土壤復合侵蝕研究進展與展望

張 攀，姚文藝，劉國彬，肖培青

土壤復合侵蝕研究進展與展望

張 攀1,2，姚文藝1※，劉國彬2，肖培青1

（1. 黃河水利科學研究院水利部黃土高原水土流失過程與控制重點實驗室，鄭州 450003；2. 中國科學院教育部水土保持與生態環境研究中心，楊凌 712100）

土壤復合侵蝕是在兩種或多種以上侵蝕營力交互作用或耦合作用下發生的侵蝕現象，也是最難治理的生態環境問題之一。近年來，在復合侵蝕發生機理、復合侵蝕對土壤退化作用及多動力侵蝕交互作用的模擬技術等方面取得了明顯進展。該文基于前人研究成果，系統總結了復合侵蝕類型與特征、復合侵蝕發生機理、復合侵蝕研究方法等若干方面的研究進展，分析了研究中存在的主要問題，提出了今后在復合侵蝕規律與模擬試驗方法等研究中需要重點解決的若干關鍵科學問題，以及應關注的基于多源數據融合的降雨-風洞-凍融等多動力交替循環試驗模擬技術、復合侵蝕系統中驅動因子作用的定量評估技術與方法、多動力不同耦合狀態下產沙過程辨識及量化等研究方向，以期為開展相關研究提供參考。

土壤；侵蝕；凍；多動力交互；侵蝕效應；驅動因子；研究進展

0 引 言

土壤侵蝕是土壤或母質在水力、風力、重力、凍融等內外營力作用下被破壞、剝離和搬運的過程，這一過程可以是其中一種力引起的，有可能是多種力引起的，而多種力的作用關系往往比較復雜，如可以是復合關系、交替關系，亦或是交互關系，由此形成了不同的侵蝕類型，從廣義上講，均可稱之為復合侵蝕。復合侵蝕往往強度高，嚴重導致生態環境退化，因此，研究復合侵蝕發生發展規律是水土保持與生態治理的重大課題，是國家生態文明建設重大戰略實施的迫切科技需求。

復合侵蝕發生過程中，各外營力（如風力、水力、凍融等）不是單獨起作用的，而是在時空分布、能量供給、物質來源等方面相互耦合，形成了與單一的水蝕或風蝕完全不同的泥沙侵蝕、搬運、沉積過程[1]。復合侵蝕往往具有多動力疊加、侵蝕類型多且持續時程長的突出特點，加重了土壤侵蝕強度。復合侵蝕可以分為兩種類型，一種是多種外營力同時發生、耦合作用，致使復合侵蝕力有別于單一侵蝕營力的特點，例如暴風雨等；另一種是多種外營力交替發生，一種侵蝕營力對地表物質的侵蝕、搬運及沉積，為另一種侵蝕營力的再作用提供了物質基礎[2]，例如在水力、風力、凍融交替作用下的侵蝕產沙過程中，風力、凍融侵蝕為水力侵蝕提供了侵蝕物質來源，直接影響侵蝕物質的傳遞與轉化，從而對侵蝕產沙過程形成調控機制[3-4]。因此，研究復合侵蝕規律面臨著理論、方法與技術的多項挑戰。

復合侵蝕導致的生態退化已成為一個重要的全球性環境問題[5-7]。全世界易于發生風水兩相侵蝕的干旱、半干旱地區面積達2 374萬 km2，占全球陸地面積的17.5%[8]。強烈的復合侵蝕導致生態環境具有明顯的波動性、多變性和脆弱性，使這些地區成為了高侵蝕模數和高含沙量分布的中心[9]。1995年，聯合國教科文組織（UNESCO）啟動了撒哈拉地區的風水交互作用研究課題[10]。1999年國際地質對比計劃（IGCP）項目也將風水交互作用作為一個重要的研究專題[11]。之后，在第七屆河流沉積學國際會議、第五屆國際風沙會議、第十二屆國際水土保持大會和全球變化與陸地生態-土壤侵蝕系統（GCTE-SEN）項目等一系列的國際會議和重大國際研究計劃中，風水兩相侵蝕被列為熱點研究領域和前沿科學問題，引起了學術界的廣泛關注[8]。多動力復合侵蝕過程的發生發展機理十分復雜，而現有研究大多忽視了多動力復合侵蝕系統的完整性，缺乏對復合侵蝕系統中各驅動因子之間的物質和能量交換機制的深入認識，并在模擬試驗方面缺少對其過程進行有效分解與耦合的觀測方法，對三相或多相侵蝕的作用機理及多相侵蝕對產沙過程的驅動機制尚不清楚，而這正是有效治理復合侵蝕的關鍵科學問題之一。因而，系統總結目前國內外關于復合侵蝕研究進展，評述研究中存在的難題和問題，對促進該方向的研究是非常必要的。為此，本文在前人研究成果基礎上，對目前國內外關于復合侵蝕規律和研究方法進行了綜述，并提出了研究中存在的主要問題，并展望了未來研究方向，力求為開展相關研究提供參考。

