土壤侵蝕機(jī)理與水土保持技術(shù)研究進(jìn)展

摘 要：在全球氣候變化與城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快的背景下，土壤侵蝕已成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要因素?；诖耍攀隽送寥狼治g，探討了水土保持技術(shù)的應(yīng)用，包括工程措施、生物措施和耕地措施，以期為土壤侵蝕防治提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：土壤侵蝕；水土保持技術(shù)；工程措施；生物措施；耕作措施

中圖分類號(hào)：S157 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）08–0-03

土壤是生命的基礎(chǔ)，其支撐著農(nóng)業(yè)、生態(tài)系統(tǒng)和生命的存在。土壤侵蝕會(huì)導(dǎo)致肥沃土壤的流失、水質(zhì)污染、生物多樣性減少和生態(tài)系統(tǒng)破壞。保護(hù)土壤對(duì)于糧食安全、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[1]。因此，深入研究土壤侵蝕的機(jī)理，并探討有效的水土保持技術(shù)，對(duì)于保護(hù)土壤資源、維護(hù)生態(tài)安全和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極的實(shí)踐價(jià)值和意義。

1 土壤侵蝕的概述

1.1 土壤侵蝕的本質(zhì)界定與類別劃分

土壤侵蝕是土壤與其他地面組成物質(zhì)在水力、風(fēng)力、凍融、重力等自然因素和人類活動(dòng)的綜合作用下，被破壞、侵蝕、分離、搬運(yùn)和沉積的過(guò)程[2]。土壤侵蝕涉及物理、化學(xué)和生物等領(lǐng)域的相互作用，表現(xiàn)為土壤顆粒在各種外力作用下從原生位置移除并被輸運(yùn)至其他地點(diǎn)的過(guò)程。這一過(guò)程不僅可能導(dǎo)致土地生產(chǎn)力下降，還可能引發(fā)水土流失、地表退化、水質(zhì)污染等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源管理和生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

根據(jù)主導(dǎo)外力的不同，可將土壤侵蝕劃分為若干主要類型。其一，水力侵蝕是最為普遍的土壤侵蝕形式，主要由降水（雨滴擊打、地表徑流）引起。根據(jù)過(guò)程特征，可進(jìn)一步細(xì)分為片蝕、溝蝕和山洪侵蝕等。水力侵蝕的嚴(yán)重程度與降水量、降雨強(qiáng)度、地形坡度、土壤質(zhì)地及植被覆蓋度等因素密切相關(guān)。其二，風(fēng)力侵蝕在干旱和半干旱地區(qū)尤為顯著，風(fēng)力搬運(yùn)是其主要作用方式，可分為吹蝕和磨蝕兩種類型。風(fēng)力侵蝕的強(qiáng)度受風(fēng)速、土壤干燥程度、地面粗糙度及植被覆蓋狀況等影響。其三，凍融侵蝕發(fā)生在季節(jié)性凍土區(qū)，土壤在凍結(jié)與融化循環(huán)過(guò)程中發(fā)生的破壞與移動(dòng)。這一過(guò)程受溫度變化幅度和頻率，以及土壤水分含量影響較大。其四，重力侵蝕是由于重力作用導(dǎo)致的土壤下滑或崩塌現(xiàn)象，常見(jiàn)于陡峭地形。土壤的穩(wěn)定性、含水量及地質(zhì)構(gòu)造是影響重力侵蝕的關(guān)鍵因素。

1.2 土壤侵蝕的多維度動(dòng)態(tài)機(jī)制

物理過(guò)程是土壤侵蝕最直觀的表現(xiàn)形式，主要包括水流沖刷、風(fēng)力搬運(yùn)、重力滑塌等。水流的動(dòng)能直接作用于土壤顆粒，造成片蝕與溝蝕，其強(qiáng)度與降雨強(qiáng)度、地形坡度及土壤抗蝕性緊密相關(guān)；風(fēng)力通過(guò)直接搬運(yùn)細(xì)小顆?；蜷g接加速顆粒間的碰撞與磨損，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞與地表裸露；重力侵蝕更多依賴于地形陡峭度和土壤水分飽和度。這些物理過(guò)程共同作用，形成了土壤侵蝕的直接驅(qū)動(dòng)力。

