第二节 研究进展

一、相关概念分析

1.土壤侵蚀与水土流失

土壤侵蚀（Soil Erosion）术语最初于1911年由McGeeg以英文提出，并出现在1936年Ayres出版的《土壤侵蚀及其防治》一书中，以其他语言出现则在1937年以后（郑粉莉等，2004）。20世纪30年代“土壤侵蚀”一词从欧美传入中国，水土保持科技人员开始把“水土流失”作为“土壤侵蚀”的同义词来使用。目前，在我国水土流失一词应用更为普遍，国外则相反，几乎没有用“水土流失”这一术语的（景可，1999）。土壤侵蚀是指在水力、风力、冻融、重力以及其他外营力作用下，土壤、土壤母质及岩屑、松散岩层被破坏、剥蚀、搬运和沉积全部过程（中国大百科全书，1992）；关君蔚（1995）对水土流失的定义是：在陆地表面由外营力引起的水土资源和土地生产力的损失和破坏；王礼先等（2004）认为水土流失是指在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源、土地资源和土地生产力遭受的破坏和损失，包括土壤表面侵蚀及水的损失，又称水土损失。宋桂琴（1997）认为水土流失中的“土”不仅仅指生长植物的土壤，而是指包括土壤在内的土壤母质、岩石风化物及其所含的各种营养元素等固体物质。水既是流失的主体，又是造成流失的动力之一。“流失”一词是相对的概念，它不是说“水”与“土”消失了，而是从某一地（特定的区域）移动到另一地。概括起来，水土流失应定义为：地表水及固体物质（土壤、母质、岩石风化物等）在外力作用下，从特定的土地单元输移出去的过程，其内涵着重强调物质发生位移的事实。而土壤侵蚀是指在外部营力作用下土壤物理结构或化学成分发生破坏或位移的过程。

从对土壤侵蚀和水土流失的定义描述来看，两者还是有所区别的，前者强调过程，包括土壤破坏过程或输移过程，后者强调“流失”这一事实结果。根据上述土壤侵蚀及水土流失的有关定义及科学名词严格规范要求（全国科学技术名词审定委员会，1998），水土流失应该指在外营力的作用下，水和土从原地的搬运和流失，着重侵蚀的后果，主要指水土流失量。而土壤侵蚀的涵义更加广泛，着重强调的是侵蚀过程。我国很多学者倾向于将土壤侵蚀和水土流失两个概念区别开来，认为水土流失的含义及研究范畴与土壤侵蚀有所差别，土壤侵蚀在广度和深度上都要大于水土流失，后者多用于评价土壤侵蚀后水与土的损耗（史德明，1998；谢洪等，2002；唐克丽，2004）。

但是，我国有些学者则认为两者在我国目前具体使用上没有区别，是混淆使用的，中国农业百科全书（1996）对土壤侵蚀和水土流失的定义也基本类同。景可（1999）认为土壤侵蚀的实质就是水土流失。杨子生（2001）认为土壤侵蚀和水土流失在概念上虽有所不同，但实际上是一回事。

从科学研究角度考虑，对土壤侵蚀和水土流失两个术语进行区分是有必要的，因为对于科学研究来说，更注重事物的发展过程及影响因素，但是科学研究是有明确的研究目标和目的，即针对性的。而土壤侵蚀更强调侵蚀过程、侵蚀与资源环境演变的关系，水土流失更强调最终的后果，是土壤侵蚀影响的结果，因此在相关生态环境研究过程中，应当适当对土壤侵蚀与水土流失两个科学术语加以区别。同时，土壤侵蚀这一概念所包含的内容也应具有时代特征，即土壤侵蚀过程与环境之间的响应关系并不唯一，而是因地因时而变。在我国，所要解决的土壤侵蚀与环境响应之间的问题，会因不同气候带而表现出不同的特征，在湿润地区，着重强调水蚀及其引起的环境响应，在干旱区则重点注意风蚀及其引起的环境响应，而在高海拔或高纬度地区则尤其需要考虑冻融侵蚀及其引起的环境响应。同时，在我国不同区域所要解决的土壤侵蚀问题也因土壤侵蚀动力的差异性也有较大差异，诸如，风力和水力侵蚀引起的土地退化现象；在干旱、半干旱和部分半湿润地区，由于人为过度开发，所引起的土地荒漠化现象；在湿润区，由于人为过度活动所引起的土地石质化现象。同样，在国外，由于自然环境不一样，他们所面临的土壤侵蚀问题就有可能与我国有所差异，比如在日本，土壤侵蚀问题除了一般的水蚀过程外，主要是指由于降雨引发的山体滑坡、崩塌、陡坡地坍塌等重力侵蚀形式。

2.水土保持

水土保持是相对于水土流失而言的，即防治水土流失，保护、改良与合理利用水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的生态效益、经济效益和社会效益，建立良好生态环境的事业，其核心是土壤的保持（或土壤流失防治）（关君蔚，1996；杨子生，2001；王礼先，2004）。我国土壤学界老前辈陈恩凤先生（1957）也指出：“吾人初谓保土学，近又改称水土保持学，在学理上无甚异处，仅为名称之改进而已”，即他认为水土保持就是保土（土壤保持）。国外多使用“土壤保持”（soil conservation）一词，有的也用“水土保持”（soil and water conservation）这一术语，其含义较明确，即指土壤侵蚀（或土壤流失、水土流失）的防治，核心是土壤的保持（即保土）。如美国水土保持创始人H.H.Bennett在1947年对什么是水土保持作了如下解说：简言之，土壤保持是指在实行保护土地不受侵蚀的农业制度下很有效地利用土地。H.Kohoke等在1959年，又给土壤保持作了概念上的说明：土壤保持与土壤侵蚀防止（soil erosion control）在美国是同义语，但土壤保持的意义要广泛些。它不仅包含沟道治理、广泛利用牧草、修筑梯田和作物带状间作等，而且包括了全部诸如正确利用土地和采用有效措施的一切事宜。

《中华人民共和国水土保持法》第一条指出：为预防和治理水土流失，保护和合理利用水土资源，减轻水、旱、风沙灾害，改善生态环境，发展生产，制定本法；第二条指出：本法所称水土保持，是指对自然因素和人为活动造成水土流失所采取的预防和治理措施。由这两条具体定义性的条文可以理解为：水土保持就是“防治水土流失”，其根本目的是为“保护和合理利用水土资源，减轻水、旱、风沙灾害，改善生态环境，发展生产”服务。

从上述分析来看，水土保持的对象不只是土地资源，还包括水资源。不能把水土保持理解为土壤保持、土壤保护，更不能将其等同于土壤侵蚀控制，水土保持有其更深、更广的含义，在现在自然地理研究过程中，水土保持已经融入整个生态环境保护，是自然资源保育的主体。水和土是人类、自然环境赖以生存的基本物质基础，水和土的损失及恶化将直接影响到整个生态系统，特别是当今人类社会的高度发展对水和土地产生了重大影响，这种影响正在改变着与人类生活密切相关的生态系统。因此水土保持对改善和建设生态环境，减少水、旱、风沙等灾害，实现自然资源的可持续发展具有重要意义。

