土壤侵蝕機理與水土保持技術研究進展

摘 要：在全球氣候變化與城鎮化進程加快的背景下，土壤侵蝕已成為制約農業可持續發展與生態環境保護的重要因素。基于此，概述了土壤侵蝕，探討了水土保持技術的應用，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依據和技術支持。

關鍵詞：土壤侵蝕；水土保持技術；工程措施；生物措施；耕作措施

中圖分類號：S157 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

土壤是生命的基礎，其支撐著農業、生態系統和生命的存在。土壤侵蝕會導致肥沃土壤的流失、水質污染、生物多樣性減少和生態系統破壞。保護土壤對于糧食安全、環境保護和可持續發展至關重要[1]。因此，深入研究土壤侵蝕的機理，并探討有效的水土保持技術，對于保護土壤資源、維護生態安全和實現農業的可持續發展具有積極的實踐價值和意義。

1 土壤侵蝕的概述

1.1 土壤侵蝕的本質界定與類別劃分

土壤侵蝕是土壤與其他地面組成物質在水力、風力、凍融、重力等自然因素和人類活動的綜合作用下，被破壞、侵蝕、分離、搬運和沉積的過程[2]。土壤侵蝕涉及物理、化學和生物等領域的相互作用，表現為土壤顆粒在各種外力作用下從原生位置移除并被輸運至其他地點的過程。這一過程不僅可能導致土地生產力下降，還可能引發水土流失、地表退化、水質污染等生態環境問題，對農業生產、水資源管理和生態安全構成嚴峻挑戰。

根據主導外力的不同，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。根據過程特征，可進一步細分為片蝕、溝蝕和山洪侵蝕等。水力侵蝕的嚴重程度與降水量、降雨強度、地形坡度、土壤質地及植被覆蓋度等因素密切相關。其二，風力侵蝕在干旱和半干旱地區尤為顯著，風力搬運是其主要作用方式，可分為吹蝕和磨蝕兩種類型。風力侵蝕的強度受風速、土壤干燥程度、地面粗糙度及植被覆蓋狀況等影響。其三，凍融侵蝕發生在季節性凍土區，土壤在凍結與融化循環過程中發生的破壞與移動。這一過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致的土壤下滑或崩塌現象，常見于陡峭地形。土壤的穩定性、含水量及地質構造是影響重力侵蝕的關鍵因素。

1.2 土壤侵蝕的多維度動態機制

物理過程是土壤侵蝕最直觀的表現形式，主要包括水流沖刷、風力搬運、重力滑塌等。水流的動能直接作用于土壤顆粒，造成片蝕與溝蝕，其強度與降雨強度、地形坡度及土壤抗蝕性緊密相關；風力通過直接搬運細小顆粒或間接加速顆粒間的碰撞與磨損，導致土壤結構破壞與地表裸露；重力侵蝕更多依賴于地形陡峭度和土壤水分飽和度。這些物理過程共同作用，形成了土壤侵蝕的直接驅動力。

化學過程不易直觀察覺，但在土壤侵蝕過程中扮演著重要角色。土壤酸堿度的變化、有機質的分解與轉化和土壤膠體的電荷性質，均可影響土壤顆粒的穩定性，間接促進或減緩侵蝕過程。例如，酸性降水可溶解土壤中礦物，降低土壤結構穩定性，土壤有機質的減少會減弱土壤顆粒間的凝聚力，增加侵蝕敏感性。

生物過程，尤其是植被覆蓋與根系活動，對土壤侵蝕具有顯著的調控作用。植被通過攔截降水可減緩地表徑流、增加土壤有機質含量和改善土壤結構，有效降低侵蝕速率。根系網絡不僅可以加固土壤，防止水力和風力侵蝕，還可以通過促進微生物活動，影響土壤的化學性質，增強土壤的整體穩定性。此外，動物活動在一定限度上也會影響土壤結構與侵蝕過程。

1.3 影響土壤侵蝕的多元因子

自然因子與人類活動的交互作用構成了土壤侵蝕的復雜背景。自然因素提供了侵蝕發生的物理基礎，而人類活動通過改變土地利用方式、生態系統結構與功能，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，尤其是降水強度、雨型、風速與溫度等，是驅動土壤侵蝕的關鍵自然因素。高強度降雨易造成地表徑流匯集，增加水力侵蝕；風速的增加則會直接加大風力侵蝕的強度；溫度波動引起的凍融循環，在寒區成為土壤侵蝕的重要動因。氣候因素通過影響土壤濕度、植被生長狀態及地表覆蓋情況，間接調控侵蝕過程。其二，地形起伏度、坡向與坡長直接影響侵蝕動力的分布與強度。陡峭的地形加速水流和風速，增加侵蝕能量；坡向影響降水分配和風向，進而改變侵蝕模式。此外，地形的微觀特征（如溝壑、凸起等）也會影響侵蝕路徑與沉積區域的形成。其三，作為天然屏障，植被對抵御土壤侵蝕起到決定性作用。根系網絡固結土壤，減少地表徑流，增加雨水滲透量，同時植被葉片能有效攔截降水，減輕雨滴沖擊力。植被覆蓋度直接關聯土壤侵蝕的敏感性，植被種類及生長狀況亦對侵蝕過程產生影響。其四，土壤的物理（如粒度組成、結構）、化學（pH值、有機質含量）和生物學特性共同決定了土壤的抗侵蝕能力。質地較輕的土壤易于被水力或風力帶走，而有機質含量豐富的土壤具有更好的結構穩定性和保水能力，能有效抵抗侵蝕。

