀产沙的表面现象观测和定性描述10 20 世纪60年代,土壤侵蚀和产沙的机理研究得到了一定发展。80 年代以后,土壤侵蚀机理研究取得长足进展 ,特别是在水力对土壤侵蚀机理方面的研究较为系统和深入。同时 ,对影响土壤侵蚀
9、因子如降雨、土壤特性、地貌形态、土地利用方式和植被覆盖度等的侵蚀机制也进行了大量研究。有关研究认为 ,坡面侵蚀过程自降雨到达地面开始 ,首先从溅蚀、片蚀、细沟侵蚀,然后发展到浅沟侵蚀、切沟侵蚀。1988 年 ,我国著名院士黄秉维先生从水力侵蚀的研究机制出发 ,认为坡面水蚀分为两步:首先是土粒与土体的分离 ,其次是细沟间片流剪切力11,20世纪90年代以来,土壤侵蚀机理研究又取得了新的进展,充实了土壤密度、持水性、颗粒尺度、水力传导性、植物根系、切沟侵蚀等方面的研究12 。2.2 土壤侵蚀的研究方法 现有的土壤侵蚀研究方法很多,大致可分为野外调查法、径流小区法、侵蚀模型法、元素示踪法和3S技术应
10、用等。各种方法各有优缺，传统的野外调查法和径流小区法虽被广泛应用,且其研究价值也已得到普遍肯定,但它们在研究大尺度上的土壤侵蚀变化和土壤迁移的空间分布时表现出明显的不足和局限性,很难满足实践的需要。而3S技术和同位素失踪技术则可以解决传统方法的局限性。3S（GPS、RS、GIS）技术在区域土壤侵蚀研究中发挥着越来越重要的作用，GPS实时高精度全天候的定位，RS提供丰富的土壤侵蚀的数据源，并对图像进行增强、判别、解译、分类等，达到对土壤侵蚀进行实时动态变化规律的监测，GIS强大的地理信息处理功能，对数据的建库、处理、渲染、模型建立、信息查询、分析、三维可视化、制图等，3S技术的集成在土壤侵蚀动态
11、监测、滑坡、沙尘暴、水灾、石漠化监测、森林覆盖等方面已经取得了很大的成功。3S的应用提高了土壤侵蚀的调查效率和准确度，节省人力物力资金，更能满足土壤侵蚀的研究的要求。但3S技术一些方面得应用技术还不够成熟，加之对使用者的技能素质有较高的要求，以此3S不能在土壤侵蚀研究中得到3S应发挥的作用，不过3S技术将会是土壤侵蚀研究的重要方法之一，是不可取代的，它将在本行业发挥更大的价值。放射性核素示踪法在土壤侵蚀研究中的应用,是从20世纪60年代初Menzel13 l研究土壤侵蚀和放射性核素沉降的关系后逐步发展起来的。目前主要的示踪核素包括137Cs、210Pb、 7Bb、 226Ra、 232Th、
12、90Sr等,其中以137Cs和210Pb的示踪技术较为成熟。这些核素在土壤剖面中具有独特的垂直分布特征和分布深度，可以根据其分布特征应用单一核素或23种核素复合示踪泥沙来源。由于放射性元素的沉降主要集中在表土，而有些地区由于强烈的侵蚀，表土已侵蚀殆尽，从而限制了其在实际中的应用14 。2.3 区域土壤侵蚀研究2.3.1 黄土高原土壤侵蚀研究 对土壤侵蚀类型及其影响因素的研究。朱显谟15研究了黄土地区植被因素对水土流失的影响。谢云、刘宝元等16认为黄土高原坡面侵蚀的侵蚀性降雨雨量的标准为12 mm , 雨强标准为0. 04mm m in。周佩华等17对黄土高原土壤侵蚀特点与植被对土壤侵蚀的影响进
