土壤侵蚀机理与水土保持技术研究进展

摘 要：在全球气候变化与城镇化进程加快的背景下，土壤侵蚀已成为制约农业可持续发展与生态环境保护的重要因素。基于此，概述了土壤侵蚀，探讨了水土保持技术的应用，包括工程措施、生物措施和耕地措施，以期为土壤侵蚀防治提供科学依据和技术支持。

关键词：土壤侵蚀；水土保持技术；工程措施；生物措施；耕作措施

中图分类号：S157 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）08–0-03

土壤是生命的基础，其支撑着农业、生态系统和生命的存在。土壤侵蚀会导致肥沃土壤的流失、水质污染、生物多样性减少和生态系统破坏。保护土壤对于粮食安全、环境保护和可持续发展至关重要[1]。因此，深入研究土壤侵蚀的机理，并探讨有效的水土保持技术，对于保护土壤资源、维护生态安全和实现农业的可持续发展具有积极的实践价值和意义。

1 土壤侵蚀的概述

1.1 土壤侵蚀的本质界定与类别划分

土壤侵蚀是土壤与其他地面组成物质在水力、风力、冻融、重力等自然因素和人类活动的综合作用下，被破坏、侵蚀、分离、搬运和沉积的过程[2]。土壤侵蚀涉及物理、化学和生物等领域的相互作用，表现为土壤颗粒在各种外力作用下从原生位置移除并被输运至其他地点的过程。这一过程不仅可能导致土地生产力下降，还可能引发水土流失、地表退化、水质污染等生态环境问题，对农业生产、水资源管理和生态安全构成严峻挑战。

根据主导外力的不同，可将土壤侵蚀划分为若干主要类型。其一，水力侵蚀是最为普遍的土壤侵蚀形式，主要由降水（雨滴击打、地表径流）引起。根据过程特征，可进一步细分为片蚀、沟蚀和山洪侵蚀等。水力侵蚀的严重程度与降水量、降雨强度、地形坡度、土壤质地及植被覆盖度等因素密切相关。其二，风力侵蚀在干旱和半干旱地区尤为显著，风力搬运是其主要作用方式，可分为吹蚀和磨蚀两种类型。风力侵蚀的强度受风速、土壤干燥程度、地面粗糙度及植被覆盖状况等影响。其三，冻融侵蚀发生在季节性冻土区，土壤在冻结与融化循环过程中发生的破坏与移动。这一过程受温度变化幅度和频率，以及土壤水分含量影响较大。其四，重力侵蚀是由于重力作用导致的土壤下滑或崩塌现象，常见于陡峭地形。土壤的稳定性、含水量及地质构造是影响重力侵蚀的关键因素。

1.2 土壤侵蚀的多维度动态机制

物理过程是土壤侵蚀最直观的表现形式，主要包括水流冲刷、风力搬运、重力滑塌等。水流的动能直接作用于土壤颗粒，造成片蚀与沟蚀，其强度与降雨强度、地形坡度及土壤抗蚀性紧密相关；风力通过直接搬运细小颗粒或间接加速颗粒间的碰撞与磨损，导致土壤结构破坏与地表裸露；重力侵蚀更多依赖于地形陡峭度和土壤水分饱和度。这些物理过程共同作用，形成了土壤侵蚀的直接驱动力。

化学过程不易直观察觉，但在土壤侵蚀过程中扮演着重要角色。土壤酸碱度的变化、有机质的分解与转化和土壤胶体的电荷性质，均可影响土壤颗粒的稳定性，间接促进或减缓侵蚀过程。例如，酸性降水可溶解土壤中矿物，降低土壤结构稳定性，土壤有机质的减少会减弱土壤颗粒间的凝聚力，增加侵蚀敏感性。