1 土壤復合侵蝕研究進展

1.1 復合侵蝕類型與特征

1.1.1 復合侵蝕類型

中國位于歐亞大陸面向太平洋的東斜面上，氣候條件時空差異大，具有顯著的季風氣候和黃土高原、漫崗黑土、紅土丘陵等地貌的獨特侵蝕環境，形成了從東南以水力侵蝕為主的類型逐漸過渡到西北以風力侵蝕為主的分異規律，其間并有凍融等其他侵蝕類型的分布，在地域上是連續的，構成了中國復合侵蝕的交錯帶[12]。土壤侵蝕與氣候密切相關，因此不同區域的侵蝕主導驅動力就有主次之分，構成了不同的復合侵蝕類型。但是目前關于復合侵蝕類型的劃分并沒有統一的標準和有效方法，不同研究者劃分的類型各異。就目前的成果看，一般都是基于復合侵蝕的主導動力因子劃分的。海春興等[13]把中國的復合侵蝕劃分為5種類型，包括風力搬運為主的風水復合侵蝕，破壞性的風水復合侵蝕，高原風蝕為主的風水復合侵蝕，河流作用下的風、水、重力復合侵蝕，以及風選為主的風水復合侵蝕。姚正毅等[14]根據復合侵蝕營力在行政區內的侵蝕模數比重和侵蝕面積比重作為劃分依據，把中國北方農牧交錯帶風水復合侵蝕劃分為3個類型區，即風蝕與水蝕相當的復合區，以風蝕為主的復合區和以水蝕為主的復合區。

也有人按照侵蝕營力作用關系將風水復合侵蝕劃分為風水交替侵蝕、風水共同侵蝕兩大類[15]。其中風水交替侵蝕在時間上交替發生，風、水兩種侵蝕營力通過下墊面或可蝕物質為媒介發生耦合作用；風水共同侵蝕是風、水直接耦合作用發生的侵蝕，不以媒介為耦合條件。Kirkby、Joanna等[16-17]根據侵蝕強度把風水復合侵蝕分為以風蝕為主的侵蝕過程、以水蝕為主的侵蝕過程和風水作用相當的侵蝕過程三種類型。同時認為，由以風蝕為主轉化為以水蝕為主將伴隨著有效降雨量的增加，而且風水作用相當的侵蝕過程其潛在侵蝕強度最大。雖然人們已經認識到復合侵蝕的多類型問題，但目前仍屬于定性的分類，沒有統一的劃分方法和標準。