3.范式的概念

范式的英文为Paradigm，它源自于古希腊文为Paradeiknunai，其原意是“共同显示”（show side by side），15世纪转为拉丁文Paradeigma，由此引申出范式、规范（norm）、模式（pattern）和范例（exemplar）等含义（罗珉，2006）。

在科学研究中“范式”最早是由美国哲学家、科学史学家、麻省理工学院教授托·库恩（1959）提出的，库恩（1970）在其《科学革命的结构》一书中写道：“我采用这个术语（范式）是想说明，在科学实践活动中某些被公认的范例——包括定律、理论、应用以及仪器设备统统在内的范例——为某一科学研究传统的出现提供了模型”，随后“范式”一词开始广泛地应用于管理学、社会学等社会经济科学的研究。在自然科学研究过程中，“范式”这个科学术语较早的出现在生态学中，并对生态学的发展起到了重要的作用，邬健国和Loucks（1992）提出发展了生态学范式的结构、功能、理论，邬健国（1996）进一步阐述总结了生态学范式对生态学及其相关学科的研究重要性。

总之，范式是人们在感知、认识以及研究客观事物属性过程中形成的具有普遍性特质的认知模式或范例，并且以一定的理论体系为基础。生态环境和水土保持具有互相依赖的密切联系，生态环境的改善和建设需要合理的水土保持，而水土保持的合理实施需要遵循自然环境的演变规律，它们相辅相成，互相制约。生态学范式理论结构的出现和发展为水土流失综合治理范式的研究提供了理论基础和借鉴。因此，为了更好地解决水土流失的治理问题，推动水土流失治理的研究，深入阐述水土流失综合治理范式的概念及意义，并在一定区域内建立具有水土流失普遍性特征，并具有一定理论基础的水土流失综合治理范式成为当前研究的重点，也是本文在后续章节要重点阐述的内容。

二、水土流失防治机理研究

土壤侵蚀定量研究最早始于德国土壤学家Ewald Wolly，他于19世纪末建立了第一个木质试验小区，该小区尺寸为80cm（长）×80cm（宽）×25cm（高），小区的一端装有出水口和用于收集径流的瓶子（图1-2），用于研究径流和土壤侵蚀之间的关系（Wollny，1890）。在1881年和1882年Wollny利用该小区在野外对植被覆盖度、坡度、坡向和土壤类型之间的关系进行了研究（Hudson，1971；Meyer，1984；Dotterweich，2013），在当时Wollny就指出草地可以显著降低土壤侵蚀，而增加坡度会加速产流，增加土壤侵蚀（Dotterweich，2013）。但是，在美国土壤侵蚀研究受到社会广泛关注并迅速发展，1912年美国林业局的Sampson和Weyl在犹他州布设了第一个定量观测小区，进行了土壤侵蚀量的观测实验（Romkens，1987）。1914年密苏里农业实验站的Miller等创建了“径流小区”，继而开始了土壤侵蚀影响因素的综合实验，其研究表明：土壤侵蚀在很大程度上由降雨特性决定，耕作制度，包括草滤的建立，对减少坡面侵蚀有显著的作用（柯克比，1987）。到了20世纪30年代，由Bennet领导的土壤保持局在全美发展了46个土壤侵蚀实验站，分布于26个州，试验按照统一的要求进行观测，积累了大量的土壤侵蚀实验资料（Lal，1991）。

图1-2 Wollny建立的世界上第一个土壤侵蚀试验小区

我国土壤侵蚀定量研究的工作开展较晚，始于20世纪40年代（张光辉，2001，2002）。刘善建（1953）根据径流小区观测资料，首次提出了坡面年侵蚀量的计算公式，为我国土壤侵蚀的定量化研究揭开了序幕。20世纪50年代，朱显谟先生、黄秉维先生对土壤侵蚀类型、特征、影响因素及分布区域的深入研究，为土壤侵蚀的定量研究奠定了基础。20世纪60年代，朱显谟先生关于土壤抗冲性和抗蚀性的界定，促进了土壤抗蚀能力的研究。20世纪70年代，在继续进行土壤抗冲性研究的同时，以小流域为单元进行水土流失研究和治理的思路初步形成，并对中、大尺度的土壤侵蚀研究也逐渐展开。

土壤侵蚀的发生往往是多个影响因素及其交互影响综合作用的结果（Bradford and Foster，1996；Romkens，et al.，2002）。总体来说，影响土壤侵蚀的因素可分为气候、地形、土壤、植被和人类活动五大类。阐明各种因素与土壤侵蚀之间的关系，不仅可以认清土壤侵蚀发生过程，并且能够明确如何去改变或改善某些因素，从而有效抑制土壤侵蚀发生强度。

1.土壤对水土流失的影响

土壤是水土流失的对象，其本身的性质特征直接影响着土壤侵蚀发生的强弱，因此土壤的抗侵蚀能力主要取决于土壤的内在特性，如土壤的容重、渗透性能、机械组成、孔隙状况、有机质含量、水稳性团聚体含量等指标。如在英国研究较多的是关注土壤颗粒粒径、矿物成分、黏土含量和含水量等对土壤侵蚀的影响。据对英格兰Shropshire东部Bridgnoth地区草地和裸土土壤颗粒粒径的统计，草地的粗砂比例高于裸土；在Moorfield和Herefordshire地区的观测表明，粗粉砂最易遭受侵蚀。威尔士高地的泥炭土侵蚀比矿物土严重，黏土含量在10%～25%的土壤易被侵蚀，土壤的含水量增加或含钙量减少可能导致土壤的抗侵蚀性减弱。另外，土壤侵蚀也与土壤中的物理、化学及生物作用密切相关，而这些在很大程度上决定于土壤中有机质的含量。英国某些专家认为，某些地区土壤有机质含量过低将不能维持长期的农业种植，土壤结构的强度随有机质含量的减少而降低，增加了土壤的侵蚀风险（李薇等，2010）。目前，常用土壤的可蚀性指标来表达土壤对侵蚀的敏感性。已有大量研究表明，土壤可蚀性是由土壤理化性质共同作用决定的，由于土壤团聚体是土壤结构的基本单元，其粒径分布及稳定性不仅影响土壤孔隙分布，还直接关系到水分在土表及土体内的运移方式与途径，所以土壤团聚体稳定性是影响侵蚀强度最重要和最直接的因子（Le Bissonnais and Arrouays，1997；Fox and Le Bissonnais，1998；Bryan，2000；Duiker，et al.，2001；徐燕，2005；闫峰陵，2007）。

