東北黑土區(qū)土壤侵蝕研究進展與展望

張光輝，楊 揚，劉瑛娜，王志強

(1.北京師范大學地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京 100875；2.北京師范大學地理科學學部，北京 100875)

東北黑土區(qū)位于松遼流域，主要分布在黑龍江、吉林、遼寧和內蒙古(呼倫貝爾市、興安盟、通遼市和赤峰市)4省(自治區(qū))，面積109萬km，是我國重要的商品糧生產基地，玉米、大豆和糧食產量分別占全國總產量的30%,56%,25%，商品糧供給量占全國的1/3，是國家糧食安全的“壓艙石”。受眾多自然和人為因素的綜合影響，黑土區(qū)水土流失面積高達21.60萬km，其中水蝕和風蝕面積分別為13.82萬,7.78萬km，強烈的水土流失導致黑土厚度年均下降0.3～2 mm。黑土質量退化是強烈水土流失的必然結果，典型黑土區(qū)部分水土流失嚴重的縣市，近20年來土壤有機質含量以每年1.35%的速度下降，直接降低作物產量，威脅國家糧食安全。因此，系統(tǒng)研究東北黑土區(qū)土壤侵蝕，對于阻控土壤退化、維持耕地產能、保障國家糧食安全具有重要意義。

受獨特地形條件影響，黑土區(qū)土壤侵蝕具有隱蔽性，坡面侵蝕嚴重，但河流輸沙顯著偏低。比較流域面積相近的松花江佳木斯水文站和黃河陜縣水文站，盡管前者流量比后者大1 000 m/s，但后者平均含沙量、輸沙量和輸沙模數卻分別是佳木斯站的215，149，112倍，因此，長期以來公眾普遍認為黑土區(qū)土壤侵蝕并不嚴重，土壤侵蝕研究和水土流失治理并未得到充分重視。進入21世紀以來，黑土區(qū)土壤侵蝕與水土保持逐步受到關注。2003年國家啟動東北黑土區(qū)水土流失綜合防治試點工程，范圍涵蓋72個小流域。2005年開始的水土流失與生態(tài)安全綜合科學考察，就黑土區(qū)自然環(huán)境與社會經濟、土壤侵蝕現狀與趨勢、水土流失危害、水土流失成因、水土保持成效與經驗等開展了系統(tǒng)調查、分析和總結，為該區(qū)土壤侵蝕研究和水土保持工作的快速發(fā)展奠定了基礎。過去10年間，國家科技部、基金委、水利部等單位高度重視黑土區(qū)土壤侵蝕問題，先后啟動了東北黑土區(qū)坡面水土流失綜合治理技術、東北黑土區(qū)侵蝕溝生態(tài)修復關鍵技術研發(fā)與集成示范、黑土侵蝕防治機理與調控技術等重大項目，在土壤侵蝕過程與機理、水土流失時空變化與驅動機制、土壤侵蝕環(huán)境效應、水土保持綜合治理等諸多方面取得了豐碩的成果，為黑土地保護和生態(tài)環(huán)境建設提供了強有力的科技支撐。

盡管在過去十多年，眾多學者系統(tǒng)分析、總結了黑土區(qū)土壤侵蝕特點、水力侵蝕、凍融侵蝕和水土流失現狀等，但與其他區(qū)域特別是黃土高原相比，黑土區(qū)土壤侵蝕研究歷史短、成果積累少，亟需加強或深化土壤侵蝕機理與過程、黑土退化機制與地力提升、水土保持綜合治理關鍵技術等研究。因此，本文在系統(tǒng)梳理黑土區(qū)土壤侵蝕環(huán)境與侵蝕環(huán)境效應、土壤侵蝕過程與機理、土壤侵蝕時空變化等研究進展的基礎上，提出了黑土區(qū)未來土壤侵蝕研究亟待加強的若干問題，以期為黑土地保護性利用、水土流失綜合治理、黑土地糧食產能提升提供理論支持。

1 土壤侵蝕環(huán)境與侵蝕環(huán)境效應

1.1 土壤侵蝕環(huán)境

黑土區(qū)具有相對獨特的侵蝕環(huán)境，屬中溫帶、寒溫帶半濕潤大陸季風性氣候，年降水量350～1 000 mm，80%集中在6—9月，多暴雨。春季多風少雨，每年6級以上風速的天數高達65～80天。年平均氣溫-7～11 ℃，冬季寒冷漫長，無霜期短。季節(jié)性凍土廣布，凍層深度1.5～2.0 m，凍結時間120～200天。水力、風力和凍融等侵蝕營力在時間上交替或同步、空間上交錯或重疊，是黑土區(qū)水力、風力、凍融等侵蝕類型并存或復合的動力根源。根據地形黑土區(qū)大致分為漫川漫崗區(qū)、山前沖積洪積臺地區(qū)和洪積平原區(qū)。坡緩坡長是地形的主要特征，以典型黑土區(qū)為例，該區(qū)以山前波狀起伏臺地或漫崗丘陵為主, 海拔高度180～300 m，坡度1°～5°，個別地方高達8°，坡長500～2 000 m，甚至長達4 000 m。長坡的徑流匯水面積大，是切溝侵蝕強烈發(fā)育的根本原因。坡度是影響細溝間侵蝕的關鍵，也是控制坡面徑流流速、水流剪切力的核心，土壤分離能力和徑流挾沙力均隨坡度的增大而增大，因此，坡度沿坡長變化以及徑流沿坡長累積是小流域土壤侵蝕垂直分帶的動力基礎。根據坡度沿坡長的變化，可將典型黑土區(qū)坡面劃分為坡頂、上坡、中坡、下坡和坡腳5個景觀單元，侵蝕類型與強度存在顯著差異。黑土區(qū)成土母質以砂礫、黃土狀亞黏土為主，厚度可達10～40 m,垂直分層明顯，上層疏松，下層致密。土壤顆粒以粗粉砂或黏粒為主, 質地黏重，透水性差,易形成“上層滯水”。土壤類型主要有典型黑土、黑鈣土、白漿土、草甸土、暗棕壤、棕色森林土等，有機質含量高，多為3%～6%,高者可達15%,團聚體發(fā)育，但遇水后易分散。黑土入滲性能較差，受“上疏下緊”土體結構、土層淺薄及季節(jié)性凍結的綜合影響，壤中流發(fā)育。而壤中流一方面增加土壤含水量，顯著降低土壤抗蝕性能，促進細溝間和細溝侵蝕；另一方面可能從坡面下部出露，增加切溝發(fā)育風險。黑土區(qū)土壤抗蝕性能差，抗沖性僅大于黃土,遠小于紅壤,受凍融作用影響土壤抗蝕性能季節(jié)變化強烈。黑土區(qū)森林集中分布，毀林開墾是侵蝕強烈發(fā)育的主要原因。在侵蝕較發(fā)育的地區(qū)，植被覆蓋偏低，以農地為主。草原化草甸是典型黑土區(qū)的自然植被, 以雜草群落“五花草塘”為主，空間分布受土壤水分的顯著影響。雨熱同季的氣候，導致植物生長繁茂，根系發(fā)達，有機物質積累豐富，是黑土有機質含量高的基礎。土地利用方式顯著影響土壤侵蝕及其強度，過度開墾、土地利用結構單一和掠奪式經營是黑土區(qū)土壤侵蝕強烈發(fā)育的主要原因。黑土區(qū)坡耕地面積高達19.5萬km，農田常被林帶分割，以平行林帶起壟行播為主，隨壟向與等高線夾角增大，呈橫坡、斜坡或順坡耕作。黑土區(qū)作物一年一熟，地表季節(jié)性裸露時間長，耕作以傳統(tǒng)耕作為主。土壤侵蝕受人類活動強度的顯著影響，隨著人類活動強度增大，土壤侵蝕顯著增大。