在不考慮人為侵蝕因素條件下，對常見的自然因素引起的復合侵蝕，大致可以歸納為三大類，即二相復合侵蝕、三相復合侵蝕和多相復合侵蝕（圖1）。

1.1.2 復合侵蝕特征

由于多動力的組合關系復雜，加之地形、土壤、植被、土地利用方式等下墊面因素的影響，復合侵蝕具有明顯的時空分異特征[18]和地域分異規律[14]。例如，風水復合侵蝕多發生在干旱半干旱地區，像非洲薩赫勒地區，位于熱帶沙漠與熱帶草原的過渡地帶，發生對流性暴雨之前通常是強風暴，風沙與流水交替作用劇烈[9]，屬典型的風水復合侵蝕區。全球干旱半干旱地區易發生風水復合侵蝕的面積約占全球面積的18%，發生的范圍相對其他類型的復合侵蝕更廣[13]。在氣候干旱、年內溫差大且風大沙多的地區易發生水力、風力、凍融多動力復合侵蝕，例如中國鄂爾多斯高原砒砂巖地區；在亞熱帶、熱帶季風性濕潤氣候區山地，以發生水力、重力復合侵蝕為主，例如在廣東、廣西和江西等花崗巖地區。其中，正是由于風水復合侵蝕發生面積大，引起人們更多的關注，對其研究的成果也相對比較多。

圖1 自然復合侵蝕類型劃分

就局地而言，因地形地貌的差異性也會導致復合侵蝕類型的不同，如在中國黃土高原地區，中、小流域的水平分異及垂直分帶規律普遍存在，劉元保等[19]曾對黃土高原土壤侵蝕垂直分帶作了系統研究和劃分，從侵蝕程度上將黃土高原垂直侵蝕帶劃分為淺溝侵蝕帶、淺溝—切溝侵蝕交錯帶、切溝侵蝕帶等由弱到強的三個等級，黃土高原地區的土壤侵蝕的時空分異規律也較為顯著。不過，從目前研究看，即便是同一地區的研究結果，受地理位置、局部環境、研究尺度等的綜合影響，研究結果仍然不具有可比性。復合侵蝕與環境因子之間存在著復雜的時空變異關系，但由于人們對多動力作用過程及環境特征時空分布的響應關系仍不明晰，復合侵蝕過程中驅動因子與環境因子間的響應關系尚無法定量表達。

引起復合侵蝕的作用力在時間上往往是不同步的，延長了土壤遭受侵蝕的時間，復合侵蝕較單一營力侵蝕的強度要高。根據唐克麗對黃土高原土壤侵蝕研究[20]，強烈的土壤侵蝕不是發生在降雨量最多的水蝕地區，而是發生在降雨量為400 mm左右的水蝕風蝕交錯地區。這主要是由于全年水蝕、風蝕的強弱交替和相互促進以及水蝕風蝕在空間上的疊加，致使風水交錯侵蝕區的強度高于單一的水蝕區。砒砂巖水蝕、風蝕、凍融復合侵蝕區，其區域土壤侵蝕模數可達30 000～40 000 t/(km2·a)，雖然其面積僅占黃河流域的2%，但產生的粗泥沙占黃河下游淤積量的25%，對黃河的防洪安全構成了極大威脅[21]。

復合侵蝕即具有連續性，又在不同時段具有以某種侵蝕力為主的演變特征。例如，在地質時期的大尺度上，由于氣候的周期變遷，以水蝕為主的時期與以風水為主的時期會交替出現[22-23]，其時間跨度可以數百年乃至上千年；在年際尺度上，干濕變化使復合侵蝕的強弱和類型發生相應變化[24]；在年尺度內，降雨集中季節往往以水力、重力復合侵蝕為主，在季風期往往以風力侵蝕為主，在冬春之交，會以凍融侵蝕為主。尤其是在干旱環境下，濕度的增加會明顯改變侵蝕類型，如以風蝕為主改變為水蝕為主，且其過渡區往往是侵蝕強度最大的[17]。當然了，風力也可以通過改變降雨雨滴形狀、大小、方向等而改變雨滴動能，從而與水力侵蝕耦合形成復合侵蝕[15]。

在鄂爾多斯高原砒砂巖區，復合侵蝕的季節性周期變化非常明顯。冬春季凍融、風化嚴重，瀉溜物堆積在坡腳形成扇形坡積裙；夏秋季暴雨洪水多發，形成富含泥沙的暴雨徑流，使前期堆積的粗顆粒泥沙大量向下輸移，導致高強度的侵蝕產沙過程（圖2）。水蝕-風蝕-凍融侵蝕是自然界水、風、溫度綜合作用的結果，形成了與單一的水蝕或風蝕發生機理完全不同的泥沙侵蝕、搬運、沉積過程[1]。然而，以往對這一地區的土壤侵蝕研究多以單相侵蝕為主，卻對復合侵蝕的交替過程與機理研究涉及較少，對于復合侵蝕對產沙過程的驅動機制仍不清楚。