国外从20世纪30年代开始研究水土流失与土壤性质的关系，我国则从50年代开始开展这方面的工作。Middleton（1930）提出土壤分散率（未分散土壤粉黏粒含量与水中分散土壤的粉黏粒含量之比）可以作为土壤可蚀性指标。Bennent（1926）、Middleton（1932）、Peel（1937）、朱显谟（1954，1960）、田积莹和黄义瑞（1964）等通过分析土壤的硅铝铁率、分散率、侵蚀率、颗粒组成、渗透速率、悬浮率、膨胀系统、团聚体状态等性质来评价土壤的可蚀性。同时，国内外许多学者还通过抗冲槽、抗冲仪、滴水器等装置测定水滴或水流直接冲刷土壤导致的土坑深度、土壤流失量情况及土壤团聚体分散性等来表征土壤的可蚀性、抗冲性和抗蚀性（Gussak，1946；Vilensky，1945；Alderman，1956；朱显谟，1960；蒋定生，1997；史德明，1983；李勇，1990）。Olson和Wischmeier（1963）用标准小区上的单位侵蚀力指标造成的土壤侵蚀量来表示土壤可蚀性的大小。关君蔚（1996）总结了影响土壤抗蚀性的因素主要包括土壤结构、土壤湿度以及土壤的机械组成等。Wischemier和Mannering（1996）通过不同的土壤特性与土壤可蚀性进行相关分析建立关系，获得通过测定土壤特性去计算土壤可蚀性大小的方程。从以上阐述可以了解到，早期的研究主要集中在土壤本身性质对土壤侵蚀过程的响应，且偏重于室内模拟实验或小尺度范围内。由于室内模拟实验中存在的假设条件过多，有时并不能完全代替自然界的真实情况。因此，在此基础上，我国学者吴普特（1997）在天然降雨径流小区观测条件下及人工放水冲刷试验条件下，用单位面积单位径流深对应的冲刷量表示土壤的抗冲性的大小。国外学者Barthes，et al.（2000，2002）则通过野外实验分析了从1m²至整个侵蚀坡面不同尺度上的5种土壤对径流侵蚀的敏感程度，发现土壤表层0～10cm内的土壤大团聚体（大于0.2mm）与侵蚀强度呈显著的负相关，并指出土壤团聚体稳定性可作为表征土壤可蚀性的指标。关于此方面的研究成果同样在我国得到研究验证，例如闫峰陵等（2007）对土壤团聚体稳定性与坡面侵蚀的研究表明，坡面土壤侵蚀量和径流强度与土壤团聚体稳定性存在显著负相关关系，且不同团聚体稳定性指标与两者相关程度存在差异，其中湿筛团聚体平均重量直径和大于0.25mm水稳性团聚体含量与侵蚀量和径流强度相关程度最高，这充分说明土壤的水稳定性程度是表征土壤抗水蚀能力的重要指标。

综上所述，土壤可蚀性的研究主要集中在两个层面：其一，基于土壤内在性质的土壤可蚀性评价指标研究，主要体现在土壤矿物组成和质地等基本属性对土壤可蚀性的影响方面，如通过测定和比较土壤质地、结构、团聚体特征及有机质含量、化学组成等研究土壤可蚀性；其二，基于侵蚀动力的土壤可蚀性评价指标研究，主要通过土壤本身抵抗外营力的水平来间接表达，如利用雨滴打击下的土壤溅蚀率、径流冲刷下的侵蚀率、静水作用下的分散率等指标来研究土壤可蚀性（表1-2）。

随着全球生态环境的日益恶化（Paniagua，1999），目前对土壤可蚀性方面的研究更注重采用怎样的措施能够改善或提高土壤的抗蚀性能的研究，诸如通过植被措施，保护性耕作措施可以明显改善土壤的结构，从而保持或提高土壤本身抵抗土壤的抗侵蚀性能。其中，植被是陆地生态系统的主体，在自然土壤形成过程起着主导作用，植被的枯枝落叶层不仅是土壤有机质的主要来源，同时对消减径流强度有着重要的作用，而植被的根系层则是固定土壤，改善土壤结构稳定性，增加土壤抗蚀性能力是改善土壤侵蚀环境唯一最重要的因素。因此，如何采用植被措施提高生态系统中植物根系对土壤团聚体的稳定性及抗侵蚀性能的改善作用是生态恢复研究中的重要内容（刘定辉和李勇，2003；Blanchart，et al.，2004）。许多研究表明，土地利用方式与土壤的抗蚀性能之间存在密切关系，其中林草地由于根系在土体中穿插缠绕作用，不仅可以起到钢筋骨架的作用，增大土壤的剪切强度，而且可以明显增加土壤结构的稳定性，同时，大量根系的存在可以大大提高土壤的有机质含量，特别是不大于1mm的须根，即可以提供分泌物作为团聚体的胶结物，其死后还可以提供丰富的有机质，从而大大提高土壤水稳性团聚体的含量（吴彦和刘世全，1997；李占斌等，2002；Gyssels and Poesen，2003；郑华等，2004；Gyssels，et al.，2006）。从表1-3中可以明显地反映出，林地大于0.25mm的水稳定团粒含量最高，土壤的抗剪强度最大，其土壤侵蚀程度最弱，但是随着开垦年限的增加，大于0.25mm的水稳定性团粒含量显著降低，土壤的抗剪强度也不断下降，土壤的抗水蚀性能减弱，土壤侵蚀严重，同时土壤结构也明显变差，充分反映出植被在改善土壤结构及抵抗侵蚀方面的作用（查小春和唐克丽，2003）。Baets，et al.（2006）在总结前人研究基础上，进一步指出，土壤抗侵蚀能力与植被根系密度（单位体积根系重量）和根系长度密度（单位体积根系的长度）密切相关，根系密度和长度密度越大，土壤的表层抗蚀能力越强，其中当根系密度大于4kg/m³、根系长度密度大于500km/m³时，土壤的抗侵蚀能力基本达到稳定（图1-3）。同时，地形因素对土壤的抗蚀能也有重要影响，张建辉等（2003）对地面坡度为0°～30°范围的不同土地利用方式下的土壤抗蚀性能研究发现，不管何种土地利用类型，其土壤的抗蚀性能均随着坡度的增加而降低，林地和草地利用可以明显改善土壤的抗蚀效应，且林草地土壤的抗蚀性能随坡度的增加而降低的速率明显小于坡耕地土壤抗蚀性能随坡度增加而降低的速率。

通过以上分析可知，土壤的内在性质对于土壤可蚀性具有重要的影响。土壤的结构稳定，水稳定团聚体含量高，其抗侵蚀能力就强，反之则弱。同时，植被在土壤性能改善或改良方面有着不可取代的作用。因此，如何提高土壤本身的抗蚀性能，不仅是控制土壤侵蚀的必然要求，也是实现生态系统良性循环的基本环节，而植被是此过程中需要重点考虑的重要内容。