1.2 侵蝕環(huán)境效應

土壤侵蝕環(huán)境效應包括本地和異地效應2類。就黑土區(qū)而言，小流域侵蝕產沙受控于泥沙輸移過程，水文和泥沙連通性低下，來自坡面的大量泥沙在坡腳或溝道內沉積，因此，黑土區(qū)土壤侵蝕環(huán)境效應研究的重點是小流域本地效應。坡耕地是小流域侵蝕泥沙的策源地，強烈的水土流失必然導致黑土厚度下降，但下降幅度隨土壤侵蝕類型與強度以及研究方法的不同而有所差異。中國水土流失與生態(tài)安全綜合科學考察結果表明，黑土厚度年均下降3～10 mm，已由20世紀50年代的60～70 cm，下降至2010年前后的20～30 cm，但核素示蹤和典型切溝調查發(fā)現，黑土厚度年均下降速度介于0.3～2.0 mm。小流域內黑土厚度變化是侵蝕導致土壤再分布的結果，因而影響侵蝕類型與強度的關鍵因素，是決定黑土厚度空間變化的核心。黑土厚度下降必然引起下伏黃土狀亞黏土母質出露，典型黑土區(qū)26%的坡耕地出現了不同程度的“破皮黃”。強烈的水土流失勢必導致土壤性質惡化、養(yǎng)分流失和質量退化。侵蝕對土壤質地的影響與其強度密切相關，隨著土壤侵蝕強度增加，土壤沙化加劇。土壤水分特征曲線是土壤水文、水力特性的綜合反映，隨著土壤侵蝕加劇，黑土持水能力顯著下降，當表土流失70 cm時，黑土田間持水量和有效水分別降低7%和11%。大面積林地開墾是造成黑土區(qū)水土流失的關鍵，林地開墾后會顯著降低>2 mm團聚體含量及其穩(wěn)定性。土壤侵蝕對土壤養(yǎng)分的影響，與土壤侵蝕強度及其空間分布直接相關，隨土壤侵蝕強度增加，侵蝕區(qū)土壤有機碳和氮含量顯著下降，而沉積區(qū)則顯著增大。隨開墾年限延長，侵蝕對土壤養(yǎng)分的影響逐漸加劇，導致土壤礦物結合態(tài)有機碳垂直分布曲線下移。在流域尺度上，侵蝕導致的養(yǎng)分流失,整體呈上游<中游<下游，與徑流流量、含沙量及團聚體大小和數量密切相關。土壤侵蝕導致的土壤質量退化，勢必降低作物產量，其影響與土壤侵蝕類型、強度、作物類型及田間管理措施與水平等多種因素有關。作物產量隨侵蝕強度增加呈指數函數遞減，侵蝕導致大豆減產的主導因素是土壤有機質、氮、磷養(yǎng)分含量的降低，其次為土壤容重增大和持水能力下降。

2 土壤侵蝕過程與機理

黑土區(qū)土壤侵蝕類型多樣、過程復雜，表現為多營力耦合、多過程重疊和受凍融作用影響顯著等特點。侵蝕類型包括水力侵蝕、風力侵蝕、凍融侵蝕和復合侵蝕，水力侵蝕又分為細溝間侵蝕、細溝侵蝕、淺溝侵蝕和切溝侵蝕。因水力侵蝕分布廣、強度高、影響大，下文將細溝間與細溝、淺溝和切溝與凍融和復合侵蝕平行論述，同時因作者并不從事風力侵蝕研究、且風力侵蝕對黑土區(qū)糧食安全的影響顯著小于其他侵蝕類型，后文論述不包括風力侵蝕。

