展望土壤侵蚀研究的优化方向

一个国家土壤侵蚀是加剧还是得到控制,不仅直接关系到农林牧生产,而且影响到资源利用与环境保护、防灾减灾,乃至社会的发展和进步。我国土壤侵蚀的研究是在密切联系生产实际问题中逐步深入和发展的;在与国际接轨过程中,突出了自身特点,发展了具有中国特色的土壤侵蚀学科体系,我国土壤侵蚀的研究领域比较宽广,以下重点阐述三个方面。

(1)土壤侵蚀调查与基础性、关键性问题的研究。土壤侵蚀作为专门问题的研究,起始于追究河患,尤其是多沙多灾的黄河,带动了黄土高原水土流失的研究。自20世纪50年代以来,国家在编制大江大河治理规划或各个省(区)编制国土整治规划时,均把查明水土流失、编制水土保持规划作为其重要组成部分。通过承担土壤侵蚀调查国家任务,开展了土壤侵蚀分类、侵蚀强度分级和侵蚀区划等基础性、关键性问题的研究。

1)研究建立了土壤侵蚀分类原则和系统。基于中国土壤侵蚀类型的多样性和复杂性,在以侵蚀蓄力作为一级分类基础上,又划分了二级、三级的侵蚀类型。土壤侵蚀类型的科学系统分类是查明土壤侵蚀状况和编制土壤侵蚀图的基础。

2)研究建立了土壤侵蚀区划的原则和系统。土壤侵蚀区划即依据土壤侵蚀类型、强度及其自然和社会经济影响因素,在一定区域的相似性和区域间的差异性进行的区域划分。我国自然和社会经济条件的复杂性,决定了侵蚀区划的重要性和必要性。基于全国六大流域(松辽、海滦、黄河、淮河、长江、珠江)、各省(区),乃至全国性水土流失治理和国土整治的需要,研究建立了不同尺度的土壤侵蚀分区原则和系统。基于我国土壤侵蚀区域分异的某些特殊性,同时研究划分了复合侵蚀区。加强对这两种营力交互作用形成的特殊侵蚀类型和侵蚀复合区域的研究,将丰富和发展土壤侵蚀区域研究领域,同时对指导生产治理有重要意义。

3)土壤侵蚀调查研究方法的进展。自20世纪50年代以来在实地考察研究基础上,延伸开展了土壤侵蚀定量评价的定位观测研究,包括河流水文站的径流、泥沙的观测,以小流域为单元的径流、泥沙量观测,径流小区的径流泥沙量观测等。据统计,1919～1984年,黄河流域共积累了6450个水文站年,461个小流域年和1413个径流小区的径流、泥沙观测资料。丰富的数据库成为研究确立侵蚀强度分级标准和侵蚀分区的重要依据。近年来,应用人工降雨试验研究,补充了某些观测数据资料的不足。

现代遥感技术的应用,明显提高了土壤侵蚀调查的进度和精度。随着国民经济建设的发展,土壤侵蚀调查研究除定期进行复查外,开展了动态监测研究,包括RS、GIS和GPS等先进技术的应用,为预防监督、治理效益评价、治理部署和投资决策,及时提供科学依据。我国的复杂地形和侵蚀类型的多样性,将促进3S调查研究方法的改进和创新。

(2)土壤侵蚀过程及其机理的研究。土壤侵蚀过程的研究基本上分两大方面:其一是指宏观的地质时期、历史时期和近代、现代土壤侵蚀的过程及其与自然、人文环境演变的机理;其二主要是坡耕地土壤侵蚀过程及其机理的研究。

1)地质时期和历史时期以来土壤侵蚀过程的研究。通过黄土高原古地貌演变及深厚的黄土层内古环境信息的研究,论证了自然侵蚀的发生演变过程。通过大量历史遗迹、历史资料的考证说明,随着人为活动对生态平衡破坏的加剧,土壤侵蚀由自然侵蚀演变为加速侵蚀,侵蚀速率增长了数百倍、数千倍以上。研究证明黄河泥沙起源于地质时期,自历史时期以来因人为加速侵蚀黄河泥沙呈增长趋势。当今我国绝大部分地区天然植被均遭破坏,人力加速侵蚀已占主导地位,不仅大幅度增加入河泥沙,而且因侵蚀造成的退化生态系统,已威胁到再生产,乃至人类的生存。侵蚀逆境上要表现为水、土资源的衰减,土壤质量下降,生物多样性消失,土地荒漠化扩展,洪旱灾害加剧等系列恶性循环。因此,土壤侵蚀的研究不再限于水土流失对治河的影响,已扩展到侵蚀环境形成机制及其全面调控的研究,并延伸到全球变化领域,随之拓展了土壤侵蚀学与环境学的交叉这一新研究领域——土壤侵蚀环境学(唐克丽等,2000)。(www.xing528.com)