2.降雨对水土流失的影响

降雨及其在地表形成的径流是土壤水蚀发生的最主要的外动力，降雨特性对土壤侵蚀有着重要的影响。已有一些，在降雨特征与土壤侵蚀机理研究方面取得的丰富成果（蒋定生，1997；唐克丽，2004）。大量研究表明，降雨侵蚀力与土壤侵蚀量之间有着密切的关系，Wischmeier and Smith（1958）通过大量野外标准小区的资料分析，提出用一次暴雨总动能与最大30min雨强的乘积EI₃₀可作为影响土壤侵蚀降雨侵蚀力指标，定量表征次降雨可能引起土壤侵蚀的能力，它反映了雨滴溅蚀以及地表径流对土壤侵蚀的综合效应。此后许多学者在此基础上提出了许多其他形式的侵蚀力指标（Hudson，1976；Foster，1982；Kinnell，1994），如Lal（1976）通过非洲尼日尔观测资料分析，提出暴雨量与最大7.5min雨强乘积AI_7.5作为降雨侵蚀力指标。我国学者江忠善等（1992）研究提出，在黄土高原EI₃₀仍是表征降雨侵蚀力较好的指标，之后为了减少计算工作量又探讨了不同坡度下用PI₃₀代替EI₃₀具有较好的精度；王万忠（1996）通过黄土高原观测资料分析，认为60min降雨动能与最大10min雨强的乘积E₆₀I₁₀作为降雨侵蚀力指标更合适。同期许多学者从应用出发，根据实测资料研究了适合不同区域的降雨侵蚀力指标（马志尊，1989；孙保平，1990；卜兆宏，1992；黄炎和等，1992；刘秉正，1992；吴素业，1994；周伏建等，1995）。谢云等（2002）在总结国内外关于降雨侵蚀力研究基础上，认为从综合资料的可得性及适用范围看，EI₃₀仍是世界上应用最广的降雨侵蚀力指标，并根据不同地区径流小区实测资料研究得出，从中国各地区综合来看，复合因子EI₁₀、EI₃₀、PI₁₀及PI₃₀与土壤侵蚀的相关程度最好，且它们之间没有显著差别。考虑到资料可得性和应用的方便性，最后指出利用降雨侵蚀力指标PI₁₀，可以充分利用覆盖全国的气象站的观测整编资料，计算全国降雨侵蚀力，绘制全国降雨侵蚀力等值线图，为了统一单位并进行对比分析，还建立了指标PI₁₀与EI₃₀之间的线性转换关系。近期，陈晓安等（2010）对黄土丘陵沟壑区降雨侵蚀力的研究表明，从EI₁₀到EI₃₀的各EI_t均可被作为降雨侵蚀力指标，并且可以被相应简易因子PI_t替代。

图1-3 草本植物根系密度或根系长度密度与相对土壤侵蚀率之间的关系

t—平均水剪应力范围

并不是任何形式的降雨都能产生侵蚀，因此在一定区域由于下垫面的差异，对于开始出现侵蚀的降雨来说，存在着一个起始降雨量或雨强，即临界降雨量或临界雨强，Hudson（1971）研究指出在美国这个临界雨强为25mm/h。我国学者王万忠（1984）对黄土高原不同土地利用方式下的临界降雨量研究发现，农田为8.1mm，人工草地为10.9mm，林地为14.6mm。左长清和马良（2005）对我国红壤区侵蚀性降雨研究得出，在坡度为12°的坡面上的临界降雨量和临界雨强，分别是14.0mm和0.775mm/h。同时，地面坡度和土壤含水量也对可能对侵蚀性降雨临界值产生影响，随着坡度或土壤含水量的增加，坡面的降雨入渗将减少，从而地表径流量和冲刷力有增加的趋势，以至于降雨临界值有可能降低（Castillo，2003；吴希媛和张丽萍，2006；王辉等，2007）。

降雨对土壤侵蚀的作用可分为两个过程，雨滴的溅蚀作用以及降雨所形成表面径流对土壤的冲刷作用（Kinnell，2005）。溅蚀是指降雨时雨滴直接打击土壤表面，土壤颗粒发生分散和移动的过程。20世纪40年代Ellison（1944，1947）首先通过试验揭示降雨雨滴是水蚀过程中的一种重要营力，提出了雨滴对土壤的机械破坏作用，并指出降落的雨滴是个完整的侵蚀营力。埃文斯认为雨滴打击土壤表面发生溅蚀是土壤侵蚀过程的初始阶段，由于溅蚀使土壤分散或移动，堵塞地表空隙，导致土壤入渗率降低，当降雨强度大于土壤入渗率时，出现地表径流，大部分地表容易发生片蚀，径流量继续增加，片蚀就可能转化成细沟侵蚀，细沟侵蚀进一步发展成为切沟侵蚀（M.J.柯克比，R.P.C摩根，王礼先等译，1987）。Foster等（1982）认为土壤侵蚀分为细沟侵蚀和细沟间侵蚀，细沟侵蚀反映细沟中的纯侵蚀和纯沉积的过程，细沟间侵蚀反映由雨滴和薄层水流引起的泥沙分散和搬运的过程。

不少学者还通过大量的野外定位试验和模拟降雨实验，研究了各种因素对降雨溅蚀的影响，探讨降雨击溅作用、过程和物理机制，建立了一系列降雨溅蚀模型（Free，1960；Durrah，et al.，1981；Kirkby，et al.，1980；Young，et al.，1973；Cruse，et al.，1977；Riezebos，et al.，1985；Luk，1985；Besley，et al.，1980；Foster，1982；Quansah，1981；贾志军等，1990；蔡强国等，1990；郭耀文，1997；赵晓光，1999）。如：Morgan（1978），吴普特（1997）试验观测表明，雨强、雨滴速度、雨滴直径、雨滴动能、地面坡度对降雨溅蚀量的影响可以用幂函数的关系进行描述。Nearing，et al.（1985）通过土壤试验提出了包括土壤抗剪强度和雨滴打击能量的简易溅蚀量方程。王贵平等（1997）在Nearing研究的基础上，根据我国具体环境特征，考虑了坡度、植被和表土结皮对溅蚀量的作用，并提出了自己的溅蚀方程。在地表径流与土壤侵蚀相关关系研究方面，1935年前后Hays、Palmer、Neal和Basver等较早的对降雨总量、强度、速度与径流和侵蚀之间的相互关系进行了研究（M.J.柯克比，R.P.C摩根，王礼先等译，1987）。Meyer and Wischeier（1969）以Ellison的侵蚀基本概念为基础，将坡面片状径流侵蚀划分为径流对土壤的分散和径流对土壤的转运，并指出前者分别与坡度和流量的2/3次方成比例，后者与坡度和流量的5/3次方成比例。Foster和Meyer（吴普特，1997）根据小区试验资料得出，通过土粒密度、流体密度、土粒直径、重力加速度、摩阻流速、临界上举力、水力半径、水力坡度等指标可计算片状径流对土粒输送率的关系。吴普特（1997）通过缩小降雨高度接近零来消除雨滴打击作用后进行试验，获得薄层水流侵蚀量与水流切应力之间可以用幂函数型的经验关系表达。还有很多学者借助河流水力学理论对坡面细沟侵蚀过程及机理进行了研究（Horton，1945；Emmett，1970；Foster，et al.，1984；Bryan，et al.，1989；吴长文，1996）。上述研究的径流与侵蚀量的关系模型多建立在一维模拟基础上的，但由于地形及下垫面的复杂性，很难模拟径流产沙过程的真实过程，在此基础上，一些学者对此进行了研究，并取得一定的成果（Takken，et al.，2001；向华等，2004；刘青泉等，2004），目前关于径流侵蚀产沙动力学研究将仍是今后很长一段时间内研究的热点和难点。