2.1 細溝間與細溝侵蝕

細溝間侵蝕是雨滴擊濺土壤的結果，是降雨強度、坡度、土壤性質、植被覆蓋和地表積水的函數，受降雨時風向和風速的顯著影響。隨降雨強度或降雨動能增大，細溝間侵蝕增大。細溝侵蝕是徑流沖刷的結果，只有當徑流剪切力大于土壤臨界剪切力、輸沙率小于挾沙力時，徑流才會沖刷地表，形成具有明顯溝壁、可以被耕作消除、再次出現位置隨機的小型侵蝕溝，在黑土區(qū)廣泛分布于順坡或斜坡壟溝內?？刂萍殰锨治g的關鍵因素是坡面徑流侵蝕動力和土壤侵蝕阻力。前者是徑流深、坡度和下墊面糙率的函數，后者則是土壤性質、礫石含量、生物結皮和根系特性的函數。徑流深受降雨特性和土壤入滲性能影響，降雨量、強度、降雨歷時及雨型都會影響徑流深。對于黑土較薄的地區(qū)或當春季凍土融化深度很淺時，蓄滿產流占主導，降雨量和土壤含水量是影響徑流深的關鍵；而對于黑土相對較厚的地區(qū)、且無凍層影響時，以超滲產流為主，降雨強度是控制徑流深的核心。受黑土厚度空間分異、凍融作用季節(jié)變化和降水隨機性的綜合影響，黑土區(qū)坡面徑流深時空變化復雜。雖然從短期來看坡面坡度相對穩(wěn)定，但長期侵蝕導致的土壤再分布以及橫坡(或斜坡)壟作、林帶建設、溝蝕發(fā)育及溝道內泥沙沉積等都會改變局地坡度，從而影響坡面徑流侵蝕動力。下墊面糙率受土壤機械組成、礫石含量、土壤物理結皮發(fā)育、生物結皮類型與蓋度、植被莖稈直徑與密度、枯落物蓄積量與蓋度、侵蝕導致的根系出露、耕作類型與強度、農事活動、土地利用方式以及凍融作用等多種因素的影響，具有明顯的時空分異。影響土壤侵蝕阻力的土壤性質主要包括質地、團聚體及其穩(wěn)定性、有機質含量和凍融作用。黏粒越多，土壤團聚體越發(fā)育，且穩(wěn)定性越高，土壤侵蝕阻力越大；砂粒越多，土壤侵蝕阻力偏小，但入滲快、坡面徑流不發(fā)育，且因砂粒直徑較大徑流挾沙力偏小，侵蝕量較低，綜合表現為黏質和砂質土壤侵蝕阻力大，粉質土壤侵蝕阻力小。有機質是團聚體形成的黏結劑，隨有機質含量增加，團聚體更發(fā)育、穩(wěn)定性更強，土壤侵蝕阻力相應增大。凍融作用顯著影響土壤侵蝕阻力，詳細討論見后文。礫石對土壤侵蝕的影響與其含量相關，隨礫石含量增大，在坡面徑流增加、侵蝕動力增大的同時，土壤侵蝕阻力增強，礫石對侵蝕的影響取決于這2種作用的相對大小，因而礫石含量對土壤侵蝕的影響存在閾值。生物結皮是半干旱區(qū)植物群落重要的近地表組成，顯著影響土壤侵蝕阻力，隨生物結皮蓋度增大，土壤侵蝕阻力呈指數函數增大。植物根系可通過物理捆綁和化學吸附作用強化土壤侵蝕阻力，隨根系密度增大，侵蝕阻力呈指數函數增大。根系強化土壤侵蝕阻力的功能與其結構密切相關，直根系的作用顯著小于須根系。

黑土區(qū)近期關于降雨特性對細溝間與細溝侵蝕影響的研究，主要集中在降雨強度、降雨強度-上方來水、降雨強度-坡度-坡長及其交互作用、雨型等方面。隨降雨強度增大，細溝間和細溝侵蝕同時增加，降雨強度對侵蝕的影響顯著大于上方來水。細溝一旦形成會顯著增加徑流挾沙力，導致侵蝕量顯著增大。侵蝕隨降雨強度、坡長的增大而增大，但坡度對侵蝕的影響較為復雜，降水強度、坡度和坡長交互作用對侵蝕的影響，遠大于各因素單獨或任意2個因素交互作用的影響。當然，上述研究結果多在控制條件下獲得，可能無法真正反映黑土區(qū)長坡長對侵蝕過程的影響，換言之，細溝間和細溝侵蝕量的相對大小，可能會因坡長大于某個臨界值而發(fā)生根本性變化。雨型對坡面侵蝕的影響是近年來黑土區(qū)重要的研究內容。盡管受試驗條件的影響，不同試驗結果存在一定差異，但總體趨勢是雨型對徑流的影響顯著小于其對侵蝕的影響。當降雨量相同時，變化雨強下的侵蝕量顯著大于恒定雨強，減弱型降雨的侵蝕量顯著大于其他雨型。雨型對侵蝕的影響可能涉及多個過程，主要與土壤物理結皮形成、團聚體消散作用、產流機制及徑流流量密切相關。減弱型降雨初期強度大，細溝間侵蝕發(fā)育，土壤物理結皮快速形成，導致土壤入滲速率顯著下降，坡面徑流增加；同時降雨初期的快速入滲，迅速增加表土含水量，促進團聚體崩解、降低土壤團聚體含量及其穩(wěn)定性，土壤可蝕性增大。坡面徑流增大和土壤抗蝕性能降低，必然導致土壤侵蝕加劇。而上述過程與土壤前期含水量、土壤質地以及土體構型密切相關，隨前期含水量增大，雨型對侵蝕的影響減弱。當黏粒含量接近20%時，物理結皮極易發(fā)育，雨型對侵蝕的影響更為顯著。坡面產流機制受土體構型的顯著影響，以超滲產流為主的流域，侵蝕對雨型的響應可能更加明顯。地形是影響土壤侵蝕的重要因素，長坡是黑土區(qū)顯著的地形特征，隨坡長增大，匯水面積增加，徑流流量增大，當徑流剪切力大于土壤臨界剪切力時，細溝開始形成。隨著細溝的持續(xù)發(fā)育，沿程細溝間侵蝕泥沙被不斷輸移到細溝，徑流輸沙率迅速增大。受黑土區(qū)緩坡的制約，土壤侵蝕受控于泥沙輸移過程，挾沙力是決定土壤侵蝕強度的核心因素。隨輸沙率增大，徑流紊動性下降、阻力增大、流速降低、挾沙力下降，導致細溝土壤分離速率隨輸沙率增大呈線性函數降低，當輸沙率接近挾沙力時，土壤分離速率接近0。隨著坡長的進一步增大，徑流流量增加，當挾沙力大于輸沙率時，徑流開始再次分離土壤，侵蝕強度增大。因此，侵蝕強度沿坡長呈強弱交替分布，在平整的坡耕地上侵蝕強弱交替的坡長約為142 m，可用正弦函數模擬。坡型顯著影響匯流路徑，進而影響細溝間和細溝侵蝕強度。耕作措施、殘茬覆蓋、秸稈還田、輪作制度、林帶建設、景觀格局等人類活動顯著影響細溝間和細溝侵蝕。耕作措施顯著改變土壤理化性質，影響坡面水文過程，如免耕增加土壤孔隙度，特別是大孔隙比例，從而強化土壤入滲性能。橫坡壟作顯著增大地表糙率，增加地表蓄積徑流能力，同時截短坡長、降低局地坡度，因而具有顯著的水土保持功能。壟向(與等高線夾角)會改變徑流流路、匯流面積、局地坡度以及地表蓄積徑流能力，從而影響細溝侵蝕，隨壟向增大徑流和侵蝕顯著增加。當然，壟作對土壤侵蝕的影響，與降雨強度密切相關，暴雨導致的斷壟會使橫壟耕作坡面的土壤侵蝕急劇增加。壟作規(guī)格也會影響其水土保持功能，順坡寬壟明顯大于順坡窄壟。殘茬覆蓋和秸稈還田可有效保護地表，抑制細溝間侵蝕；同時增大地表糙率，降低徑流流速，延長入滲時間，降低侵蝕動力，阻控細溝侵蝕。殘茬和秸稈分解后增加土壤有機質，提升土壤抗蝕性能。因此，殘茬覆蓋和秸稈還田具有顯著的水土保持功能，功能大小與殘茬和秸稈類型、規(guī)格、蓋度及還田方式等密切相關。輪作制度顯著影響細溝間和細溝侵蝕，降低坡面產流和產沙量。林帶直接抑制細溝間侵蝕，同時通過改變局地地形、降低徑流流速等多種途徑影響細溝發(fā)育，沿林帶下坡方向距離增大，土壤侵蝕強度越大。坡面景觀格局顯著影響細溝間和細溝侵蝕，與順坡壟作耕地面積和景觀聚集度呈正相關,與灌木和草地面積、生物多樣性指數呈負相關。