2)坡耕地土壤侵蚀过程及其机理的研究。毁林毁草开发丘陵山区是人为加速侵蚀的主要方式,世界上很多国家的土壤侵蚀主要发生在坡耕地,其流失总量达250亿t。美国的通用土壤流失方程(USLE),或修正通用土壤流失方程(RUSLE),主要用于预报坡耕地的水土流失量。

我国坡耕地土壤侵蚀有其特殊的发展规律:坡度陡峻,地形破碎,从丘陵坡面延续发展到谷坡;地面组成物质由数十米的厚层黄土到土层不足20cm 的粗骨土;侵蚀方式沿坡面自上而下呈发展趋势,由通常的溅蚀、片蚀、细沟侵蚀,演变发展成浅沟侵蚀,并激发或加剧沟谷侵蚀及滑坡、泥石流灾害。坡耕地侵蚀发生发展的物理过程及其动力机制是我国研究坡面侵蚀过程机理的重点,对确定退耕上限坡度,指导治理措施的配置,以及建立坡耕地土壤侵蚀预报模型,提供重要的理论依据。这方面的研究带动广土壤侵蚀学与环境流体力学的交叉——土壤侵蚀力学的发展(唐克丽,2000),并正在研究建立适于我国的坡耕地水土流失预报方程。

3)我国土壤侵蚀预报的研究。在参考美国通用土壤流失方程(USLE)的基础上,在东北黑土地区、黄土高原及南方丘陵山地,均分别研究了适合于本地区的各项参数;并根据黄土丘陵区土壤侵蚀方式垂直分布的特点,进行了溅蚀、细沟侵蚀预报的探讨,均取得了一定的进展。当前随着坡耕地退耕还林还草和生态环境建设的大规模推进,土壤侵蚀预报应密切结合治理进展予以开拓。

(3)土壤侵蚀与沟道河流泥沙输移及洪涝灾害关联的研究。我国黄河泥沙问题的研究居世界先进水平,相应发展了河流泥沙动力学。就沟道、河流泥沙输移规律,确定了重点治理的粗沙、多泥沙水系及加强蓄水、拦泥的工程措施,对加快削减黄河下游河床粗泥沙的淤积起重要作用。就河流泥沙的输移,进一步追溯流域的侵蚀产沙规律,包括侵蚀产沙的部位、侵蚀产沙地层和侵蚀产沙方式,对推进流域面上土壤侵蚀的治理,就地减少入河泥沙,将取得侵蚀环境整治与治河的双重效益。通过侵蚀产沙与泥沙输移机制的研究,正在研究建立以流域为单元的水蚀预报方程。

以土壤侵蚀学与水文学的渗透与交叉,研究侵蚀产沙与河流泥沙输移机制,有可能对治河及防灾减灾有突破性的推进作用,同时将带动一门新的交叉学科——侵蚀水文学的发展。展望未来,我国土壤侵蚀学的研究应立足本国的实际问题,吸取国外先讲科技与发扬本身特色相结合,在生产治理和学术理论两方面将取得新的成就。

(4)水土保持与流域综合治理。水土保持是针对水土流失水而言的。我国土壤侵蚀类型复杂,侵蚀危害巨大,进行水土保持措施有机结合,是未来水土保持工作的重要内容。水土保持必须与流域综合优化生态环境优化生态环境紧密接合。水土保持应遵循自然规律,根据不同流域的具体情况,采取合理工程措施、农业措施和生物措施及其科学配置,以改善环境质量和促进流域健康为目标,以治理水土流失为核心,以基本农田建设为基础,以大流域为重点,以小流域为单元,以黄土高原、长江中上游、风沙区3个重点水土保持工程为突破口,实行集中治理综合和分区防治战略。在科学研究方面,应强调紧密结合国家需求,开展水土保持定量区划与分区治理模式、水土保持与生态建设的区域环境效应评价、区域水土保持与全球变化、水土保持措施效益评价、不同区域水土保持与生态修复技术评价体系、水土保持社会学和经济学方面的研究等。在水土保持技术和实践方面,应集中在一些关键技术问题上,如:动态监测评价关键技术;降雨地表径流调控与高效利用技术;坡地整治与坝系优化建设技术;林草植被快速恢复与建造技术;水土保持产品开发技术;边坡生态修复技术;水土保持新材料、新工艺、新技术等;在实践上应逐步调整产业结构,发展水土流失区经济,增加当地农民收入,建立水土保持型生态农业,实行改善环境与富民并举,最大限度实现水土保持的社会、经济和生态环境效益。