通过上述降雨及地表径流与土壤侵蚀过程之间的相互关系分析，它不仅可以让我们明确降雨或地表径流在侵蚀产沙过程中具体作用，而且也是坡面径流调控原理的基础，为怎样才能采取更有效的水土保持措施来削弱它们对土壤侵蚀的这种影响作用提供了理论支持。

3.地形对水土流失的影响

地形因素对侵蚀影响的强弱，主要通过坡度、坡长、沟壑密度、倾斜侵蚀面等对侵蚀产生作用。由于地表径流产生的能量是径流质量和流速的函数，而径流量的大小和流速主要取决于径流深和地面坡度。所以，坡度直接决定径流的冲刷能力。Zingg（1940）应用小区的模拟降雨和野外条件较早证实坡度增加1倍，土壤流失量增加2.61～2.80倍。刘善建（1983）分析了天水水保站径流小区资料认为，坡度与冲刷呈指数关系。坡度对径流动力特征的影响，同时受到降雨特性和土壤渗透能力的制约，鉴于此江忠善等（1992）通过实测资料，按30min雨强分级研究得出，侵蚀量及径流深和坡度呈幂函数关系。蔡强国（1998）研究表明，坡度越大，坡面水流含沙量越大，主要是细沟侵蚀量增大。然而也有一些相反的观点，如Kinnell（2000）研究认为，径流含沙量随着坡度的增加而增加，当坡度超过6°时增加更加明显。Assouline and Ben-Hur（2006）对不同坡度细沟间侵蚀的研究结果表明，当坡度小于5°时径流含沙量变化不明显，当坡度达到9°时，径流含沙量开始缓慢增加。而Chaplot and Le Bissonnais （2003）对小尺度5°以下的坡耕地土壤侵蚀过程研究结果则发现，径流含沙量与坡度之间并没有明显的相关关系。但是关于坡度与侵蚀量之间相互关系的成果仍主要集中在侵蚀性降雨总量已知条件下确定的统计关系上，基本上没有考虑降雨历时中坡度与侵蚀量之间的瞬时关系（Watson and Laflen，1986；Ben-Hur and Agassi，1997；Zhang，et al.，1998；Kinnell，2000；Chaplot and Le Bissonnais，2003）。

另外，一些学者研究表明，侵蚀量随坡度的变化，并非呈绝对正相关，当坡度达到一定值时，侵蚀量反而随着坡度的增大而减少，即存在临界坡度。但是由于试验条件、推导理论和考虑因素的不同，使得不同研究者得到的临界坡度相差较大（表1-4）。而通过径流小区试验和室内模拟降雨试验得出的坡度的临界值都在30°以下，其中国内的研究结果，无论黄土、红壤还是北方土石山区的土，均较一致，即临界坡度约为25°～29°。同时沙质土壤由于土壤本身的抗蚀能力低，临界坡度一般较小。

坡长与土壤侵蚀之间的关系比较复杂，在不同的土壤、地面坡度和降雨量的情况下，试验结果差异很大。Wischmeier（1958）等人的试验表明：坡度较小时，侵蚀与坡长的关系不明显，但是坡度增加时，侵蚀与坡长呈正比。Loch（1996）的研究认为：随着坡长的增加，当没有细沟形成时，侵蚀量增加缓慢，有少量细沟产生时，侵蚀量呈中等程度增加，当有大量细沟出现时，侵蚀大量增加。陈永宗（1988）、柯克比（1987）认为：从上坡到下坡水深逐渐增加，水流侵蚀力也逐渐增加。Agarwal（1991）等人通过模拟试验认为侵蚀量与坡长呈幂函数关系。另一些学者认为（巨任等，1990）：坡面长度增加，水体中含沙量会增加，水体能量多消耗于搬运泥沙，结果会导致侵蚀趋于减弱。EI-Hassanin（1993）认为：随着坡长增加，土壤侵蚀量增加，若坡段出现褶皱时，侵蚀量会显著降低。同时，气候条件对侵蚀量与坡长之间的关系也影响较大，如Yair and Raz-Yassif（2004）对干旱地区面积为几百平方米至0.3km²范围的坡面上17年的监测资料分析结果表明，径流量随着坡长的增加而减少，其主要原因是径流沿着坡面流动的长度高于降雨过程的原因。Biox-Fayos，et al.（2007）在地中海地区三个空间尺度1m²～30m²～786m²坡面上也得到了类似的结果。但是，大量基于径流小区对坡耕地的研究成果表明，土壤侵蚀量随着坡长的增长而增加（Wischmeier and Smith，1978；Desmet and Govers，1996；Renard，et al.，1997；Millward and Mersey，1999）。

4.植被对水土流失的影响

植被是陆地生态的主体，是影响土壤侵蚀的重要因素之一，也是控制或加速土壤侵蚀最敏感的因素。植被防治土壤侵蚀的作用主要表现在地上植株部分对降雨的截留作用；枯枝落叶层对降低径流流速、增加土壤入渗和减少径流的作用；植被根系对固结土壤、增强土壤结构稳定性和提高土壤的抗蚀、抗冲性起重要作用 （图1 4）。在以天然降雨为主的外营力作用下，由于树冠、枯枝落叶层和根系对地表的保护，林地土壤侵蚀模数仅为2.20t/（km²·a） （查小春和唐克丽，2003）（表1 5）。Ghulam （1989）研究证明既有树冠又有低层覆盖的地块能取得比较高水土保持效益。余新晓 （1988）进行了森林植被消减降雨侵蚀能量的数理分析，并推导出林冠层消减降雨势能与降雨量、降雨强度及林分平均冠心高度的关系。刘向东 （1994）的研究提出，黄土高原森林植被因冠层截留降水和干流作用，消减降雨动能17%～40%；灌木、草木冠层消减降雨动能44.4%。邹厚远 （1981）在陕北黄龙山林区研究了不同树种的吸水量。刘秉正 （1989）分析刺槐水文效应指出，枯枝落叶层的持水量一般随每平方米枯落物质的增加而增加。吴钦孝 （1998）对油松枯落物持水量研究表明，随降雨量的增加，截留率呈减少趋势。Bochet等人 （1999）对3种常绿有刺灌丛研究发现，植被对表土物理化学性质的影响由植株底部向外到裸土部分逐渐减弱，显著的改变了植株底部的土壤性质，如增加了有机质，增强了团聚体稳定性，降低了容重、渗透阻力、石块的含量及其覆盖面积。Gyssels等人（2002）在比利时黄土带研究表明增加播种密度显著改变了沟蚀形态，极大地减少了土壤流失量。Casermeiro等人 （2004）在西班牙马德里对29个自然小区进行了模拟降雨观测，结果表明植被盖度是主要的减流减蚀因子。同时森林植被还具有明显的调节径流、削减洪峰和保持水土的作用 （刘昌明，1978；李卓，1983；吴钦孝等，1998）。