2.2 淺溝與切溝侵蝕

淺溝和切溝是黑土區(qū)重要的侵蝕類型，是小流域侵蝕泥沙的主要來源。盡管在黑土區(qū)淺溝和切溝經常被籠統(tǒng)地稱為侵蝕溝，但它們發(fā)育的動力條件、危害程度及治理措施差異明顯，需嚴格界定和區(qū)分。淺溝是由間歇性股流沖刷形成、可被耕作措施消除、深度>20 cm、會在同一位置重復發(fā)育的侵蝕溝，而切溝是由間歇性股流沖刷形成、邊壁陡峻、深度>50 cm、斷面呈“V”或“U”形、縱剖面和坡面基本一致、多呈跌水狀、無法橫跨耕作的永久性侵蝕溝。淺溝和切溝是現代地理環(huán)境條件下黑土區(qū)發(fā)育非?；钴S的侵蝕類型，是侵蝕泥沙輸移的便捷通道，是影響流域水文和泥沙連通性的關鍵因素，需要對其形成的動力條件、發(fā)育過程、影響因素進行系統(tǒng)研究，為溝蝕治理提供理論依據。黑土區(qū)淺溝強烈發(fā)育，多分布于坡面中下部，呈瓦背狀，多為線性景觀，因而基于長度線性模型可解釋55%的淺溝長度變化。淺溝長度和體積與坡長、集水區(qū)面積呈顯著正相關，淺溝發(fā)育需滿足坡度和集水區(qū)面積的臨界地形條件。春季淺溝受融雪與凍融過程控制,夏季主要受降雨特性和植被覆蓋影響，耕作措施和作物類型會影響淺溝形態(tài)特征與空間分布。對于橫坡耕作坡面，林帶數量及其間距顯著影響淺溝發(fā)育，隨林帶數量增大及其間距減小，淺溝侵蝕減弱。黑土區(qū)切溝侵蝕非常發(fā)育，現有切溝(原文為侵蝕溝，筆者認為以切溝為主)高達29.6萬條，切溝發(fā)育受氣候、地質、地貌、地形、土壤、植被以及人類活動等眾多因素影響，因而依據生態(tài)-地理環(huán)境條件和影響切溝主導因素的空間分布，可將黑土區(qū)劃分為不同的子區(qū)域。就區(qū)域尺度而言，切溝數量、長度和面積呈北大南小態(tài)勢，不同區(qū)域的切溝形態(tài)特征存在一定差異，如漫川漫崗區(qū)切溝形態(tài)參數均大于山地丘陵區(qū)。與淺溝類似，切溝多呈線性景觀，地形條件是影響切溝發(fā)育的核心因素。隨坡長增加，切溝侵蝕先增加后減小，存在臨界坡長。切溝發(fā)育隨坡度增大也呈先增大后減小的變化趨勢，當坡度為3°～6°時，典型黑土區(qū)的切溝最為發(fā)育，而南部典型小流域切溝發(fā)育的臨界坡度略大，介于5°～8°。無論切溝侵蝕隨坡度如何變化，切溝發(fā)育必須滿足坡度和集水區(qū)面積的臨界地形條件。受凍融作用影響，陽坡或半陽坡切溝發(fā)育更強烈。切溝發(fā)育與土地利用方式密切相關，黑土區(qū)80%以上的切溝發(fā)育在坡耕地。林帶建設也影響切溝侵蝕，切溝密度隨林帶密度增大而減小，但林帶對切溝侵蝕的影響，隨距林帶距離的增大呈穩(wěn)定-下降-消失的變化趨勢。梯田是黑土區(qū)廣泛采用的水土保持工程措施，但不合理的梯田設計以及鄰近坡面向梯田內的徑流匯聚，顯著增大切溝發(fā)育風險。黑土區(qū)開墾歷史較短，大部分切溝處于發(fā)育活躍期，侵蝕強度具有明顯的時空變異特征，體積增加率可能是表征切溝侵蝕強度時間變化的理想參數。在年尺度上，受侵蝕動力季節(jié)變化的影響，春季切溝以寬度和面積擴大為主，夏季以溝頭溯源為主。