圖2 風力、水力、凍融侵蝕過程耦合示意圖

砒砂巖區處于多種自然要素相互交錯的過渡區，風沙、溫差、地形、松散層、粒度組成等提供了泥沙產生的動力與邊界基礎，暴雨、裸露地表、入滲能力低等提供了泥沙輸移的條件，形成了特殊的復合侵蝕產沙機制[25,26]。凍融侵蝕導致砒砂巖表層酥松破碎，在重力作用下發生瀉溜，形成堆積在坡腳的坡積裙，其凍融侵蝕量可以達到溝道產沙量的一半左右，最大可達流域侵蝕量的1/3左右[27]；風力侵蝕主要是大風作用于裸露基巖產生風積、風化，大量粗顆粒泥沙存貯在坡面、溝道中，砒砂巖的年風化速度為1.5～3.6 mm，提供的風化物質達2 250～5 292 t/km2·a[28]；水力侵蝕使前期存貯在那里的粗顆粒泥沙懸浮而被搬運，形成輸送能力極強的高含沙水流[29]。在風力-水力兩相作用占優勢的區域，風水交互作用通過對泥沙供應條件的調節，來控制懸移質泥沙中粗細顆粒的搭配關系，使之形成絮凝結構的漿液，降低粗顆粒泥沙的沉降速度，從而實現最優組合，形成了高強度的粗泥沙輸移機制[30-32]。

總之，目前國內外關于復合侵蝕的研究主要集中于風水兩相侵蝕，很少涉及三相或多相侵蝕。而在諸如中國鄂爾多斯高原砒砂巖區等土壤侵蝕劇烈、生態退化嚴重的地區，其土壤侵蝕的發生往往是多種內外營力耦合作用的結果，但受研究手段和觀測方法的限制，沒有把水力-風力-凍融作為一個動力耦合系統，研究其交替循環作用下的完整侵蝕過程。而隨著土壤侵蝕與生態治理實踐發展的需求及研究理論和技術手段的進步，土壤侵蝕研究正在朝著多元化、精細化方向發展，三相或復合侵蝕交互過程和作用機理研究將是土壤侵蝕研究中的重要發展趨勢之一。

1.2 復合侵蝕發生機理

復合侵蝕發生機理受多種因素制約。楊會民等[15]把制約復合侵蝕的因素劃分為侵蝕動力因子、土壤抗蝕性因子與干擾因子三大類。實際上可統稱為侵蝕環境因子，主要包括自然因子和人為因子。自然因子包括氣候、地質地貌等，人為因子主要包括土地利用開發方式、能源開發及城鎮建設、水利水土保持等流域治理活動等。自然侵蝕環境因素是影響復合侵蝕的決定性因子，人類活動是復合侵蝕的驅動或減緩因子。

降雨是影響復合侵蝕的主要氣候因子。降雨多的地方以水力侵蝕為主，降雨量少、降雨強度低的地區，尤其是干旱區多以風力侵蝕為主。土壤及地質地貌對復合侵蝕的影響也很大，中國發生水力侵蝕的主要地區為土壤疏松的黃土高原，而風力侵蝕主要發生在缺水的荒漠地區。受地形及海拔的影響，在半濕潤向半干旱過渡地帶，地形的東南側以水蝕為主，而地形的西北側以風蝕為主，風水復合侵蝕嚴重區處于兩者的過渡帶[13]。人類可以通過水土保持、生態恢復、改變耕作方式、退耕還林還草等措施減輕風蝕、水蝕；反之，如果人類掠奪性開發、濫墾濫伐濫牧，會加劇土地沙化和水力侵蝕。

不少研究表明，在復合侵蝕過程中各類侵蝕具有互饋、耦合的復雜關系[15,24,33]。海春興等[13]把風水復合侵蝕的關系表達為

()=()水+()風+Δ（1）

風水侵蝕隨時間變化的強度()不是水蝕強度()水、風蝕強度()風的簡單相加，而是相互作用，相互加速或減速的作用，其相互作用大小Δ可能為正，也可能為負。不過，這一表達式實際上仍然屬于線性疊加關系，可能用一個相當于尾跡函數Δ是難以表達其復雜的非線性關系的