图1-4 裸地降雨、水文过程与植被覆盖降雨、水文过程对比（张清春，2002）

同时，一些学者针对植被措施控制土壤侵蚀的临界条件及治理度进行了研究。Baets，et al.（2006）对植被根系控制土壤侵蚀的研究表明，草本植物根系密度（单位体积根系质量）和根系长度密度（单位体积根系长度）对于土壤的侵蚀作用有很好的抑制作用，特别是对土壤溅蚀的控制作用更加明显，当根系密度超过3kg/m³或根系长度密度超过500km/m³时，土壤的侵蚀量已经很微弱，并指出相同的根系覆盖度和相同地表植被覆盖度条件下，前者的控制土壤侵蚀的作用好于后者 （图1 5）。Morgan（2007）在总结前人相关研究基础上，研究发现当植被冠高和地表覆盖度同时对土壤侵蚀起作用时，随着冠层距离地面的高度的增加，地表覆盖度增加对土壤侵蚀的控制作用将逐渐减弱，当冠层高度超过2m时，这种作用基本消失，并认为当植被覆盖度达到70%，且冠层高度小于1m时控制水蚀的作用最明显；而对于草地，当地表枝茎密度达到7500个/m²，且分布均匀时，才能有效控制径流对土壤颗粒的冲刷作用（图1 6）。

图1-5 不同植物条件下的土壤侵蚀率（Baets，et al.，2006）

（a）相对土壤侵蚀率与植被覆盖度之间的关系（数字1～13表示不同学者的研究结果）；（b）相对土壤侵蚀率与根系覆盖度之间的关系根系覆盖度=根系长度密度×平均单根根系截面面积相对侵蚀率=有植被样地上的土壤侵蚀量/裸地样地上的侵蚀量

图1-6 不同植被条件下的土壤侵蚀率及径流速度（Morgan，2007）

（a）不同植被冠高下土壤侵蚀率与植被覆盖度之间的关系；（b）径流速度与草本株茎密度之间的关系土壤侵蚀率=有植被覆盖样地土壤侵蚀量/裸地侵蚀量h—草高度（m），d—径流深（m），s—坡度水平实线表示不同土壤类型发生侵蚀的临界径流速度

5.人类活动对水土流失的影响

自然侵蚀过程受到了人为活动影响而加速发展，进而对土地利用和人类生存环境产生负面影响时，就演变成“人为加速侵蚀”，是人为因素作用的范畴。国内对人为加速侵蚀研究比较多，集中在加速侵蚀量与自然侵蚀量的对比方面（王红兵等，2011）。如景可等（1983）认为全新世以来黄土高原进入侵蚀的发展期，唐朝以前基本属于自然侵蚀，自然侵蚀加速速率为7.9%，唐朝以后，因人类活动而引起的加速侵蚀的速率逐渐递增，到20世纪80年代已经达到25%。贾绍凤（1995）根据水土保持规律和有无人类对植被影响进行对比，认为安塞县自然侵蚀占总侵蚀的9.55%，最不乐观占到16.67%，有利时仅占2.03%，说明加速侵蚀的作用明显占主导地位。Hooke（1999）对美国的研究同样表明，每年因建筑房屋移动土石方为8亿t、开矿为38亿t、修路为30亿t，此外在农业活动中使7亿t的土壤流失到河流中去，以上共计76亿t。与此同时，如果不计人类活动的影响，则河流每年输入的物质（泥沙与溶解质）为10亿t。由此可见，人类活动移动的物质量是造成水土流失的主导过程。

其中，人类对自然植被的破坏是影响土壤侵蚀最主要的人为因素。人类社会的出现，首先以掠夺自然界的生物资源为其生存的基本条件，现代人口的过度膨胀，以及滥垦滥伐、陡坡耕作、过度放牧，加上不合理的城市、工矿建设，致使大量自然植被遭到破坏，使土壤侵蚀由自然侵蚀转化为加速侵蚀，最终导致自然生态平衡失调，自然灾害危害程度日趋严重（张振克等，2000；毛红梅等，2002；郑度，2004；曹小曙等，2005；伍星等，2007；许炯心等，2007）。

人类活动对土壤侵蚀的作用主要是通过土地利用结构的变化，以致造成植被覆盖度的变化得以体现的。土地利用及其植被覆盖变化是影响产流产沙一个重要的因素，通过合理调整土地利用结构可以改善土壤性状、增加植被覆盖，从而可以有效地控制侵蚀；反之，不合理的土地利用则会导致严重的土壤侵蚀。大量研究表明，在其他条件相似时，不同的土地利用类型对产流产沙过程的影响存在显著的差异。其中林草植被覆盖可以有效控制土壤侵蚀，且天然林要好于人工林（李明贵，2001；郑华等，2004；Rey，et al.，2004；吴运军等，2006；周正朝和上官周平，2006；Podwojewski，et al.，2008）。如表1-4所示，在林地被开垦为农田后，土壤的侵蚀量将以几个数量级程度急剧加剧（查小春和唐克丽，2003）。

6.北方土石山区水土流失方面的研究

北方土石山区土壤侵蚀研究方面的大部分研究主要集中在北京市的郊区区县及周边区域。其中，早期的研究主要有20世纪90年代，蔡强国等（1995）在张家口开展的针对水土流失及坡耕地改良方面的一系列研究。近期主要有代表性的研究有以下几个方面。如马平安等（1999）通过对太行山区片麻岩山区不同植被控制水土流失的作用的研究指出，刺槐林植被在涵养水源、保持水土、改善土壤结构等方面的作用最明显，其次为臭椿林植被，且林下枯枝落叶层对于森林保持水土起着不可替代的作用。符素华等（2002）通过北京市山区不同土地利用和土壤侵蚀之间的关系研究，计算了梯田、人工草地、荒草地和林地、免耕等水土保持措施的对土壤侵蚀的影响程度，为北京市水土流失方程的建立奠定了基础。秦永胜等（2004）在密云县北庄乡土门西沟流域对水源保护林的土壤侵蚀控制作用研究表明，裸荒地次降雨产沙量占次降雨侵蚀总量的92.5%～100%，水源保护林地（包括刺槐和油松林地）的产沙量仅占总侵蚀量的15.2%～7.5%，其土壤侵蚀控制效应非常显著。周为峰等（2005）从宏观角度出发，分析了官厅水库上游近20年土壤侵蚀强度的时空变化情况，及其影响土壤侵蚀时空变化的主要影响因素。刘和平等（2007）对北京市侵蚀性降雨研究表明，此区发生侵蚀的临界降雨量和降雨强度分别为18.9mm和17.8mm/h。还有一些学者以模拟试验和实测资料为基础对北方土石山区的坡面产流规律进行了研究，并对坡面产流模型进行了尝试（李发东等，2001；杨聪等，2005；胡堃等，2006）。