2.3 凍融侵蝕

凍融作用是發(fā)生在高寒地區(qū)，因溫度變化引起土壤水分相態(tài)和體積變化，導致土體凍脹和融沉，造成土壤結構破壞和性質改變的過程。凍融侵蝕是凍融作用導致土壤侵蝕過程改變和強度增加的過程。黑土區(qū)降雪量占年降水量的7%～25%，受融雪期晝夜溫度變化的影響，白天融水在夜間重新凍結，即晝夜凍融循環(huán)。影響凍融循環(huán)的主要因素是土壤含水量和氣溫，含水量越大凍結時凍脹率越大, 融解時融沉率越高。溫度變化,特別是0 ℃上下溫度的變幅與頻率, 直接控制著凍融過程，變幅越大、頻率越高，凍融作用對侵蝕的影響越顯著。凍融作用主要通過改變土壤性質和阻滯入滲影響侵蝕，凍融循環(huán)破壞土壤結構，降低土壤容重，增大土壤孔隙度和飽和導水率，改變團聚體數量及其穩(wěn)定性，降低土壤黏結力，導致土壤可蝕性增大。凍融循環(huán)對土壤性質的影響具有累積效應，與凍融循環(huán)次數相關，只有當凍融循環(huán)次數達到某一閾值后才顯著改變土壤性質，但第1次凍融循環(huán)的影響最強烈。凍融循環(huán)對土壤性質的影響與土壤質地密切相關，黑土、黑鈣土和白漿土的響應較為明顯，而結構良好的土壤受凍融作用的影響相對較小。凍融循環(huán)對土壤性質的影響由土壤水凍結膨脹引起，因而必然與土壤含水量有關。前1年秋季降水量和冬春季降雪量控制著土壤含水量，而黑土特殊的土體構型導致的“上層滯水”，也為凍融作用提供了便利條件。土壤含水量越高，凍融循環(huán)對土壤性質的影響越明顯，但含水量的影響主要表現在融雪初期。在不同的土地利用條件下，地表枯落物或枯立物蓋度明顯不同，導致近地表氣溫、土壤反射率和表土溫度存在差異，因而不同土地利用方式下土壤性質對凍融循環(huán)的響應也存在差異，坡耕地顯著大于林地和草地。阻滯入滲是凍融作用影響侵蝕的另一重要途徑，解凍初期隨著表土溫度升高，凍結土壤從表層逐漸解凍，解凍深度隨凍融循環(huán)波動。因表層解凍深度有限，下層為不透水的凍結土壤，土體構型完全滿足蓄滿產流條件，由于土體蓄水能力不足，解凍土壤極易飽和，產生大量地表徑流，因坡面阻力較小，徑流流速較大，侵蝕動力較強。隨著解凍的持續(xù)進行，解凍深度增大，土壤蓄水能力增強，加之地表積雪因不斷消融而減少，融雪徑流減小，凍融侵蝕減弱，直至消失。耕作措施顯著影響凍融侵蝕強度及其空間分布，對于橫坡壟作坡面，融雪侵蝕產生的細溝主要為順壟型、斷壟型和復合型，不同類型的細溝形態(tài)差異明顯，同時隨坡型的不同而有所差異。切溝溝壁邊緣土壤和溝坡同時受凍融作用影響，形成雙向凍融區(qū)，導致凍融作用更加強烈，因而凍融作用對切溝侵蝕的影響顯著大于其他侵蝕類型，且集中在融雪初期，受控于集水區(qū)坡耕地和溝坡的融水量。凍融作用對切溝的影響以溝頭溯源和溝壁擴張為主，表現為凍裂、融塌和融滑等形式。切溝溝壁邊緣土壤凍裂寬度隨氣溫降低而增大，最大凍裂寬度發(fā)生在1—3月，當凍裂寬度<7 cm時，3月以后會逐步變窄直至完全恢復；當凍裂寬度>7 cm時，切溝溝壁逐漸融塌。解凍期切溝溝坡土壤含水量迅速增大，當含水量大于液限時，溝坡土壤以泥流形式沿解凍面滑動，堆積于切溝底部，導致切溝快速擴大，并為雨季徑流準備了大量可供輸移的泥沙。當日均溫度變化在0～3.8 ℃時，融雪侵蝕較為強烈，徑流與含沙量先增加后減小。融雪初期徑流急劇增加，融雪中期徑流相對穩(wěn)定并趨于減小，含沙量快速增加，侵蝕量達到最大；融雪末期徑流逐漸消失，含沙量達到最大。當產流產沙峰值出現頻次一致時，徑流和泥沙呈“8”字形循環(huán)滯后關系，反之則呈復式循環(huán)滯后關系。雖然與其他侵蝕類型相比，凍融侵蝕強度顯著偏小，但它對土壤抗蝕性能的改變以及對切溝形態(tài)的影響非常顯著，為夏季水力侵蝕創(chuàng)造了便利條件。

2.4 復合侵蝕

復合侵蝕是在2種及2種以上外營力共同作用下發(fā)生的土壤分離、泥沙輸移和泥沙沉積過程，是多種侵蝕營力對同一對象的共同或交替作用，從而產生有別于單一營力的侵蝕過程，可以是動力耦合，也可以是介質耦合。黑土區(qū)季節(jié)性凍土廣布，凍土層深度自南向北遞增。黑土區(qū)復合侵蝕包括風力—凍融、風力—水力、水力—凍融、風力—凍融—水力等多種形式。鑒于前文所述原因，本文只分析凍融—水力復合侵蝕。凍融—水力復合侵蝕遍布整個黑土區(qū)，凍融過程與水力侵蝕耦合集中在3個方面：(1)改變土壤水文特性。凍融循環(huán)導致土壤孔隙度增大以及大孔隙和裂隙發(fā)育，提升土壤入滲性能，促進優(yōu)先流發(fā)育，提高土壤含水量。隨著上層解凍深度增大，土壤蓄水功能增強，當解凍達到一定深度后，坡面產流機制可能從蓄滿產流轉變?yōu)槌瑵B產流。在土壤尚未完成融通或解凍深度較淺時發(fā)生降雨，因凍土層制約，極易產生地表徑流和壤中流，促進水力侵蝕。(2)降低土壤抗蝕性能。凍融作用導致的土壤性質變化，無論是土壤容重降低，還是團聚體及其穩(wěn)定性下降，都會降低土壤抗蝕性能，加劇水力侵蝕。對于受農事活動強烈擾動的坡耕地，凍融作用對土壤抗蝕性能的影響，可能因耕作、播種等農事活動的強烈干擾而終結，但對其他非農地的影響，可能會持續(xù)一段時間，究竟持續(xù)多長時間，尚無定量結果，但可以推測凍融作用對土壤抗蝕性能的影響隨時間延長而逐漸衰減。(3)為水力侵蝕提供泥沙儲備。凍融作用顯著影響切溝發(fā)育，特別是融解過程中發(fā)生的泥流或融塌，導致大量泥沙在切溝底部堆積，為夏季暴雨條件下的泥沙輸移提供了豐富的物質儲備。反過來，夏秋季節(jié)發(fā)生的水力侵蝕，也會影響春季的凍融過程。在年尺度上，細溝及其網絡結構、切溝形態(tài)特征及其空間分布改變局地積雪厚度、土壤水熱特性，增大凍融強度的空間異質性，影響甚至改變融雪徑流流路、水文連通性和泥沙連通性。在多年尺度上，水力侵蝕導致的黑土厚度下降、土壤質量退化以及土壤沿坡面的再分布，都會改變土壤水文過程和熱力學特性，進而對凍融侵蝕產生影響。盡管在黑土區(qū)普遍存在，但與其他侵蝕類型相比，凍融—水力復合侵蝕研究并不多，且相對滯后。利用REE示蹤技術對土壤侵蝕季節(jié)變化的監(jiān)測結果表明，盡管存在著明顯的復合侵蝕，但坡面侵蝕以水力侵蝕為主，地表徑流是坡面侵蝕的主導動力。不同侵蝕營力的疊加，對坡面侵蝕的影響與黑土退化程度密切相關。