生物过程，尤其是植被覆盖与根系活动，对土壤侵蚀具有显著的调控作用。植被通过拦截降水可减缓地表径流、增加土壤有机质含量和改善土壤结构，有效降低侵蚀速率。根系网络不仅可以加固土壤，防止水力和风力侵蚀，还可以通过促进微生物活动，影响土壤的化学性质，增强土壤的整体稳定性。此外，动物活动在一定限度上也会影响土壤结构与侵蚀过程。

1.3 影响土壤侵蚀的多元因子

自然因子与人类活动的交互作用构成了土壤侵蚀的复杂背景。自然因素提供了侵蚀发生的物理基础，而人类活动通过改变土地利用方式、生态系统结构与功能，显著加剧了土壤侵蚀的程度和速度。

1.3.1 自然因子

自然因子主要包括气候因子、地形因子、植被覆盖和土壤特性。其一，气候条件，尤其是降水强度、雨型、风速与温度等，是驱动土壤侵蚀的关键自然因素。高强度降雨易造成地表径流汇集，增加水力侵蚀；风速的增加则会直接加大风力侵蚀的强度；温度波动引起的冻融循环，在寒区成为土壤侵蚀的重要动因。气候因素通过影响土壤湿度、植被生长状态及地表覆盖情况，间接调控侵蚀过程。其二，地形起伏度、坡向与坡长直接影响侵蚀动力的分布与强度。陡峭的地形加速水流和风速，增加侵蚀能量；坡向影响降水分配和风向，进而改变侵蚀模式。此外，地形的微观特征（如沟壑、凸起等）也会影响侵蚀路径与沉积区域的形成。其三，作为天然屏障，植被对抵御土壤侵蚀起到决定性作用。根系网络固结土壤，减少地表径流，增加雨水渗透量，同时植被叶片能有效拦截降水，减轻雨滴冲击力。植被覆盖度直接关联土壤侵蚀的敏感性，植被种类及生长状况亦对侵蚀过程产生影响。其四，土壤的物理（如粒度组成、结构）、化学（pH值、有机质含量）和生物学特性共同决定了土壤的抗侵蚀能力。质地较轻的土壤易于被水力或风力带走，而有机质含量丰富的土壤具有更好的结构稳定性和保水能力，能有效抵抗侵蚀。

1.3.2 人类活动

人类活动主要包括耕作实践、畜牧业管理和城市扩张3个方面。其一，不当的耕作方式，如过度耕翻、连续耕作和缺乏轮作休耕，会导致土壤结构破坏、有机质下降，增加土壤侵蚀的风险。不合理的灌溉和排水系统也可能加剧水力侵蚀。其二，过度放牧导致植被覆盖减少，土壤裸露，增加风力和水力侵蚀的可能性。同时，牲畜活动影响土壤孔隙度和渗透性，进一步降低土壤的抗侵蚀能力。其三，城镇化进程中的土地平整、硬化覆盖会减少地表植被，改变自然水文循环，导致雨水径流增加，加速城市周边地区的土壤侵蚀。此外，城市扩张往往伴随着大量的土石方工程，也会引发严重的土壤扰动与侵蚀。

2 水土保持技术的应用

水土保持技术是指应用自然科学原理与工程技术手段，结合生态学原理，以预防和治理水土流失、维持和提升土地生产力为目标的一系列措施与方法。这些技术旨在恢复和增强生态系统服务功能，促进人与自然和谐共生，保障经济社会的可持续发展。水土保持的关键技术主要有以下3种。

2.1 工程措施

工程措施侧重通过建造物理性设施改变地表径流模式，增强土壤抗蚀能力，包括梯田、沟道整治、护岸护坡、小型水利工程等。

2.1.1 技术特点

梯田是一种典型的水土保持工程措施，通过在斜坡上修筑水平阶地，有效拦截地表径流，减少水力侵蚀，同时有利于土壤水分的渗透与保持。其技术特点在于利用等高线施工，保持良好的排水系统，促进土壤养分的循环与积累，适合于中低山区的水土保持与农业可持续发展。