13、行了研究。 西北林学院的刘秉正18提等(1997)研究了地形- 植被与侵蚀之间的关系。蔡强国18研究了坡长与侵蚀量的关系, 认为当径流小区坡面产流量相同时, 20 m 坡长小区单位面积的侵蚀量最大。陈永宗19 出水蚀的临界坡度为28. 5。曹银真对黄土地区重力侵蚀的机理进行了研究。朱震达对风蚀进行了大量研究。对水土流失的区域分异进行了研究，黄土高原侵蚀类型繁多, 其地域分布深受自然环境的制约, 表现出明显的地域分异规律。地理学家根据黄土高原侵蚀类型的地带性分布模式将其划分为: 干旱荒漠草原带,半干旱草原带和半湿润森林草原带。侵蚀垂直分带性为研究不同部位的侵蚀方式提供了理论依据。黄土地貌具有明显
14、的垂直分带性, 坡面侵蚀产沙也存在垂直分异规律。坡面侵蚀研究向定量化方向发展针对我国黄土高原坡陡、沟深的特点, 我国学者进行了一系列的侵蚀定量化研究, 重点研究了坡面雨滴溅蚀、 薄层水流侵蚀、 细沟侵蚀和浅沟侵蚀。2.3.2 西南喀斯特区土壤侵蚀西南喀斯特地区土壤侵蚀的格局研究主要有以下几个方面。陈晓平针对喀斯特山区环境及土壤侵蚀发生的独特性, 以滇东南的峰丛洼地区域典型侵蚀研究区所作的观测试验为基础, 探讨了喀斯特山区环境土壤侵蚀现状特征与侵蚀分级, 发现研究区的土壤侵蚀以中、 强度为主, 处于极严重的潜在危险程度, 认为喀斯特山地土壤侵蚀类型多样,组合各异, 以面蚀、沟蚀、石隙刷蚀、潜蚀等
15、水力侵蚀为主, 崩塌、滑坡等重力侵蚀为辅。袁道先采用石漠化概念，杨汉奎采用喀斯特荒漠化概念, 都是用来表征植被、土壤覆盖的喀斯特地区转变为岩石裸露喀斯特景观的过程20。苏维词通过对贵州喀斯特山区的研究, 将该地区的土壤侵蚀性退化划分为三种类型:石漠化、土壤贫瘠化、土壤结构性恶化21。土壤侵蚀状况的研究主要有以下几个方面。碳酸盐岩区域物理侵蚀速率虽小, 但却导致区域土层处于负增长状态,促使岩体裸露, 石漠化趋势加剧。周忠发等利用在 GIS支下的遥感技术, 对贵州省水土流失的现状进行调查, 对时空分布变化及评价进行了分析22,发现纳雍县的土壤侵蚀面积与1987年侵蚀统计数据相比在减少, 表明水土流
16、失治理取得了一定的成果。西南喀斯特地区土壤侵蚀机制机理研究主要有。在喀斯特地区, 土壤侵蚀的发生往往是与多种自然因素相联系的。首先, 岩性是影响喀斯特地区土壤侵蚀的最主要原因。其次, 喀斯特地区土壤多为土质粘重的富含铁质的粘土,土层中呈现上松下紧的物理性状不同的界面; 同时土体 B 层直接覆盖于基岩上, 呈现软硬不同的界面,因此土壤易被侵蚀和产生土体整体滑移, 导致土下溶蚀形态如石牙等出露。第三, 喀斯特环境独特的二元结构和地貌特征是土壤石漠化产生的主要自然原因, 人类对生态系统的破坏和土地不合理利用则是喀斯特石漠化的诱发因素苏维词从岩性、地貌、人类活动等方面详细剖析了土壤侵蚀性退化的成因机理
17、, 指出土壤生态系统的脆弱性是喀斯特山区土壤侵蚀性退化的内因, 而不合理的人类活动则是该地区土壤侵蚀性退化的诱因和外动力23。2.4 土壤侵蚀模型研究土壤侵蚀预报是有效监测水土流失和评估水保措施效益的手段, 侵蚀模型则是进行土壤流失监测和预报的重要工具。自20世60年代以来, 国内外已经开发出许多实用的土壤侵蚀预报模型。根据土壤侵蚀模型的建模手段和方法, 一般可以将其分为经验统计模型和物理成因模型。经验统计模型是通过试验观测资料和数理统计技术, 选定影响土壤侵蚀的相关因素, 得出计算土壤流失量的方程式。物理成因模型以土壤侵蚀的物理过程为基础,利用水文学、水力学、土壤学、河流泥沙动力学以及其他相