3 土壤侵蝕時空變化

受眾多因素的綜合影響，黑土區(qū)土壤侵蝕具有明顯的時空變化特征。

3.1 時間變化

土壤侵蝕時間變化具有尺度依賴性。就日尺度而言，消融期溫度的日變化必然導致凍融侵蝕存在明顯的日變化，但目前并未見相關研究成果，可能與融雪期徑流與侵蝕監(jiān)測極其困難有關。就年尺度而言，相關研究較少，以徑流小區(qū)監(jiān)測結果為主。不同土地利用方式下土壤侵蝕差異顯著，玉米地顯著大于草地，隨生長期變化出現明顯差異。隨植被蓋度增加，土壤侵蝕顯著降低，8月中旬以前坡度是影響土壤侵蝕的主導因素，但隨后其影響因植被蓋度增大而逐漸降低。就多年尺度來看，黑土區(qū)土壤侵蝕呈惡化—好轉—波動的發(fā)展態(tài)勢，與2000年相比，2015年的水力侵蝕減輕，但凍融侵蝕加重。從區(qū)域來看，與2000年相比，除長白山—完達山地區(qū)以外，其他地區(qū)的土壤侵蝕均呈加劇態(tài)勢，土地利用變化是導致土壤侵蝕變化的主要原因。從更長時間尺度而言，黑土區(qū)土壤侵蝕變化存在明顯的階段性。1653—2012年，土壤侵蝕主要發(fā)生在1950年以后，1950—1980年快速增大，1999年之后因大面積實施水土保持而逐漸降低。近年來，利用遙感技術反演切溝侵蝕動態(tài)變化，是黑土區(qū)土壤侵蝕研究的重點，成果極為豐富。與1945年相比，2000年克山、拜泉一帶切溝低密度區(qū)面積萎縮，高密度區(qū)面積增大，且趨于集中連片分布。切溝密度的變化與坡長密切相關，隨坡長增大，切溝密度增加，當坡長為300～500 m時，切溝密度達到最大值，說明坡長是控制黑土區(qū)切溝發(fā)育的關鍵因素。切溝密度變化也受地貌類型、海拔高程、坡度、坡向等因素的影響，低山丘陵區(qū)切溝密度和增幅最大，當海拔大于某一值時切溝密度增幅較大，隨著坡度增大切溝密度增加，陽坡切溝密度大于陰坡。土地利用方式及其結構是影響切溝發(fā)育的重要因素，毀林開荒是促進黑土區(qū)切溝發(fā)育的關鍵原因。黑龍江引龍河農場遙感解譯數據表明，自1985年以來，該農場耕地面積增加27%，全部來自林地和草地開墾。隨著耕地面積增大、植被覆蓋率下降, 切溝密度迅速增加。核素示蹤及壩庫泥沙沉積信息是確定小流域土壤侵蝕時間變化及侵蝕泥沙來源的有效手段，黑龍江九三農場鶴北小流域的分析結果表明，70年代末期到80年代初期，盡管因土地管理措施變化該流域產沙量顯著減少，但切溝侵蝕呈上升態(tài)勢。對拜泉25個壩控小流域分析發(fā)現，高強度土地利用條件下壩庫對泥沙輸移的影響更加顯著，流域產沙量下降主要由土地利用變化引起。

生態(tài)、水文及侵蝕過程對氣候變化的響應是目前的研究熱點，基于歷史與未來的氣候變化，評價區(qū)域土壤侵蝕的響應，是黑土區(qū)土壤侵蝕研究的內容之一。對黑土區(qū)1961—2008年降水數據分析發(fā)現，降水季節(jié)分布發(fā)生了顯著變化，夏季降水占全年的66%。降水呈下降趨勢，年降水出現明顯降低的站點占77%。降雨是水力侵蝕的原動力，而降雪是凍融侵蝕的驅動力，氣候變化導致年降水量下降，具有抑制黑土區(qū)水力和凍融侵蝕的作用。溫度升高是全球氣候變化的基本特征，黑土區(qū)也不例外，年均氣溫呈波動性上升。受降水減少和氣溫升高的共同影響，黑土區(qū)土壤凍結時間延遲、凍土深度減小、解凍時間提前，整體降低凍融作用的影響，但春季溫度的快速升高, 可能會加劇凍融侵蝕。受全球氣候變化的影響，21世紀中葉黑土區(qū)降雨侵蝕力呈增大趨勢，但年降水量和降雨侵蝕力增幅的空間分布并不一致，說明年內降水格局發(fā)生了一定變化，北部地區(qū)降雨侵蝕力增幅更大。全球氣候變化可能顯著影響黑土區(qū)產流和侵蝕過程，在不同氣候變化情景下，徑流和產沙均呈增大趨勢。在月尺度上，受晚春和秋季溫度變化的影響，4—6月和8—9月的徑流和泥沙顯著增加。評估氣候變化影響區(qū)域徑流和侵蝕的不確定性，主要來自大氣環(huán)流模式和未來土地利用變化2個方面，將眾多大氣環(huán)流模式進行集成，可大幅降低大氣環(huán)流模式產生的不確定性，但如何降低未來土地利用方式及其變化引起的不確定性目前尚無定論。受這些不確定性的影響，氣候變化條件下未來流域徑流泥沙的評估結果，與采用歷史資料分析得到的流域徑流泥沙時間變化之間存在明顯差異。前者評估的徑流和侵蝕呈增大態(tài)勢，而后者的結果以下降趨勢為主。如1955—2004年，松花江徑流量呈明顯下降趨勢，是降水和溫度變化的直接結果，同時與人類社會活動密切相關。1955—1976年氣候變化是關鍵因素，而1977—2004年人類社會活動占主導。那么，歷史下降趨勢如何轉變?yōu)槲磥碓黾討B(tài)勢，是確定性結果？還是源自全球氣候變化評估的不確定性？尚需深入研究。