拦沙坝，尤其是小型水土保持坝，主要用于拦截山坡径流，减缓水流速度，沉淀泥沙，防止下游区域的土壤侵蚀。该技术的关键在于坝体设计与选址，需考虑地形、流量及泥沙淤积等因素，以达到最优的拦蓄效果。拦沙坝的实施能有效改善局部小气候，促进植被恢复，但需要注意其对下游生态及水文环境的潜在影响。

护坡工程包括生物护坡与工程护坡两大类，旨在通过物理或生物手段加固斜坡，防止水土流失。生物护坡如植草、植树等，利用植物根系的固土作用，增强土壤稳定性，同时提升生态美观度。工程护坡如网格固土、挡土墙等，则依靠人工结构提高边坡稳定性，适用于坡度较大或土壤稳定性差的区域。护坡技术的选择需综合考虑成本、环境适应性及长期维护需求。

2.1.2 效果评估与局限性

工程措施在水土保持实践中显示出显著的正面效果，如梯田的建设显著提升了农田的保水保土能力，增加了作物产量；拦沙坝有效减少了下游河床的淤积，改善了水环境；护坡技术成功稳固了易侵蚀的斜坡，降低了灾害风险。这些成效的取得，很大限度上依赖于科学的设计、合理的布局及有效的维护管理。

尽管工程措施在水土保持中发挥了重要作用，但也存在一定的局限性。首先，部分工程措施可能会对自然景观和生物多样性产生不利影响，如大规模的梯田建设可能改变原有生态系统结构。其次，高昂的初期投资和长期维护成本制约了工程措施的推广与应用。最后，气候变化和极端天气事件的增加，对工程措施的稳定性和持久性提出了更高要求，需要不断进行技术创新与适应性调整。

2.2 生物措施

生物措施致力于通过植被恢复、林草种植、生态防护林体系建设等手段，利用植物的根系固土能力防止土壤侵蚀。

2.2.1 生态功能

（1）改善土壤结构，增强稳定性。植物根系的穿插有助于土壤颗粒的聚合，形成更为稳定的土壤结构，减少水力和风力侵蚀。根系的固定作用还能有效防止山体滑坡与坍塌，提升斜坡稳定性。

（2）调节地表径流，保持土壤水分。植被覆盖能有效拦截降水，减缓地表径流的速度与量，增加土壤水分渗透性和持水力，对地表径流起到自然调节作用，减少洪水灾害，同时为地下水补给提供条件。

（3）促进生物多样性。通过种植多种本土植物，恢复和增加生物多样性，构建多层次的生态系统，进一步增强生态系统的自我调节能力和稳定性，为水土保持提供更为持久的生态屏障。

（4）循环土壤养分，提升生产力。植物通过光合作用固定碳，凋落物的分解则为土壤提供有机质，促进养分循环，改善土壤肥力，为农作物和其他植被生长创造良好条件，实现生态与经济双重效益。

2.2.2 选择原则与典型应用案例

在生物措施的选择与应用实践中，应遵循科学性、适应性与可持续性原则。这不仅要求措施与自然环境的和谐共生，还需考虑经济、社会等多维度的综合效益。具体而言，生物措施的优选需考虑以下几个方面。

（1）生态适宜匹配。依据地理位置的特定气候特征、土壤特性及地形地貌，精选既能有效适应环境又能充分发挥水土保持效能的植物种类，如在干旱缺水的环境中选择耐旱植被，确保生态恢复措施的高效性和针对性。

（2）经济与效益的均衡。在方案制定前，需全面评估种植成本、后续维护管理的经济投入与长期生态、经济回报，优选性价比高的物种组合，确保项目既符合经济合理性，又能持续发挥效用。

（3）社会融合与参与。生物措施的实施应鼓励社区及当地居民的广泛参与，结合地域文化特色和经济需求，提升民众的归属感和参与度，形成自下而上的保护动力，确保措施的长期生命力与社会接受度。