風蝕對地表物質的沖擊、摩擦，使地表粗化，改變土壤粒度組成，結構發生破壞，抗蝕力降低，進而為水蝕發生提供了邊界條件。而水蝕對地表的沖刷及雨滴擊濺，又為風蝕提供了新的風化層。不過，宋陽等[34]對砂黃土的研究認為，風蝕后的降雨使砂黃土表面在風干過程中形成了一層較為堅硬的結殼，增大了土壤的抗蝕性，降低了第二次的風蝕率。實際上，土壤粒度組成特征與風蝕、水蝕均有明顯關系，尤其與近地面20cm風速和徑流產流總量聯系最為密切[35]。根據Wiggs等研究[36]，風蝕率與風切應力的3次方成正比。也有人通過對黃河上游東柳溝的研究認為[37]，流域風蝕強度與月平均風速呈指數關系。同時，風蝕作用大小與地貌形態有關，溝谷可以影響風速、方向等，進而影響風沙量。在溝谷迎風面是風加速區，風蝕嚴重，而在背風面是風沙的沉積區。張慶印[24]的研究進一步表明，風蝕量的大小受溝寬、溝深和溝壑密度等因素的影響，風蝕量隨溝寬和密度的增加而增大，而與溝深的關系復雜，當溝深為8 cm時，風蝕量最大，其后隨溝深增加而減少。另外，風蝕量與地表粗糙度、起伏度都有很大關系[37]。風蝕量大小與是否挾沙也有很大關系。有研究表明，對于沒有挾沙的“凈風”而言，對保持自然土體結構且有一定植被覆蓋的土壤，基本上不會產生風蝕。在凈風作用下，風蝕微弱，甚至很難發生風蝕，而在挾沙風作用下，由于沙粒持續而猛烈地沖擊地面，對地表的物質結構具有很大的破壞力，風蝕強度急劇增大，與凈風風蝕相比，可成倍甚至幾十倍地增加[38]。相對于未發生風蝕而言，風蝕可以改變地表的地形，進而增加水蝕的徑流流速、流深和徑流剪切力等，從而增加水蝕率[39]。根據楊會民等人的試驗進一步發現，風蝕與水蝕之間存在明顯的正交互效應，風蝕促進了侵蝕形態（粗糙度、細溝及床面粗化）的發展，改變了降雨產沙隨雨強變化的量化關系，且對土壤入滲率產生影響[15]。

凍融可以引起土壤理化性質變化，使土壤結構遭到破壞，孔隙率增大，容重降低，不僅為風蝕、水蝕提供了物質條件，而且由于凍融使土壤抗剪強度和土壤抗蝕力減弱，水穩性團聚體含量降低，還會相對增加風蝕、水蝕的力學作用，使土壤更容易遭受外營力侵蝕[40]。因此，復合侵蝕的強度往往更大。不過，在復合侵蝕中，不同單一侵蝕的貢獻率是不同的，例如根據馬玉鳳等人分析[41]，內蒙古十大孔兌區的叭爾洞溝中游河谷段，2010年風蝕與水蝕對侵蝕的貢獻比率為1.8∶1。而根據楊會民等介紹[15]，有人研究表明，風蝕貢獻率則相對較小，在1%～20%之間。也有人通過對黃河流域多沙粗沙區的產沙規律研究認為，非水力侵蝕扮演著重要的角色[42,43]，如景可等[44]的計算表明，在多沙粗沙區河流粒徑＞0.05 mm的懸移質泥沙中，有38%是由風成沙和基巖風化物提供；許炯心[45]研究發現我國沿黃流域含沙水流中，粒徑＞0.05 mm的粗顆粒泥沙有10%～30%來自基巖風化物與風成沙。李秋艷等[46]認為整個黃土高原水蝕風蝕交錯區，因風力作用產生的輸沙量接近流域總輸沙量的10%～20%，風沙入河量占粗泥沙年輸沙量的25%。之所以有如此大的差異，與研究區域的復合侵蝕環境有很大關系，例如對于穿過風沙區和黃土丘陵溝壑區的流域，既有活躍的風沙活動又有強烈的黃土水蝕，風蝕貢獻最大。同時，與評價標準和方法的不一致也有關。