18、关学科的基本原理, 根据已知降雨、径流条件来描述土壤侵蚀产沙过程, 从而预报在给定时段内的土壤侵蚀量。（1）经验统计模型坡面经验模型主要参考或直接利用U SL E 的基本形式, 结合我国当地的地貌特征, 然后根据我国的观测资料, 计算土壤侵蚀的各影响值。流域侵蚀产沙经验模型，流域侵蚀产沙经验统计模型中, 由于试验观测资料的差异, 模型中所考虑的影响土壤侵蚀的影响因素也有所不同, 但主要从水文、气象、下垫面因素考虑。（2）物理成因模型理论模型以数学方程的形式总结出土壤侵蚀过程与影响因素之间的内在关系, 模拟各种不同形式的侵蚀过程和预报土壤侵蚀在时空上的变化, 模型在推导过程中需作必要的简化和抽象
19、化处理。坡面物理成因模型，流域物理成因模型。3 现代水土保持研究进展2 0世纪50 年代以来 ,水土保持的科学研究主要紧密围绕国家任务和生产治理的需要而进行的,水土保持工程措施、林草措施和农业措施这三大措施的研究与应用已经比较成熟，水土保持三大效益生态效益、社会效益、和经济效益的分析研究也有很多，此文把水土保持的科学研究分为基础性、综合性的研究和关键性科学技术应用研究两个方面进行介绍。3.1水土保持基础性、综合性研究。3.1.1 水土保持规划与土壤侵蚀基础性研究结合国家制定大江大河治理和国土整治规划 ,相应开展水土保持区划、 规划的研究。20 世纪 50年代朱显谟进行的黄土区土壤侵蚀分类 ,黄
20、秉维编制的黄河中游土壤侵蚀分区图 ,为引用至今的基本科学依据24。 3.1.2.水土流失规律和水土保持措施效益定位观测基础性研究我国1919 年开始在黄河干支流建立水文站 ,1942 年在天水水土保持试验站建立径流小区定位观测站。自20 世纪 50 年代起在重点水土流失区 ,逐步建立以沟道小流域为单元试验站 ,进行水土流失规律和水土保持措施效益的定位观测研究 ,为建立我国土壤侵蚀预报模型和编制水土保持规划 ,奠定了重要的基础25。 3.1.3以小流域为单元的综合治理试验研究以小流域为单元的综合治理试点起始于 20 世纪50年代 ,自20世纪80年代在全国范围内开展了重点治理小流域的试点工作。“
21、七五” 期间 ,在国家科技攻关黄土高原综合治理项目中 ,专列了以小流域为单元的综合治理试验研究 ,并荣获国家科学技术进步一等奖26。3.2应用性研究水土保持应用性研究主要是水土保持工程技术研究和水土保持农业技术研究。在黄土高原取得了机械化修梯田、水坠法筑坝技术、定向爆破筑坝技术研究的成功 ,使梯田和淤地坝的建设有了突破性的进展。水力治沙造田技术使沙漠的改造和沙区农业可持续发展展示了新的前景27。黄土高原道路规划布设和防冲技术的研究成功 ,有效地防止了道路侵蚀 ,推进了广大水土流失区小流域山水田林路的全面规划和综合治理。水土保持农业技术研究方面 ,围绕建设基本农田和高效可持续发展农业 ,相继开展
22、了新修梯田快速熟化改土培肥技术、“以肥调水”平衡施肥技术、旱作节水农业技术、聚水微灌技术、地膜覆盖技术及农林复合生态农业技术等研究。4 展望4.1土壤侵蚀研究展望从地质学角度看, 我国的土壤侵蚀仍将继续发生, 加上全球气候变化和一些未知因素的存在会使侵蚀方式不断复杂化。 但是随着人们对生态环境保护意识的不断提高和研究方法、 研究手段的进一步深入, 土壤侵蚀强度必将得到不同程度的缓解。未来的研究会向更深、更细、更广的方向发展。将主要体现在三个方面:(1)研究层次更加深入。未来土壤侵蚀研究必将基于物理过程的定量描述, 来建立更加准确、 通用的侵蚀预报模型,为预测预报土壤侵蚀和土壤保持决策发挥更加重
