作者：史志华，刘前进，张含玉，王玲，黄萱，方怒放，岳紫健
作者单位：土壤侵蚀；水土保持；文献计量；重点研究领域
在当今生态文明背景下,土壤侵蚀与水土保持研究迎来了新的发展机遇和挑战。
本文首先采用文献计量学方法,定量分析了近10年来国内外土壤侵蚀与水土保持学科发展现状。在此基础上,结合社会需求的变化,阐明了学科发展需求与存在问题。
最后,提出了本学科研究的重点领域与方向:水文过程与侵蚀产沙机理,土壤侵蚀过程及其定量模拟,全球变化下土壤侵蚀演变及其灾变机理,社会经济系统—水土流失的互馈过程,以生态功能提升为主的土壤侵蚀防治,以及土壤侵蚀研究新技术与新方法等。
亮点论述：
3 土壤侵蚀与水土保持科学研究的重点领域
3.1 水文过程与侵蚀产沙机理
降雨和径流为侵蚀产沙过程提供了能量与载体。因此，对坡面-流域尺度上的水文过程及其机制的深入认识，有助于理解侵蚀产沙机理。降雨产流水文过程及机制经由产流阈值、可变源区发展至新近提出的水文连通性，侵蚀产沙过程相应地从泥沙输移比、侵蚀源与沉积汇提升至坡面与沟道连续系统等方面予以解析与模拟[56-57]，关注的重点从将坡面或流域作为一个黑箱、“坡面+沟道”模式发展至完整的流域系统。基于水文连通性的侵蚀产沙机理，强调在土壤颗粒或团聚体尺度上分离出的泥沙，以径流为载体，跨越土体、坡面、流域等多个尺度，形成流域产沙的完整过程[58]。重点研究：不同尺度下水文过程与侵蚀—搬运—沉积的级联效应；水文连通性对流域侵蚀产沙影响机理及其过程模拟。
3.2 土壤侵蚀过程及其定量模拟
土壤侵蚀过程具有独特的水/土界面物理化学相互作用机制，以及侵蚀地表形态和环境要素协同演化规律。目前虽然对植被截留、土壤入渗、地表产汇流、侵蚀输沙、搬运沉积等物理过程进行了表达，但植被截留、土壤入渗过程表达的适用范围受植被类型、土壤环境等因素的限制；坡面薄层流特性定量表征及动力过程的解析，仍主要沿用明渠水力学等邻近学科的理论与方法；风沙两相流的相互作用机制及其传输过程，主要依赖经典力学和流体力学予以解析与模拟，学科理论体系尚不完善。重点研究：含沙水流的水动力学关键参数与临界条件，风沙流动力学特征及沙粒运动过程与机制，重力侵蚀与崩岗发生的力学机制与条件；高海拔寒区融水侵蚀机理与过程模拟，多重外力复合侵蚀过程与模拟；流域侵蚀—输移—产沙系统中的泥沙汇集传递过程及其机制等。
3.3 全球变化下土壤侵蚀演变及其灾变机理
气候变化改变了降水、温度的时空格局，并使地表覆被与人类活动发生响应[59]。变化的降水特性和地表覆被格局，在时空耦合过程中增加了土壤侵蚀过程的不确定性和灾变风险；土地利用格局优化、退化生态系统恢复重建等应对气候变化的人类活动，则可通过改变陆面的土壤、地理与生态过程作用于土壤侵蚀过程。同时，侵蚀泥沙搬运过程可使全球生源要素（C、N、P、S）循环发生变化，进而影响全球气候变化。土壤侵蚀过程与全球气候变化存在互馈机制。重点研究：极端气候事件对侵蚀过程影响机制及其不确定性；全球变化情势下土壤侵蚀灾变阈值及调控对策；土壤侵蚀对碳“源”、“汇”时空格局的影响；气候变化下土壤侵蚀发生发展趋势的情景模拟。
3.4 社会经济系统——土壤侵蚀的互馈过程机理
土壤侵蚀受自然和社会经济两个方面因素的共同作用，而社会经济活动及政策对土壤侵蚀具有加剧与控制的双重作用。但自然要素构成的生态网络与社会经济资本、信息等构成的社会网络存在空间上的错位[60]。由于社会—生态网络空间错位，土壤侵蚀驱动因素的非线性作用更为复杂，水土资源利用和水土流失治理出现市场失灵。客观上需要政府从全社会的利益出发，在资源配置和利益分配上起到协调作用。重点研究：社会—生态网络结构与功能；农业与非农产业发展对土壤侵蚀的驱动机制与作用路径；社会—生态网络空间错位对水土流失治理的影响机理；水土保持成本与效益的空间异置与利益权衡。
3.5 以生态功能提升为主的土壤侵蚀防治
在生态文明建设背景下，提升生态功能已成为继流域综合治理之后土壤侵蚀防治的新需求。其注重生态系统的整体性与长期性，统筹流域及区域的空间分异与功能分区，基于生态系统的功能与服务，融合使用包括综合治理在内多种土壤侵蚀防治措施、高效农业技术与流域及区域管理策略，对侵蚀泥沙的物质流、能量流与功能流进行生态调控，实现农业生产的高效和环境的可持续[4]。重点研究：以生态系统服务功能提升为核心的多尺度土壤允许流失量阈值确定；水土保持措施布局整体性优化；土壤多样性对水土保持措施配置的影响机理；水土保持与生态系统功能的权衡与协同机制；土壤侵蚀防治过程中物质、能量和信息流演变规律及模拟。
3.6 土壤侵蚀研究新技术与新方法
试验技术与方法的进步可为土壤侵蚀过程与动力机制研究、侵蚀模型建立与验证提供精确数据与稳健算法。目前试验设备、观测技术与数据处理方法受到诸多限制。人工模拟降雨的雨滴滴谱、终点速度与天然降雨具有一定差异；坡面薄层水流的三维、非均匀与非恒定性，不同于所借鉴的明渠水动力学条件[8-9, 35]；缺少从土壤结构稳定性等物理化学层面表征土壤抗蚀性的参数与方法；生物标志物、氢氧同位素、核素示踪及红外光谱等用于识别径流与泥沙来源具有时效性或非稳定性局限[61]。重点研究：薄层水流流速、水深等参数测量技术与设备的研发；土壤结构力学性质测量仪器与方法的改进及其对侵蚀过程量化；径流泥沙来源示踪、低空无人飞行器遥感监测、人工智能与机器学习等技术在土壤侵蚀研究中的应用；区域与全球尺度水土流失动态监测的大数据分析与云网络服务平台建设。