3.2 空間變化

坡面侵蝕嚴重、河道輸沙少是黑土區(qū)水土流失的典型特點，大部分侵蝕泥沙都在小流域內沉積，流域泥沙輸移比較低。在小流域尺度上，受特殊地形條件的影響，侵蝕動力和侵蝕類型呈明顯的垂直分帶特征。對于漫川漫崗區(qū)，從崗頂到坡腳，依次為崗頂濺蝕帶、面蝕加強帶、面蝕強烈?guī)?、面蝕減緩帶和坡下沉積帶，而強烈發(fā)育的切溝主要分布于坡耕地中下部。坡面侵蝕垂直分帶特征受降雨、地形、坡耕地大小及其空間分布、土地利用方式等多種因素影響。隨降雨強度和坡度增大，坡面強烈侵蝕帶逐漸上移。當坡度變化在7°～12°時，強烈侵蝕出現在坡中部和下部。坡型顯著影響坡面侵蝕過程，無論坡型如何，坡面均呈先侵蝕后沉積的整體格局，但強烈侵蝕發(fā)生的部位隨坡型的不同而有所變化，凸型坡出現在坡中部，凹型坡發(fā)生在坡上部，而復合型坡面呈侵蝕—沉積交替分布。對于面積較大的坡耕地，坡中部侵蝕最強，坡頂次之，且陽坡侵蝕顯著大于陰坡。土地利用方式顯著影響坡面侵蝕垂直分布特征，土壤磁化率監(jiān)測結果表明，磁化率剖面分布受土地利用方式的顯著影響，林地磁化率垂直分布相對均勻，而不同坡位坡耕地的磁化率差異顯著，說明坡耕地發(fā)生過強烈的侵蝕和沉積過程，坡中部侵蝕最強烈，而坡腳泥沙沉積最明顯。在區(qū)域尺度上，黑土區(qū)侵蝕類型、強度及其主控因素具有明顯的空間變化。北部以凍融侵蝕為主，東南部以水蝕為主，西部以風蝕為主，且均具有明顯的季節(jié)、年際和多年變化。侵蝕類型空間分布格局是氣候、地貌、土壤、植被及人類社會活動等多種因素綜合作用的結果，具有明顯的南北遞變的緯度地帶性和東西遞變的經度地帶性，中度、重度侵蝕集中于人類活動強度較大的松嫩平原及其周邊臺地、低山丘陵區(qū)、遼河平原和三江平原及周邊臺地。水力侵蝕強度大致呈自東南向西北遞減趨勢，受地形空間分異的影響，其強度的空間變化比較復雜。受全球氣候變化及人類社會活動的雙重影響，黑土區(qū)土壤侵蝕空間分布格局可能會發(fā)生轉變，但目前相關研究非常少。烏裕爾河和訥謨爾河流域1965—2005年溝蝕遙感解譯的結果表明，在過去40年間，溝蝕分布重心出現向西北移動的態(tài)勢，是耕地面積重心發(fā)生變化的結果。雖然相關研究甚少，但仍可根據全球氣候變化及人類社會活動強度的潛在變化，推測未來黑土區(qū)土壤侵蝕空間格局變化。全球氣候變化驅動的溫度升高，勢必導致黑土凍結晚、解凍早、凍土層厚度降低，同時加速積雪融化和凍土解凍速率，可能強化凍融作用對土壤侵蝕的影響。氣候變化導致降水及其季節(jié)分布的變化，勢必影響水蝕過程與強度，特別是極端暴雨頻率增大，勢必引起溝蝕的強烈響應，水蝕強度可能增大，且其影響范圍可能向西擴大。

4 研究展望

在過去幾十年間，東北黑土區(qū)土壤侵蝕研究取得了長足進展，為該區(qū)水土保持提供了強有力的理論支持。然而，為有效阻控黑土區(qū)土壤侵蝕、維持土地生產力、保障國家糧食安全，仍亟需加強多方面的研究工作。

4.1 土壤侵蝕環(huán)境效應

黑土區(qū)土壤侵蝕環(huán)境效應集中體現在黑土厚度下降、土壤質量退化及糧食產能降低等方面，因此，需要加強黑土區(qū)土壤厚度調查與制圖、土壤厚度空間分布與主控因素、土壤厚度下降速率及其與土壤侵蝕耦合關系等研究。只有明確了黑土厚度現狀、空間分布及其主要影響因素，才能為科學制定黑土地保護戰(zhàn)略提供基礎數據支撐。侵蝕是導致土壤厚度下降的關鍵過程，但黑土區(qū)侵蝕類型多樣、時空變化復雜，侵蝕與土壤厚度耦合關系可能因侵蝕類型與強度時空變化而有所不同，需分類型、分區(qū)域才能真正闡明侵蝕與土壤厚度間的耦合機制，為阻控土壤厚度下降奠定理論基礎。侵蝕驅動的土壤變瘦，是黑土區(qū)土壤侵蝕的主要環(huán)境效應之一。為維持土地生產力，需明確土壤結構破壞、養(yǎng)分流失與侵蝕類型、強度及其時空變化間的定量關系，研究典型農作物、耕作方式和輪作制度條件下土壤質量退化過程與養(yǎng)分流失機理，揭示典型水土保持措施調控土壤質量的動力過程與物理機制，建立坡耕地N、P流失阻控技術體系。土壤厚度下降和土壤質量退化必然引起土地生產力降低，直接威脅作物產量和國家糧食安全，亟需研究不同作物產量對土壤厚度下降和質量退化的響應及其時空分異特征，研發(fā)維持土地生產力的農藝措施體系，建立協同糧食產量與生態(tài)服務功能的黑土區(qū)小流域水土保持綜合治理模式。