總之，復合侵蝕過程中各單一侵蝕間具有交互效應，這既增加了土壤侵蝕量，也使復合侵蝕發生、發展的機理更為復雜。

1.3 復合侵蝕研究方法

復合侵蝕研究最大的難點之一是從總侵蝕量中分離各動力作用的貢獻量。目前對水蝕與風蝕研究的理論基礎大都是流體力學，然而，由于風蝕和水蝕物質運移的方向性與維度不同，通常是作為兩個獨立的過程分別測量[47]。水蝕有明顯的邊界，可以通過測量流域出口的徑流泥沙得到，而風蝕沒有明顯的邊界，只能通過跟蹤土壤表面的變化或分析微粒來測量風蝕通量[48-49]。目前，分析風蝕產沙常用的方法有直接估算法、輸沙平衡法、粒度分析法、模型法、同位素示蹤法等[50]。其中，前三種方法是通過調查觀測或試驗，利用風力、地面條件觀測、取樣以及調查資料計算風蝕量，但是很難反映風蝕與水蝕之間的交互作用[51]。同位素示蹤法是通過對放射性核素137Cs、7Be的分析，確定沉積物通量的空間變化，在水蝕、風蝕測量方面表現出了一定的優越性[52-56]。但是，風蝕對水蝕的影響分為風積和風化兩個方面，目前的風蝕測量方法都是針對風積作用的定量觀測，而對風化作用造成的影響尚無法定量，這也增加了風水交互侵蝕的研究難度[52]。

可見，在復合侵蝕系統中，雖然影響侵蝕的動力要素屬于已知范疇，但多種驅動因子間通過下墊面、水流、風沙流、侵蝕物質等媒介發生耦合作用，其各自的貢獻率尚無法直接測量，復合侵蝕系統是一個典型的灰色系統，有其內在規律性，但仍屬未知。開展多動力復合侵蝕實體模擬試驗是揭示復合侵蝕機理的重要手段。然而，目前開展較多的是野外自然條件下的風水交錯侵蝕定位觀測試驗，對水力、風力、凍融復合侵蝕的室內實體模型試驗技術研究仍很薄弱。為辨識多動力復合侵蝕機理，基于復合侵蝕類型的時空分布規律，根據相似原理和土壤侵蝕動力學方法，融合室內風洞試驗、人工模擬降雨試驗、凍融循環試驗及高速攝影測量等技術與手段，創建基于多源數據融合的降雨-風洞-凍融多動力交替循環試驗模擬技術，是揭示水力、風力、凍融等交替侵蝕過程與作用機理的必然科技需求，也是土壤侵蝕研究方法的發展趨勢之一。

2 研究中存在的主要問題

復合侵蝕不僅其強度往往較單一侵蝕類型高，同時也是最難以治理的，因而在國內外對復合侵蝕開展了大量研究，取得了不少認識，研究方法也不斷引入一些新的技術手段。但是由于復合侵蝕具有顯著的時空分異性、多動力驅動與互饋作用的復雜性，現有一些研究成果仍有較大的分歧，同時對復合侵蝕發生、發展的動力學機理還缺乏認識，在復合侵蝕模擬和定量評估方面的理論與方法研究還非常薄弱，尤其是缺乏揭示多動力驅動關系的有效試驗關鍵技術。為此，對以下不足問題需要引起更多的關注。

1）未將復合侵蝕中多動力交互關系作為一個完整的動力系統進行研究。對復合侵蝕的研究多從物理概念探討每種侵蝕動力的作用及其對其他類型侵蝕的影響，而沒有從理論上、機制上揭示復合侵蝕的多動力系統的驅動及互饋關系。同時，對復合侵蝕類型的研究也多限于以風水兩相為主，而對三相或多相侵蝕的交替過程與機理研究涉及較少，更缺乏對多相侵蝕的驅動機制的認識。將復合侵蝕多動力作為一個力學系統進行定量研究，有助于從機理上認識高侵蝕產沙過程形成的動力調控機制。