1.3.2 人類活動

人類活動主要包括耕作實踐、畜牧業管理和城市擴張3個方面。其一，不當的耕作方式，如過度耕翻、連續耕作和缺乏輪作休耕，會導致土壤結構破壞、有機質下降，增加土壤侵蝕的風險。不合理的灌溉和排水系統也可能加劇水力侵蝕。其二，過度放牧導致植被覆蓋減少，土壤裸露，增加風力和水力侵蝕的可能性。同時，牲畜活動影響土壤孔隙度和滲透性，進一步降低土壤的抗侵蝕能力。其三，城鎮化進程中的土地平整、硬化覆蓋會減少地表植被，改變自然水文循環，導致雨水徑流增加，加速城市周邊地區的土壤侵蝕。此外，城市擴張往往伴隨著大量的土石方工程，也會引發嚴重的土壤擾動與侵蝕。

2 水土保持技術的應用

水土保持技術是指應用自然科學原理與工程技術手段，結合生態學原理，以預防和治理水土流失、維持和提升土地生產力為目標的一系列措施與方法。這些技術旨在恢復和增強生態系統服務功能，促進人與自然和諧共生，保障經濟社會的可持續發展。水土保持的關鍵技術主要有以下3種。

2.1 工程措施

工程措施側重通過建造物理性設施改變地表徑流模式，增強土壤抗蝕能力，包括梯田、溝道整治、護岸護坡、小型水利工程等。

2.1.1 技術特點

梯田是一種典型的水土保持工程措施，通過在斜坡上修筑水平階地，有效攔截地表徑流，減少水力侵蝕，同時有利于土壤水分的滲透與保持。其技術特點在于利用等高線施工，保持良好的排水系統，促進土壤養分的循環與積累，適合于中低山區的水土保持與農業可持續發展。

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，防止下游區域的土壤侵蝕。該技術的關鍵在于壩體設計與選址，需考慮地形、流量及泥沙淤積等因素，以達到最優的攔蓄效果。攔沙壩的實施能有效改善局部小氣候，促進植被恢復，但需要注意其對下游生態及水文環境的潛在影響。

護坡工程包括生物護坡與工程護坡兩大類，旨在通過物理或生物手段加固斜坡，防止水土流失。生物護坡如植草、植樹等，利用植物根系的固土作用，增強土壤穩定性，同時提升生態美觀度。工程護坡如網格固土、擋土墻等，則依靠人工結構提高邊坡穩定性，適用于坡度較大或土壤穩定性差的區域。護坡技術的選擇需綜合考慮成本、環境適應性及長期維護需求。

2.1.2 效果評估與局限性

工程措施在水土保持實踐中顯示出顯著的正面效果，如梯田的建設顯著提升了農田的保水保土能力，增加了作物產量；攔沙壩有效減少了下游河床的淤積，改善了水環境；護坡技術成功穩固了易侵蝕的斜坡，降低了災害風險。這些成效的取得，很大限度上依賴于科學的設計、合理的布局及有效的維護管理。

盡管工程措施在水土保持中發揮了重要作用，但也存在一定的局限性。首先，部分工程措施可能會對自然景觀和生物多樣性產生不利影響，如大規模的梯田建設可能改變原有生態系統結構。其次，高昂的初期投資和長期維護成本制約了工程措施的推廣與應用。最后，氣候變化和極端天氣事件的增加，對工程措施的穩定性和持久性提出了更高要求，需要不斷進行技術創新與適應性調整。

2.2 生物措施

生物措施致力于通過植被恢復、林草種植、生態防護林體系建設等手段，利用植物的根系固土能力防止土壤侵蝕。

2.2.1 生態功能

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

（2）調節地表徑流，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，對地表徑流起到自然調節作用，減少洪水災害，同時為地下水補給提供條件。

（3）促進生物多樣性。通過種植多種本土植物，恢復和增加生物多樣性，構建多層次的生態系統，進一步增強生態系統的自我調節能力和穩定性，為水土保持提供更為持久的生態屏障。