化學(xué)過(guò)程不易直觀察覺(jué)，但在土壤侵蝕過(guò)程中扮演著重要角色。土壤酸堿度的變化、有機(jī)質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化和土壤膠體的電荷性質(zhì)，均可影響土壤顆粒的穩(wěn)定性，間接促進(jìn)或減緩侵蝕過(guò)程。例如，酸性降水可溶解土壤中礦物，降低土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，土壤有機(jī)質(zhì)的減少會(huì)減弱土壤顆粒間的凝聚力，增加侵蝕敏感性。

生物過(guò)程，尤其是植被覆蓋與根系活動(dòng)，對(duì)土壤侵蝕具有顯著的調(diào)控作用。植被通過(guò)攔截降水可減緩地表徑流、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和改善土壤結(jié)構(gòu)，有效降低侵蝕速率。根系網(wǎng)絡(luò)不僅可以加固土壤，防止水力和風(fēng)力侵蝕，還可以通過(guò)促進(jìn)微生物活動(dòng)，影響土壤的化學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)土壤的整體穩(wěn)定性。此外，動(dòng)物活動(dòng)在一定限度上也會(huì)影響土壤結(jié)構(gòu)與侵蝕過(guò)程。

1.3 影響土壤侵蝕的多元因子

自然因子與人類活動(dòng)的交互作用構(gòu)成了土壤侵蝕的復(fù)雜背景。自然因素提供了侵蝕發(fā)生的物理基礎(chǔ)，而人類活動(dòng)通過(guò)改變土地利用方式、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，顯著加劇了土壤侵蝕的程度和速度。

1.3.1 自然因子

自然因子主要包括氣候因子、地形因子、植被覆蓋和土壤特性。其一，氣候條件，尤其是降水強(qiáng)度、雨型、風(fēng)速與溫度等，是驅(qū)動(dòng)土壤侵蝕的關(guān)鍵自然因素。高強(qiáng)度降雨易造成地表徑流匯集，增加水力侵蝕；風(fēng)速的增加則會(huì)直接加大風(fēng)力侵蝕的強(qiáng)度；溫度波動(dòng)引起的凍融循環(huán)，在寒區(qū)成為土壤侵蝕的重要?jiǎng)右?。氣候因素通過(guò)影響土壤濕度、植被生長(zhǎng)狀態(tài)及地表覆蓋情況，間接調(diào)控侵蝕過(guò)程。其二，地形起伏度、坡向與坡長(zhǎng)直接影響侵蝕動(dòng)力的分布與強(qiáng)度。陡峭的地形加速水流和風(fēng)速，增加侵蝕能量；坡向影響降水分配和風(fēng)向，進(jìn)而改變侵蝕模式。此外，地形的微觀特征（如溝壑、凸起等）也會(huì)影響侵蝕路徑與沉積區(qū)域的形成。其三，作為天然屏障，植被對(duì)抵御土壤侵蝕起到?jīng)Q定性作用。根系網(wǎng)絡(luò)固結(jié)土壤，減少地表徑流，增加雨水滲透量，同時(shí)植被葉片能有效攔截降水，減輕雨滴沖擊力。植被覆蓋度直接關(guān)聯(lián)土壤侵蝕的敏感性，植被種類及生長(zhǎng)狀況亦對(duì)侵蝕過(guò)程產(chǎn)生影響。其四，土壤的物理（如粒度組成、結(jié)構(gòu)）、化學(xué)（pH值、有機(jī)質(zhì)含量）和生物學(xué)特性共同決定了土壤的抗侵蝕能力。質(zhì)地較輕的土壤易于被水力或風(fēng)力帶走，而有機(jī)質(zhì)含量豐富的土壤具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和保水能力，能有效抵抗侵蝕。

1.3.2 人類活動(dòng)