4.2 土壤侵蝕過程與機理

黑土區(qū)細溝間侵蝕動力機制已非常明確，但需深入研究細溝間侵蝕與細溝侵蝕耦合機制，特別是不同坡向壟作條件下細溝間產流產沙對細溝侵蝕的潛在影響，明確細溝間土壤可蝕性季節(jié)變化及其對作物生長和農事活動的響應與機制，闡明細溝間可蝕性隨土壤質量退化的變化規(guī)律。細溝侵蝕是坡面徑流沖刷土壤的結果，因而需強化細溝侵蝕水動力學機理研究，明確黑土厚度下降、土壤質量退化對坡面產流機制與水文過程的影響，明晰坡面徑流及其動力隨作物生育期及農事活動的變化規(guī)律，建立細溝可蝕性和土壤臨界剪切力與土壤理化性質之間的定量關系，監(jiān)測典型土地利用方式下土壤侵蝕阻力時空變化并診斷其主控因素，明確不同坡向壟作條件下細溝形態(tài)特征沿坡長的變化規(guī)律，揭示黑土區(qū)長坡侵蝕強度強弱交替的動力機制，確定坡耕地細溝間與細溝侵蝕泥沙貢獻率。切溝侵蝕是股流沖刷土壤的結果，雖然黑土區(qū)已做了大量切溝侵蝕時空變化研究，但切溝形態(tài)特征空間分異、切溝演變過程及其動力機制、極端暴雨對切溝侵蝕的影響與動力機制、切溝侵蝕對凍融作用的響應與機理、切溝侵蝕預報模型、切溝對小流域侵蝕泥沙的貢獻及其時空變化等方面的研究仍然薄弱，亟需進一步深入研究。黑土區(qū)凍融侵蝕研究也取得了豐富的研究成果，但仍需加強凍融作用對細溝間可蝕性和土壤侵蝕阻力的影響及其時效性、土壤厚度下降及土壤質量退化導致的土壤水熱特性變化、凍融作用對切溝侵蝕的影響及其動力機制、不同土地利用方式下凍融作用的差異與機理等方面的研究。黑土區(qū)發(fā)育有多種復合侵蝕，影響因素多樣、過程復雜多變，盡管已有部分研究成果，但總體較少、相對滯后，亟需加強凍融作用及其強度對水力侵蝕，特別是土壤可蝕性及切溝侵蝕的影響與動力機制、水力侵蝕類型對積雪厚度空間異質性及凍融作用強度的影響、凍融與水力作用耦合空間分異特征及其主控因素等方面的研究。

4.3 土壤侵蝕時空變化

在全球氣候變化及人類社會活動共同影響下，黑土區(qū)土壤侵蝕時空變化可能更加強烈。就時間變化而言，需加強次降水事件(降雨、融雪)不同侵蝕類型產流產沙過程及其影響因素、侵蝕強度季節(jié)變化與主控因素、侵蝕強度對氣候波動及輪作制度的響應與動力機制、侵蝕強度對全球氣候變化和土地利用結構調整(城鎮(zhèn)化、生態(tài)建設等)的響應與機理等方面的研究。就空間變化而言，坡面尺度需重點關注侵蝕類型及其強度影響土壤厚度與質量及生產力的空間分異、切溝形態(tài)特征演變及其動力機制；小流域尺度需加強土地利用結構及水土保持措施對流域產流產沙過程的影響、主要侵蝕類型侵蝕泥沙貢獻率、壩庫建設對流域水文與泥沙連通性及泥沙輸移過程的影響等方面的研究；區(qū)域尺度需重點關注不同侵蝕類型對極端氣候事件響應范圍的波動及其環(huán)境效應、全球氣候變化驅動的主要侵蝕類型空間分布格局的潛在變化等內容。

5 結 論

受多種侵蝕營力時間交替或同步、空間交錯或重疊的影響，黑土區(qū)水力、風力和凍融等多種侵蝕類型并存且相互影響。細溝間侵蝕廣泛分布，凍融作用驅動的土壤性質變化顯著促進細溝間侵蝕；而壟作、殘茬覆蓋、秸稈還田等農事活動以及林帶建設，顯著抑制細溝間侵蝕。黑土區(qū)坡面集水區(qū)面積大，順坡壟溝內細溝強烈發(fā)育，受徑流輸沙耗能影響，細溝侵蝕沿坡長呈強弱交替分布。壟作方向及林帶建設顯著影響細溝發(fā)育，橫坡壟作抑制細溝侵蝕的作用與降雨強度密切相關，暴雨條件下的斷壟會顯著加劇細溝侵蝕。淺溝和切溝主要分布在坡耕地，其發(fā)育均需滿足坡度和集水區(qū)面積臨界條件；切溝侵蝕隨坡度增大而加劇，但當坡度增大到一定的閾值后趨于減弱。陽坡切溝發(fā)育更強烈，林帶建設及其規(guī)格顯著影響切溝發(fā)育。凍融作用主要通過改變土壤性質和阻滯入滲影響土壤侵蝕，凍融循環(huán)顯著降低土壤抗蝕性能，但其效應隨凍融循環(huán)次數逐漸降低；季節(jié)性凍土層改變了流域產流機制，降低土壤蓄水功能，促進坡面徑流及壤中流發(fā)育，從而加劇土壤侵蝕。凍融作用對土壤侵蝕的影響，與降水特性、地形條件、土壤類型、地表覆蓋及土地利用方式等密切相關，顯著影響切溝形態(tài)特征。黑土區(qū)發(fā)育多種復合侵蝕，凍融對水力侵蝕的影響集中在改變土壤水文特性、降低土壤抗蝕性能和提供泥沙儲備；而夏秋季強烈發(fā)育的水力侵蝕又會改變局地地形，影響積雪深度、土壤水熱特性、融雪徑流流路，進而影響凍融侵蝕過程與強度。黑土區(qū)土壤侵蝕具有強烈的時空變化特征，受溫度與降水季節(jié)分布影響，植被或作物生長具有明顯的季節(jié)變化，導致侵蝕強度也具有顯著的季節(jié)變化特征。就多年尺度而言，黑土區(qū)土壤侵蝕整體呈下降態(tài)勢，但切溝侵蝕呈加劇趨勢，是林地開墾等人類活動的直接結果。在未來氣候變化情景下，黑土區(qū)土壤侵蝕具有增大風險。受黑土區(qū)獨特地形影響，侵蝕類型及強度呈明顯的坡面垂直分帶特征，坡中部侵蝕強烈，坡腳泥沙大量沉積，小流域泥沙連通性差，泥沙輸移比小。在區(qū)域尺度上，黑土區(qū)侵蝕類型和強度具有南北遞變的緯度地帶性和東西遞變的經度地帶性，在氣候變化條件下凍融侵蝕的影響可能降低，而水蝕強度可能增大，影響范圍可能向西擴展。未來亟需加強作物產量對土壤厚度下降和土壤質量退化的響應及其時空分異、長坡侵蝕強度強弱交替動力機制、切溝演變過程及其對極端暴雨和凍融作用的響應與機理、復合侵蝕動力過程與耦合機制、次降水主要侵蝕類型的產流產沙過程、土地利用結構及水土保持對小流域產流產沙過程影響機理等方面的研究。