2）復合侵蝕過程與環境因子間的時空變異關系尚不夠清晰。多動力侵蝕過程在時間上交替、在空間上疊加，加劇了侵蝕程度。復合侵蝕與環境因子之間是一個互相影響、互相作用的復雜體系，復合侵蝕環境下多動力在空間上如何分布、在時間上如何分配，以及在不同季節如何傳遞與轉化等問題的研究是非常不夠的。辨識各動力因子交替作用的時空分異規律，明晰二者之間的時空響應關系，是揭示復合侵蝕時空分布、能量傳遞、物源供給耦合關系的基礎。

3）定量辨識復合侵蝕過程中各驅動因子的貢獻率仍是亟待解決的關鍵問題。在復合侵蝕系統中多動力存在復雜的耦合關系，各動力因子間物源供給如何耦合、各驅動因子對產沙的貢獻率的定量評估指標體系及其評估方法的研究均明顯不足?？茖W定量辨識各動力因子在總侵蝕量中的貢獻比率，是研究多相侵蝕交互作用及評估復合侵蝕程度的核心內容。

4）對復合侵蝕過程中多動力因子耦合、疊加關系的定量研究不夠。復合侵蝕不是多種單一侵蝕過程的簡單相加，而是一個通過下墊面、水流、風沙流、侵蝕物質等媒介發生耦合的復雜體系，系統的多因子疊加關系及其侵蝕效應，在整個風蝕、水蝕、凍融過程中如何演變與累加，侵蝕力在交錯季節如何互饋與疊加等需要深入研究，這是研究復合侵蝕機制的重要理論問題。

3 展望

復合侵蝕會嚴重導致生態退化，同時其發生地區也往往是生態環境脆弱區，因此開展復合侵蝕規律與治理技術研究，彌補現有研究的不足，既是水土保持與生態學等相關學科發展的科學需求，更是國家生態文明建設戰略實施的重大需求。今后的研究中，復合侵蝕發生發展的動力學機理揭示與多動力分解的模擬理論與方法將成為重點研究方向。為此需要通過進一步明確多動力交互作用下的復合侵蝕模式，闡明植被格局對復合侵蝕的反饋機制，揭示多動力脅迫下生態系統退化與復合侵蝕耦合機理，建立系統的多動力復合侵蝕與侵蝕產沙耦合關系辨識方法，突破復合侵蝕模擬理論與技術，由此推動復合侵蝕研究由定性向定量、由過程向機理方向的發展，并必將大大豐富土壤侵蝕動力學、生態學等相關學科的研究內容。為此，需要加強以下問題的研究。

1）創建基于多源數據融合的降雨-風洞-凍融等多動力交替循環模擬試驗技術。結合野外徑流小區定位觀測，融合水力模擬、風力模擬、凍融模擬等技術與方法，創建水力、風力、凍融復合侵蝕實體模型控制試驗的相似理論與技術，并形成完整的多動力復合侵蝕實體模型相似模擬技術體系，是今后研究復合侵蝕機理的主要方向。

2）復合侵蝕系統中各驅動因子作用過程的定量剝離。復合侵蝕研究最大的難點在于從侵蝕系統中剝離各動力作用的子過程。例如在砒砂巖區，風蝕、凍融為水蝕提供了物質來源，水蝕又為風蝕、凍融提供了易蝕的邊界條件，但侵蝕物質的產生、搬運不是均勻發生的，而是一種“存貯-釋放”的復雜過程。通過多源數據融合及多動力侵蝕過程模擬試驗的技術手段，對這一復雜過程進行抽象、概化，離解出各驅動因子作用子過程，是未來研究中要解決的核心科學問題。

3）多動力不同耦合狀態下產沙過程的揭示及量化。復合侵蝕不是多種侵蝕過程的簡單相加，而是一個相互耦合的復雜體系，其耦合效應表現為：①通過下墊面特征的改變而產生耦合作用；②通過形成高含沙水（風）流產生耦合作用。如何通過量化下墊面、水流、侵蝕物質等媒介的變化，辨識復雜的多動力因子耦合產沙過程，是未來該領域要解決的重點和難點問題。