人類活動(dòng)主要包括耕作實(shí)踐、畜牧業(yè)管理和城市擴(kuò)張3個(gè)方面。其一，不當(dāng)?shù)母鞣绞?，如過(guò)度耕翻、連續(xù)耕作和缺乏輪作休耕，會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、有機(jī)質(zhì)下降，增加土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。不合理的灌溉和排水系統(tǒng)也可能加劇水力侵蝕。其二，過(guò)度放牧導(dǎo)致植被覆蓋減少，土壤裸露，增加風(fēng)力和水力侵蝕的可能性。同時(shí)，牲畜活動(dòng)影響土壤孔隙度和滲透性，進(jìn)一步降低土壤的抗侵蝕能力。其三，城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的土地平整、硬化覆蓋會(huì)減少地表植被，改變自然水文循環(huán)，導(dǎo)致雨水徑流增加，加速城市周邊地區(qū)的土壤侵蝕。此外，城市擴(kuò)張往往伴隨著大量的土石方工程，也會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的土壤擾動(dòng)與侵蝕。

2 水土保持技術(shù)的應(yīng)用

水土保持技術(shù)是指應(yīng)用自然科學(xué)原理與工程技術(shù)手段，結(jié)合生態(tài)學(xué)原理，以預(yù)防和治理水土流失、維持和提升土地生產(chǎn)力為目標(biāo)的一系列措施與方法。這些技術(shù)旨在恢復(fù)和增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，促進(jìn)人與自然和諧共生，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。水土保持的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下3種。

2.1 工程措施

工程措施側(cè)重通過(guò)建造物理性設(shè)施改變地表徑流模式，增強(qiáng)土壤抗蝕能力，包括梯田、溝道整治、護(hù)岸護(hù)坡、小型水利工程等。

2.1.1 技術(shù)特點(diǎn)

梯田是一種典型的水土保持工程措施，通過(guò)在斜坡上修筑水平階地，有效攔截地表徑流，減少水力侵蝕，同時(shí)有利于土壤水分的滲透與保持。其技術(shù)特點(diǎn)在于利用等高線施工，保持良好的排水系統(tǒng)，促進(jìn)土壤養(yǎng)分的循環(huán)與積累，適合于中低山區(qū)的水土保持與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

攔沙壩，尤其是小型水土保持壩，主要用于攔截山坡徑流，減緩水流速度，沉淀泥沙，防止下游區(qū)域的土壤侵蝕。該技術(shù)的關(guān)鍵在于壩體設(shè)計(jì)與選址，需考慮地形、流量及泥沙淤積等因素，以達(dá)到最優(yōu)的攔蓄效果。攔沙壩的實(shí)施能有效改善局部小氣候，促進(jìn)植被恢復(fù)，但需要注意其對(duì)下游生態(tài)及水文環(huán)境的潛在影響。

護(hù)坡工程包括生物護(hù)坡與工程護(hù)坡兩大類，旨在通過(guò)物理或生物手段加固斜坡，防止水土流失。生物護(hù)坡如植草、植樹(shù)等，利用植物根系的固土作用，增強(qiáng)土壤穩(wěn)定性，同時(shí)提升生態(tài)美觀度。工程護(hù)坡如網(wǎng)格固土、擋土墻等，則依靠人工結(jié)構(gòu)提高邊坡穩(wěn)定性，適用于坡度較大或土壤穩(wěn)定性差的區(qū)域。護(hù)坡技術(shù)的選擇需綜合考慮成本、環(huán)境適應(yīng)性及長(zhǎng)期維護(hù)需求。

2.1.2 效果評(píng)估與局限性

工程措施在水土保持實(shí)踐中顯示出顯著的正面效果，如梯田的建設(shè)顯著提升了農(nóng)田的保水保土能力，增加了作物產(chǎn)量；攔沙壩有效減少了下游河床的淤積，改善了水環(huán)境；護(hù)坡技術(shù)成功穩(wěn)固了易侵蝕的斜坡，降低了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。這些成效的取得，很大限度上依賴于科學(xué)的設(shè)計(jì)、合理的布局及有效的維護(hù)管理。

盡管工程措施在水土保持中發(fā)揮了重要作用，但也存在一定的局限性。首先，部分工程措施可能會(huì)對(duì)自然景觀和生物多樣性產(chǎn)生不利影響，如大規(guī)模的梯田建設(shè)可能改變?cè)猩鷳B(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其次，高昂的初期投資和長(zhǎng)期維護(hù)成本制約了工程措施的推廣與應(yīng)用。最后，氣候變化和極端天氣事件的增加，對(duì)工程措施的穩(wěn)定性和持久性提出了更高要求，需要不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新與適應(yīng)性調(diào)整。