综上所述可以看出，北方土石山区关于土壤侵蚀方面的研究起步较晚，成果相对比较缺乏，尽管在水土流失综合治理及其效益方面也取得了一些成果，但该区的研究较多集中在土壤侵蚀空间分布特征、土壤侵蚀量估算、不同水保措施的防治效果等方面，基础研究相对薄弱，相对于我国其他区域，特别是黄土高原地区，南方红壤区等区域相比，此区关于土壤侵蚀研究方面的进展及成果显得尤为滞后，因此必须加强北方土石山区水土流失过程及其治理方面的科研力量的投入。

三、水土流失治理措施的研究

1.国外治理措施

在水土流失到处横行的情况下，世界很多国家都开始进行水土流失的治理研究。美国大多数小流域治理的目标是防洪和固沟，采取的主要措施是在支沟上修建小库坝，在干流上修建跌水、涵洞及护岸工程，在地面修建梯田，同时结合植被措施等（图1-7和图1-8）。日本在治理中以工程措施为主，在上游修建谷坊，在下游修筑堤坝。前苏联地域辽阔，土壤侵蚀比较严重，尤其是南部山区，泥石流危害相当普遍。在流域治理措施，尤其是植物措施和工程措施相结合方面取得一些成效，其研究的重点放在防止土壤侵蚀的方法以及侵蚀土地改良措施方面。澳大利亚在流域治理中的突出经验是按小流域或地区编《土壤保护计划》，强调治理与经营管理措施相结合，主要研究沟蚀，探索沟道形成原因并提出治理措施，研究保土耕作措施，包括保土耕作法和保土放牧制度，以通过新的耕作措施来改良土壤，控制侵蚀。德国用10年时间开展了人工降雨试验，专门研究不同植物耕作方法对坡耕地产流量和产沙量的影响，探索山区河流固体物质来源，重点研究水土保持农业措施和林业措施。发展中国家开展流域治理工作较好的有印度、巴基斯坦、尼泊尔、泰国、印度尼西亚、阿根廷等。印度在治理技术上，以原地水分保持和为径流及水平种植设置的植物性沙障为基础，对农地采用保护土壤及土壤水分的措施及有机农业和集中养分管理相结合。在坡耕地上以植被恢复为主；排洪道治理采用清障、植物护岸、修筑节制坝和一系列控制径流设施。巴基斯坦流域治理的主要措施是植物措施（包括林、牧用地的治理，植树造林、火灾控制及伐木技术）、农业措施（包括作物轮作、覆盖作物等）和工程措施（包括修梯田、谷坊、治沟、滞洪坝等）（唐克丽，2002）。

图1-7 美国南卡罗来纳州西北部的南泰格合流域内的

一条冲沟在1934年治理前后的景象（采用工程措施整地，沿沟道方向布设草带）（Wilkerson，et al.，1972；Dotterweich，2013）

各国实施水土保持措施都是依据本国土壤侵蚀特点和国情，主要针对侵蚀问题而开展的。如在美国，上述在小流域尺度上主要工程措施和植被措施用于防洪和固沟，其实美国更广泛的土壤侵蚀主要由农业耕作引起的。研究表明，土壤侵蚀恶性发展的根本原因不在气候变异、水旱等自然灾害，造成土壤侵蚀的根本原因来自人类对自然界的干扰，其中包括不合理的土地利用、滥砍滥伐、破坏森林草地以及日益加大的农业生产集约化经营方式。而后者给美国农业生产带来的危害尤其严重（赵羿和梁继禄，1997）。

图18 20世纪30年代美国密西西比河北部一条采用沟头防护工程措施和植被措施进行治理的冲沟（Dotterweich，2013）

其实，自美国殖民时期和18世纪建国开始，有许多文献表明，最早期的殖民者已明了由于人们耕种土地产生的土壤侵蚀所引发的问题，也有意做点什么来减少土壤侵蚀。20世纪30年代的大平原“沙尘暴”及随之而来的美国经济大萧条，为罗斯福政府创造一个机遇，尝试解决失业和自然资源两大问题。联邦土壤保持局（SES）于1933年在内政部成立，1935年改为水保局，并划归农业部。与此同时，即30年代，各州通过立法，建立各州政府第一个将土壤侵蚀控制作为其使命的专职机构。这些水保局与其州内的各自然资源局及联邦水保局一起，成为“三足鼎立”之势，成功地解决了美国许多土壤侵蚀的问题（John和Peterson，2002）。

美国农业生产主要通过土壤保护耕作措施进行土壤侵蚀防治，主要包括保护耕作法有以下5种（赵羿和梁继禄，1997）：①免耕法。不进行松、翻、压等整地措施，秋收后保留90%的秸秆于地表，春天直接将种子播于土壤中，利用除草剂清除杂草；②梳状耕作法。播种前不整地，播种时顺垄沟整地，耕作成垄，于垄上播种，最少有60%以上的秸秆覆盖地表，利用除草剂结合中耕清除杂草；③带状耕作法。秋季收获后和第二年播种期间不进行耕作，播种时进行带状整地，松土面占土壤表面的30%，通常采用50%的秸秆覆盖土壤，使用除草剂结合中耕清除杂草；④覆盖耕作法。播种前利用凿式耕作机、中耕机、盘状耕作机或者浅式耕作机整地，至少有33%的秸秆覆盖于土壤表面，利用除草剂结合中耕清除杂草；⑤简易耕作法。采用除草剂清除杂草，减少田地上机械行走通道，沿一条拖拉机通道进行多种联合作业，地面残留约30%上1年收获后的秸秆。

20世纪60年代中期，美国土壤保护耕作法仅占耕地面积的2%～3%，1991年在播种面积1.24hm²中占26%。由于土壤保护技术的实施，使美国的农业生产取得了极为明显的成效。1985—1995年期间每年保护的土壤超过10亿t，同80年代初期相比，土壤侵蚀速度降低了25%。

在英国，同样认为控制侵蚀要考虑土壤和地貌特性，保证其与农业、经济、环境和社会目标相平衡。在具体治理上，将土地按照水力和风力侵蚀程度分为5个等级，以此确定各等级每年最有效的土壤侵蚀控制的天数。具体治理措施上，英国的土壤侵蚀治理围绕农业开展，强调植被盖度及耕作方法，较少有大型的治理工程。通常是改变耕作季节和在休耕地和易蚀地上种草。在缓坡地采用等高线耕作，用缓冲植被带（如植被栅栏）拦沙（李薇等，2009）。