對這些問題的研究將有效提升中國生態脆弱區生態環境恢復重建理論水平，推動脆弱生態恢復重建理論與技術上的進步，并為實現中國到2030年全面遏制生態系統惡化趨勢的既定戰略目標做出直接的貢獻。

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Research progress and prospects of complex soil erosion

Zhang Pan1,2, Yao Wenyi1※, Liu Guobin2, Xiao Peiqing1

(1.,,450003,; 2.,,712100,)

Complex soil erosion is an erosion phenomenon that occurs under the interaction or coupling of two or more erosive forces, and is one of the most difficult ecological problems to be managed. In recent years, remarkable progress has been made in the mechanism of complex erosion, the effect of complex erosion on soil degradation, and the simulation technology of multi-dynamic erosion interaction. Based on previous research, this paper systematically summarizes the research progress of the types and characteristics, mechanism and research methods of complex erosion. The main problems in the research are analyzed, and some key scientific problems to be solved in the future research on the law of complex erosion and the method of simulation test are put forward. Due to the obvious spatiotemporal heterogeneity and the complexity driven by multi dynamics in complex erosion, the existing research results are still quite different, and the dynamic mechanism of the occurrence and development of complex erosion is still unknown. The research on theory and method of complex erosion simulation and quantitative assessment is still very weak. In particular, there is a lack of effective test key technology to reveal the multi power driving relationship. At present, the problems in the study of complex erosion mainly include: 1) The multi-dynamic interaction relationship in complex erosion is not studied as a complete dynamic system; 2) The spatial-temporal variation relationship between complex erosion process and environmental factors is not clear enough; 3) It is still a key problem to quantitatively identify the contribution rate of each driving factor in the process of complex erosion; 4) The quantitative research on the coupling and superposition of multi dynamic factors in the process of complex erosion is not enough. In the future, the dynamic mechanism of the occurrence and development of complex erosion and the simulation of multi dynamic decomposition will become the key research direction. Therefore, it is necessary to clarify the complex erosion model under multi dynamic interaction, clarify the feedback mechanism of vegetation pattern on complex erosion, reveal the coupling mechanism of ecosystem degradation and complex erosion under multi dynamic stress, establish the identification method of the coupling relationship between multi dynamic complex erosion and sediment yield, and break through the theory and technology of complex erosion simulation. This will promote the development of complex erosion research from qualitative to quantitative, from process to mechanism, and will greatly enrich the research content of soil erosion dynamics, ecology and other related disciplines. We should focus on the following research directions: the simulation technology of rainfall-wind tunnel-freeze-thaw multi-dynamic alternating cycle test based on multi-source data fusion, quantitative evaluation technique and method for driving factor in compound erosion system, identification and quantification of sediment yield process under different coupling conditions of multi-dynamics in order to provide reference for related research.

soils; erosion; freezing; multi-dynamic interaction; erosion effect; driving factor; research progress

張 攀，姚文藝，劉國彬，肖培青. 土壤復合侵蝕研究進展與展望[J]. 農業工程學報，2019，35(24)：154－161. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.019 http://www.tcsae.org

Zhang Pan, Yao Wenyi, Liu Guobin, Xiao Peiqing. Research progress and prospects of complex soil erosion[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(24): 154－161. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.019 http://www.tcsae.org

2018-06-17

2019-08-18

國家重點研發計劃項目（2017YF0504501），國家自然科學基金（41877079），中國博士后科學基金（2018M630826，2019T120627），水利部黃土高原水土流失過程與控制重點實驗室開放基金（201801）

張 攀，博士，高級工程師，主要從事土壤侵蝕與泥沙運動研究。Email：zpyrcc@163.com

姚文藝，教授級高級工程師，博士，主要從事土壤侵蝕與水土保持、河流泥沙等研究。Email：wyyao@yrihr.com.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.24.019

S157.1

A

1002-6819(2019)-24-0154-08