2.2 生物措施

生物措施致力于通過(guò)植被恢復(fù)、林草種植、生態(tài)防護(hù)林體系建設(shè)等手段，利用植物的根系固土能力防止土壤侵蝕。

2.2.1 生態(tài)功能

（1）改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)穩(wěn)定性。植物根系的穿插有助于土壤顆粒的聚合，形成更為穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu)，減少水力和風(fēng)力侵蝕。根系的固定作用還能有效防止山體滑坡與坍塌，提升斜坡穩(wěn)定性。

（2）調(diào)節(jié)地表徑流，保持土壤水分。植被覆蓋能有效攔截降水，減緩地表徑流的速度與量，增加土壤水分滲透性和持水力，對(duì)地表徑流起到自然調(diào)節(jié)作用，減少洪水災(zāi)害，同時(shí)為地下水補(bǔ)給提供條件。

（3）促進(jìn)生物多樣性。通過(guò)種植多種本土植物，恢復(fù)和增加生物多樣性，構(gòu)建多層次的生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)一步增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力和穩(wěn)定性，為水土保持提供更為持久的生態(tài)屏障。

（4）循環(huán)土壤養(yǎng)分，提升生產(chǎn)力。植物通過(guò)光合作用固定碳，凋落物的分解則為土壤提供有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)，改善土壤肥力，為農(nóng)作物和其他植被生長(zhǎng)創(chuàng)造良好條件，實(shí)現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)雙重效益。

2.2.2 選擇原則與典型應(yīng)用案例

在生物措施的選擇與應(yīng)用實(shí)踐中，應(yīng)遵循科學(xué)性、適應(yīng)性與可持續(xù)性原則。這不僅要求措施與自然環(huán)境的和諧共生，還需考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多維度的綜合效益。具體而言，生物措施的優(yōu)選需考慮以下幾個(gè)方面。

（1）生態(tài)適宜匹配。依據(jù)地理位置的特定氣候特征、土壤特性及地形地貌，精選既能有效適應(yīng)環(huán)境又能充分發(fā)揮水土保持效能的植物種類，如在干旱缺水的環(huán)境中選擇耐旱植被，確保生態(tài)恢復(fù)措施的高效性和針對(duì)性。

（2）經(jīng)濟(jì)與效益的均衡。在方案制定前，需全面評(píng)估種植成本、后續(xù)維護(hù)管理的經(jīng)濟(jì)投入與長(zhǎng)期生態(tài)、經(jīng)濟(jì)回報(bào)，優(yōu)選性價(jià)比高的物種組合，確保項(xiàng)目既符合經(jīng)濟(jì)合理性，又能持續(xù)發(fā)揮效用。

（3）社會(huì)融合與參與。生物措施的實(shí)施應(yīng)鼓勵(lì)社區(qū)及當(dāng)?shù)鼐用竦膹V泛參與，結(jié)合地域文化特色和經(jīng)濟(jì)需求，提升民眾的歸屬感和參與度，形成自下而上的保護(hù)動(dòng)力，確保措施的長(zhǎng)期生命力與社會(huì)接受度。

（4）生態(tài)價(jià)值的最大化。在確保水土保持功能的基礎(chǔ)上，側(cè)重選擇能增強(qiáng)生物多樣性、提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的植物配置，如選擇能提供良好棲息地、促進(jìn)物種多樣性、增強(qiáng)碳固定能力的植被，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)的多重益處。

以黃土高原的生態(tài)恢復(fù)為例，該地區(qū)通過(guò)科學(xué)部署耐旱、耐貧瘠的灌木和草本植物，如沙棘和紫花苜蓿，不僅有效緩解了嚴(yán)重水土流失問(wèn)題，還促進(jìn)了土壤質(zhì)量的顯著改善，使得生態(tài)智慧與區(qū)域特色完美結(jié)合。