23、要的作用。(2)研究方法更加先进。遥感(RS) , 地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)是将来对地观测系统中空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的3大技术,也是土壤侵蚀研究走向定量化描述的方法之一。 放射性核素及REE (RareEar th Elements) 示踪技术, 以及磁性示踪等示踪技术的应用将为土壤侵蚀研究提供新的研究方法。(3)研究范围更加广阔。从全球尺度来看, 随着侵蚀发生的复杂性和人们认识水平的不断提高, 侵蚀的研究趋向于从坡面小流域- 区域全球模式发展。 土壤侵蚀研究与全球气候变化、 农业生产、环境污染(尤其是面源污染)紧密结合是今后侵蚀研究的趋势。4.2 水
24、土保持研究展望水土资源是立国之本,是人类赖以生存和发展的最基本的物质基础28。我国虽然经过几十年的治理 ,水土流失有所缓解 ,但未能从根本上解决这个问题。水土流失已经成为中国最大的生态环境问题 ,严重阻碍了国民经济的发展。所以有必要加快发展水土保持事业。展望未来 ,我国的水土保持工作要重视以下几个方面的问题。(一)加强水土保持的可持续发展。水土保持是经济建设与发展的重要前提和保证。水土保持的可持续发展应通过水土保持措施 ,有效地改善生态环境,使人类生产生活的最基本生产要素 水土资源得到有效保护和利用 ,协调人与自然的关系 ,形成生态生产力29。(二)加强水土保持的综合治理为了有效防治水土流失
25、,充分利用水土资源 ,农林牧业各得其所 ,就要通过规划 ,依照水土流失规律 ,安排各项治理措施。治山治水相结合 ,以治山为主 ,治山是本 ,治理水土和防洪抗洪是标 ,治上与治下相结合。治理大流域与小流域要相互结合 ,以小流域为单元 ,从上到下 ,从坡到沟 ,工程措施、 植物措施和蓄水保土耕作措施相结合 ,山水田林渠综合治理 ,综合开发 ,使农林牧业全面发展。（三)推进水土保持科技研究根据目前我国水土保持生态环境建设科技需求 ,结合国内外水土保持科学发展趋势 ,应积极推进研究以下技术: 水土保持生态建设动态监测评价关键技术; 降水地表径流调控与高效利用技术; 坡地整治与沟壑坝系优化建设技术; 林
26、草植被快速恢复与建造技术30。 (四)加快水土保持产业化的发展这是随着治理规模和治理开发统一程度的提高 ,水土保持发展的必由之路。从21世纪的发展看 ,水土流失区要从温饱达到富裕 ,就要在综合治理的同时 ,将低效或无效的侵蚀劣地改造为高效的优质土地 ,发展各具特色的产品 ,发展水土保持产业31。(五)建立水土流失动态监测监控预报系统,为政府决策提供科学依据。及时掌握水土流失消长动态 ,可以有针对性地采取有效措施防止水土流失的恶化。按 水土保持法实施条例 规定 ,建立水土保持监测网络 ,预报水土流失发展趋势和水土保持成效 ,并提供主管部门定期公告。参考文献:1 周作亨.国内外水土保持发展的动态综
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