（4）生态价值的最大化。在确保水土保持功能的基础上，侧重选择能增强生物多样性、提升生态系统服务功能的植物配置，如选择能提供良好栖息地、促进物种多样性、增强碳固定能力的植被，以实现生态修复的多重益处。

以黄土高原的生态恢复为例，该地区通过科学部署耐旱、耐贫瘠的灌木和草本植物，如沙棘和紫花苜蓿，不仅有效缓解了严重水土流失问题，还促进了土壤质量的显著改善，使得生态智慧与区域特色完美结合。

2.3 耕作措施

耕作措施通过改进农作制度，如实行免耕、少耕、作物轮作、覆盖耕作等，减少对土壤结构的破坏，增加土壤有机质，增强土壤的自然抗侵蚀能力。

2.3.1 应用技术

保护性耕作强调减少对土壤的扰动，维持地表覆盖物，如作物残茬和自然植被，以减少水土流失，提升土壤有机质含量。关键技术包括免耕、少耕、覆盖作物种植等。免耕技术可以避免常规翻耕，保持土壤结构稳定，减少侵蚀；少耕则是在尽量减少翻动深度的前提下进行必要的土壤处理；覆盖作物种植通过在主作物收获后种植覆盖作物，增加地表覆盖，有效控制侵蚀，同时改善土壤生物活性。

轮作是指在同一块土地上按预定顺序轮换种植不同作物或作物组合，以实现土壤养分的均衡利用和病虫害的生态防控。它通过改变作物根系结构，改善土壤通气性和水分保持能力，减少特定作物对土壤养分的单一消耗，间接增强土壤的抗侵蚀能力。合理的作物搭配还能促进土壤微生物多样性，提升土壤生态系统的稳定性。

2.3.2 生态效益评估与机理探讨

耕作措施在水土保持中的生态效益主要体现在土壤质量改善、生物多样性提升和生态服务功能增强。保护性耕作通过保持地表覆盖，显著减少了地表径流量，减小径流速度，降低了土壤侵蚀率，同时增加了土壤碳储存，促进了碳循环；轮作则通过改善土壤结构和营养循环，增强了土壤的自净能力和生物多样性，为土壤生态系统提供了良好的恢复条件。

耕作措施对土壤侵蚀防控的机理体现在物理、化学和生物3个层面。首先，在物理层面，耕作管理通过确保地表覆盖物的充足，有效削减了雨滴动能对地表的直接影响及径流的冲蚀力，维护了土壤结构的完整性，减缓侵蚀速率。其次，化学层面的作用凸显于如轮作等措施，通过提升土壤有机质含量及优化土壤的物理化学属性，提高了土壤的水分保持与养分锁定能力，增强了土壤的抗侵蚀性。最后，从生物学角度分析，耕作措施诱发的土壤生物多样性增加，尤其是土壤微生物群落的活力激发，促进了土壤团聚体的形成，这不仅加固了土壤的物理结构，而且通过提高土壤稳定性，间接减少了土壤侵蚀的风险。

3 结束语

土壤侵蚀的复杂性要求相关部门在水土保持实践中采取多元化、综合性的策略。工程措施、生物措施与耕作措施各有优势与局限，应根据具体地域环境、侵蚀类型与社会经济条件，科学选择与集成应用。例如，工程措施在水力侵蚀严重的山区可能更为有效；生物措施更适合于风蚀区或生态修复项目；耕作与农业管理措施具有灵活性和可持续性，在多数农耕区具有广泛的适用性和推广价值。在未来，相关部门更加注重跨学科合作，加强技术创新，以提升生态修复的系统性和长效性。

参考文献

[1] 汪良萍.水土保持措施对土壤侵蚀的影响研究[J].水利技术监督，2024（3）：164-167.

[2] 辛建宝.土壤侵蚀与水土保持的关系浅析[J].南方农业，2016，

10（15）：210-211.