2.国内治理措施

我国是世界上开展水土保持较早的国家之一，早在3000多年前的西周时期，就有“平治水土”的方法。我国南方在1000多年前就采用梯田作为灌溉农田。清代农民利用泥沙打坝淤地，并对黄土高原水土流失地汰沙澄源做田。20世纪80年代以后我国的水土流失治理措施的研究进入了全面发展的阶段，在研究不同水土流失类型的规律的过程中，建立了各种水土流失的治理措施，可以根据治理措施本身的特性把这些治理措施分为工程措施、林草措施（或称植物措施）和耕作措施三大类（辛树帜等，1982；唐克丽，2004）。

（1）工程措施。其中坡面治理工程措施主要包括梯田、水平沟、水平阶、鱼鳞坑、截流沟等，它们主要是通过改变微地形来防止坡面水土流失、就地拦蓄雨水，为农作物或植被生长增加土壤水分，同时可将未完全拦蓄的地表径流引入小型蓄水工程，进一步加以利用。沟谷治理工程措施主要包括沟头防护工程，其主要作用是阻止径流下沟或消减入沟径流的能量为主、防止沟头前进；沟道治理工程措施主要包括谷坊、淤地坝等主要用于防止沟头前进、沟床下切和沟岸扩张，减缓沟床比降。

（2）林草措施。林草措施主要是在水土流失综合治理过程中，通过植树种草提高地面的植被覆盖，利用植被对径流的拦蓄作用，对土壤的固定作用起到控制土壤侵蚀的作用。如在小流域中，建设乔、灌、草相结合的生态经济型防护林体系，是实现流域可持续经营与开发的根本措施；其防护林体系主要包括分水岭防护林、护坡林、护埂林（地埂造林）、侵蚀沟道防护林等。同时生态修复也是林草措施主要形式之一。

（3）耕作措施。水土保持耕作措施可分为三大类。

第一类是以改变地面微地形、增加地面粗糙度为主的耕作措施，其作用是截短了原坡长，拦截地表径流，增加降雨入渗，控制水土流失。主要类型包括等高种植、水平沟种植、沟垄种植、横坡种植、垄作区田等。

第二类是以增加地面覆盖和改良土壤为主的耕作措施，如秸秆还田、少耕免耕、深松耕法、间混套复种和草田轮作等。另外我国东北还广泛应用鼠道耕法，即鼠道犁是安装在农用链轨拖拉机尾部的犁地装置，由犁架、犁刀、犁桦、穿洞空心弹头等部件构成。犁架通过液压起落；犁刀长为60cm，垂直安装在犁架上；犁刀下部端点装有三角形犁桦；在犁桦后面用长为20cm的钢丝绳牵引一个空心炮弹头。拖拉机前进时，犁刀从地表往下划开一条60cm深的裂缝，使犁桦上部的土体疏松、入渗孔隙度增加，形成深为0.6m，顶宽为0.9～1.0m的土壤蓬松体，从而提高了土壤渗蓄能力，减少了水土流失。弹头在地下60cm深处，沿拖拉机前进方向与地面平行穿出一条与弹头直径大小相同的通道（鼠道），当次降雨量超过鼠道上部土壤持水量时，过剩的降水通过下渗进入鼠道，一部分储存于鼠道，一部分通过鼠道（暗管）排出，在防止农田内涝、渍涝的同时，可有效地防止或减缓由于蓄满产流而引起的土壤侵蚀的发生与发展。

第三类是草田轮作制，即在同一田地上有顺序地轮换种植不同作物或轮换采用不同复种方式的种植方式，是农田用地和养地相结合、提高作物产量和改善农田生态环境的一项农业技术措施。具有提高土壤肥力、增加作物产量、减少病虫危害、保持水土以及提高单位面积土地经济收益等一系列优点。20世纪50年代初，我国学习前苏联经验推广草田轮作，但没有坚持下来。后来在“六五”和“七五”期间，国家启动了一系列草田轮作研究与技术推广项目，针对不同地区提出了不同的粮草轮作模式。20世纪80年代，国家发出了在黄土高原“种草种树”的号召，一时间西北地区各地掀起了种草的热潮。1984年，由中国农业科学院土壤肥料研究所完成的中国绿肥区划，将草田轮作作为粮肥轮作的内容之一列入。1985—1987年，甘肃省先后召开了3次全省规模的草田轮作种草养畜试验示范现场报告会，极大地推动了甘肃全省草田轮作的发展（邢福等，2011）。

四、水土流失治理范式的研究

同时，在水土保持综合治理过程中，还需要考虑到时间和空间尺度问题，因为时间和空间尺度不同，影响土壤侵蚀的各个因素所起的作用是不同的。如图1-9所示，随时间和空间范围的变大，主导的侵蚀类型由溅蚀、面蚀、细沟侵蚀逐渐过渡到浅沟侵蚀和切沟侵蚀；影响土壤侵蚀的因素中，气候因素（主要指降雨）在所有的时间和空间尺度上起着控制作用，次暴雨在较小的时空尺度作用明显，气候变化的影响则在大的时空尺度上才变得明显，而植被因素和人类活动在较小的时空尺度上作用不明显，随着时空尺度的变大，耕作措施开始对侵蚀过程产生影响，但是在大的时空尺度，林地对侵蚀产沙的控制作用却是主要的。王飞等（2003）也对我国影响土壤侵蚀的主要因素和水保措施——降雨、植被、土壤、地形地貌、社会经济因素、各种水土保持措施和法律制度、观念在不同时空尺度上对土壤侵蚀的重要性进行了研究，并指出了不同时空尺度下各种影响因素的适宜程度（表1-6）。

图1-9 主导侵蚀产沙过程及影响因子时空尺度图（Renschler and Harbor，2002）

因此，水土流失综合治理范式是指在区域系统中，通过分析历史文献资料、野外试验观测数据，自然地理环境背景，探索本地区水土流失的发展规律，同时考虑本区域的社会经济基础，遵循一定的目标体系，最终建立起一套适合本区域水土保持工作能够可持续发展的体系系统，这个系统能够使本区域的自然环境得到不断改善，人民生活水平不断提高。

我国的水保事业经过几十年的发展，已经形成很多经典的成功治理模式，诸如与农业发展相结合的农林模式（农林复合业模式）、生态农业模式以及和生态旅游相结合的小流域综合治理模式等，但是这些模式多集中在有限的小流域，或某个孤立的区县中，而我国幅员辽阔，地域空间差异性很大，主要水蚀类型区可分为东北黑土区、西北黄土区、北方土石山区、南方红壤区以及西南紫色土区。因此，目前的以点为单位的水土流失综合治理模式难以适应我国类型多样、分布广泛的水土流失现状，同时这些模式仍然需要从影响因素和机理方面加以完善和提升，从而为更多地区的水土流失治理工作提供借鉴。

因此，从研究水土流失的机理规律出发，考虑地带性规律，并根据不同区域的地质地貌、土壤、气候特征，探讨不同治理措施的空间差异性，并对现有成功的水土流失综合治理经典模式进行总结评价，并进行优化设计，建立一套兼社会、经济、生态发展，在一定宏观区域内具有一定适应性的水土流失治理范式是水土流失治理中亟待解决的问题，同时也是本研究的重点和创新点。