2.3 耕作措施

耕作措施通過(guò)改進(jìn)農(nóng)作制度，如實(shí)行免耕、少耕、作物輪作、覆蓋耕作等，減少對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞，增加土壤有機(jī)質(zhì)，增強(qiáng)土壤的自然抗侵蝕能力。

2.3.1 應(yīng)用技術(shù)

保護(hù)性耕作強(qiáng)調(diào)減少對(duì)土壤的擾動(dòng)，維持地表覆蓋物，如作物殘茬和自然植被，以減少水土流失，提升土壤有機(jī)質(zhì)含量。關(guān)鍵技術(shù)包括免耕、少耕、覆蓋作物種植等。免耕技術(shù)可以避免常規(guī)翻耕，保持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，減少侵蝕；少耕則是在盡量減少翻動(dòng)深度的前提下進(jìn)行必要的土壤處理；覆蓋作物種植通過(guò)在主作物收獲后種植覆蓋作物，增加地表覆蓋，有效控制侵蝕，同時(shí)改善土壤生物活性。

輪作是指在同一塊土地上按預(yù)定順序輪換種植不同作物或作物組合，以實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分的均衡利用和病蟲(chóng)害的生態(tài)防控。它通過(guò)改變作物根系結(jié)構(gòu)，改善土壤通氣性和水分保持能力，減少特定作物對(duì)土壤養(yǎng)分的單一消耗，間接增強(qiáng)土壤的抗侵蝕能力。合理的作物搭配還能促進(jìn)土壤微生物多樣性，提升土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3.2 生態(tài)效益評(píng)估與機(jī)理探討

耕作措施在水土保持中的生態(tài)效益主要體現(xiàn)在土壤質(zhì)量改善、生物多樣性提升和生態(tài)服務(wù)功能增強(qiáng)。保護(hù)性耕作通過(guò)保持地表覆蓋，顯著減少了地表徑流量，減小徑流速度，降低了土壤侵蝕率，同時(shí)增加了土壤碳儲(chǔ)存，促進(jìn)了碳循環(huán)；輪作則通過(guò)改善土壤結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)，增強(qiáng)了土壤的自凈能力和生物多樣性，為土壤生態(tài)系統(tǒng)提供了良好的恢復(fù)條件。

耕作措施對(duì)土壤侵蝕防控的機(jī)理體現(xiàn)在物理、化學(xué)和生物3個(gè)層面。首先，在物理層面，耕作管理通過(guò)確保地表覆蓋物的充足，有效削減了雨滴動(dòng)能對(duì)地表的直接影響及徑流的沖蝕力，維護(hù)了土壤結(jié)構(gòu)的完整性，減緩侵蝕速率。其次，化學(xué)層面的作用凸顯于如輪作等措施，通過(guò)提升土壤有機(jī)質(zhì)含量及優(yōu)化土壤的物理化學(xué)屬性，提高了土壤的水分保持與養(yǎng)分鎖定能力，增強(qiáng)了土壤的抗侵蝕性。最后，從生物學(xué)角度分析，耕作措施誘發(fā)的土壤生物多樣性增加，尤其是土壤微生物群落的活力激發(fā)，促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成，這不僅加固了土壤的物理結(jié)構(gòu)，而且通過(guò)提高土壤穩(wěn)定性，間接減少了土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

土壤侵蝕的復(fù)雜性要求相關(guān)部門在水土保持實(shí)踐中采取多元化、綜合性的策略。工程措施、生物措施與耕作措施各有優(yōu)勢(shì)與局限，應(yīng)根據(jù)具體地域環(huán)境、侵蝕類型與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，科學(xué)選擇與集成應(yīng)用。例如，工程措施在水力侵蝕嚴(yán)重的山區(qū)可能更為有效；生物措施更適合于風(fēng)蝕區(qū)或生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目；耕作與農(nóng)業(yè)管理措施具有靈活性和可持續(xù)性，在多數(shù)農(nóng)耕區(qū)具有廣泛的適用性和推廣價(jià)值。在未來(lái)，相關(guān)部門更加注重跨學(xué)科合作，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，以提升生態(tài)修復(fù)的系統(tǒng)性和長(zhǎng)效性。

參考文獻(xiàn)

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