（4）循環土壤養分，提升生產力。植物通過光合作用固定碳，凋落物的分解則為土壤提供有機質，促進養分循環，改善土壤肥力，為農作物和其他植被生長創造良好條件，實現生態與經濟雙重效益。

2.2.2 選擇原則與典型應用案例

在生物措施的選擇與應用實踐中，應遵循科學性、適應性與可持續性原則。這不僅要求措施與自然環境的和諧共生，還需考慮經濟、社會等多維度的綜合效益。具體而言，生物措施的優選需考慮以下幾個方面。

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

（2）經濟與效益的均衡。在方案制定前，需全面評估種植成本、后續維護管理的經濟投入與長期生態、經濟回報，優選性價比高的物種組合，確保項目既符合經濟合理性，又能持續發揮效用。

（3）社會融合與參與。生物措施的實施應鼓勵社區及當地居民的廣泛參與，結合地域文化特色和經濟需求，提升民眾的歸屬感和參與度，形成自下而上的保護動力，確保措施的長期生命力與社會接受度。

（4）生態價值的最大化。在確保水土保持功能的基礎上，側重選擇能增強生物多樣性、提升生態系統服務功能的植物配置，如選擇能提供良好棲息地、促進物種多樣性、增強碳固定能力的植被，以實現生態修復的多重益處。

以黃土高原的生態恢復為例，該地區通過科學部署耐旱、耐貧瘠的灌木和草本植物，如沙棘和紫花苜蓿，不僅有效緩解了嚴重水土流失問題，還促進了土壤質量的顯著改善，使得生態智慧與區域特色完美結合。

2.3 耕作措施

耕作措施通過改進農作制度，如實行免耕、少耕、作物輪作、覆蓋耕作等，減少對土壤結構的破壞，增加土壤有機質，增強土壤的自然抗侵蝕能力。

2.3.1 應用技術

保護性耕作強調減少對土壤的擾動，維持地表覆蓋物，如作物殘茬和自然植被，以減少水土流失，提升土壤有機質含量。關鍵技術包括免耕、少耕、覆蓋作物種植等。免耕技術可以避免常規翻耕，保持土壤結構穩定，減少侵蝕；少耕則是在盡量減少翻動深度的前提下進行必要的土壤處理；覆蓋作物種植通過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，同時改善土壤生物活性。

輪作是指在同一塊土地上按預定順序輪換種植不同作物或作物組合，以實現土壤養分的均衡利用和病蟲害的生態防控。它通過改變作物根系結構，改善土壤通氣性和水分保持能力，減少特定作物對土壤養分的單一消耗，間接增強土壤的抗侵蝕能力。合理的作物搭配還能促進土壤微生物多樣性，提升土壤生態系統的穩定性。

2.3.2 生態效益評估與機理探討

耕作措施在水土保持中的生態效益主要體現在土壤質量改善、生物多樣性提升和生態服務功能增強。保護性耕作通過保持地表覆蓋，顯著減少了地表徑流量，減小徑流速度，降低了土壤侵蝕率，同時增加了土壤碳儲存，促進了碳循環；輪作則通過改善土壤結構和營養循環，增強了土壤的自凈能力和生物多樣性，為土壤生態系統提供了良好的恢復條件。

耕作措施對土壤侵蝕防控的機理體現在物理、化學和生物3個層面。首先，在物理層面，耕作管理通過確保地表覆蓋物的充足，有效削減了雨滴動能對地表的直接影響及徑流的沖蝕力，維護了土壤結構的完整性，減緩侵蝕速率。其次，化學層面的作用凸顯于如輪作等措施，通過提升土壤有機質含量及優化土壤的物理化學屬性，提高了土壤的水分保持與養分鎖定能力，增強了土壤的抗侵蝕性。最后，從生物學角度分析，耕作措施誘發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，促進了土壤團聚體的形成，這不僅加固了土壤的物理結構，而且通過提高土壤穩定性，間接減少了土壤侵蝕的風險。

3 結束語

土壤侵蝕的復雜性要求相關部門在水土保持實踐中采取多元化、綜合性的策略。工程措施、生物措施與耕作措施各有優勢與局限，應根據具體地域環境、侵蝕類型與社會經濟條件，科學選擇與集成應用。例如，工程措施在水力侵蝕嚴重的山區可能更為有效；生物措施更適合于風蝕區或生態修復項目；耕作與農業管理措施具有靈活性和可持續性，在多數農耕區具有廣泛的適用性和推廣價值。在未來，相關部門更加注重跨學科合作，加強技術創新，以提升生態修復的系統性和長效性。

參考文獻

[1] 汪良萍.水土保持措施對土壤侵蝕的影響研究[J].水利技術監督，2024（3）：164-167.

[2] 辛建寶.土壤侵蝕與水土保持的關系淺析[J].南方農業，2016，

10（15）：210-211.