郑粉莉研究团队：浅沟和切沟侵蚀研究

土壤侵蚀是影响人类生存与发展的重要环境问题，严重制约着全球经济社会的可持续发展。土壤侵蚀不但造成土地严重退化和粮食产能下降，而且也严重影响河流安全运行与区域生态安全和粮食安全。我国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一，根据《中国水土流失与生态安全综合科学考察总结报告》，我国现有土壤侵蚀总面积356.92 万km²，占国土面积的37.2%，其中水力侵蚀面积达161.22 万km²，水土流失造成的经济损失约相当于我国GDP 总量的3.5%。土壤侵蚀导致耕地严重退化，威胁国家粮食安全；淤积江河湖库，加剧洪涝灾害；削弱生态系统调节功能，加重旱灾损失和面源污染，对我国生态安全和饮水安全构成严重威胁，制约了我国经济社会的可持续性发展以及生态文明建设。

▲ 国内外浅沟侵蚀与切沟侵蚀对比

沟蚀是一种典型的线状侵蚀特征，在我国分为浅沟侵蚀、切沟侵蚀、冲沟侵蚀、干沟侵蚀和河谷侵蚀等，在国外分为临时性沟蚀(ephemeral gully erosion)和永久性沟蚀(permanent gully erosion)等。各类沟蚀发生演变过程不但导致土地切割破碎，破坏土地资源，而且各类沟蚀过程产生的大量侵蚀物质是流域泥沙的主要来源，也是造成流域水沙关系不协调的重要根源。

浅沟侵蚀是坡耕地土壤侵蚀的主要方式之一，其发生发展不仅吞噬耕地，影响耕地数量和质量以及粮食产能，而且也是坡面输送径流泥沙与污染物运移的重要通道。切沟侵蚀，尤其是处于发育活跃期的切沟侵蚀是流域侵蚀产沙的重要来源，其发生发展过程对现代地貌发育及演化过程也具有重要的影响。因此，各类沟蚀演变过程，尤其是浅沟和切沟发生演变过程研究一直是土壤侵蚀界关注的焦点和热点。但由于浅沟和切沟发生演变过程的复杂性及其影响因素多变性等，沟蚀过程量化研究的难度较大，与片蚀和细沟侵蚀的研究相比，沟蚀过程量化研究取得的创新性研究成果较少，从而导致现有国际上成熟且可用的侵蚀预报模型中均没有包含浅沟侵蚀和切沟侵蚀。因此，深入研究浅沟和切沟侵蚀过程机理，不仅为流域侵蚀治理和高质量发展提供重要科学指导，而且也为包含沟蚀的流域侵蚀预报模型构建提供强有力的理论支持。

（郑粉莉，徐锡蒙，韩勇著. 北京：科学出版社，2023.12）一书针对流域侵蚀治理的迫切需要，聚焦浅沟和切沟侵蚀过程量化与机理揭示的土壤侵蚀前沿研究领域，基于大量的野外定位观测和控制条件的模拟试验资料，结合立体摄影测量和三维激光扫描等现代测量技术，揭示了浅沟和切沟的发生发展过程，明确了降雨、汇流、壤中流和土壤管道流等侵蚀动力和地形因子对沟蚀过程的影响，基于CCHE2D 水动力学模型模拟了浅沟集水区水动力学参数的时空分布特征，基于三维激光扫描技术明确了切沟发育过程及其不同发育阶段各主导侵蚀过程对坡面侵蚀的作用，阐明了典型流域切沟形态的空间分布特征，构建了切沟宽度、表面积和体积的转换模型等。

▲ 三条浅沟集水区在横向犁耕—径流冲刷循环中的浅沟形态对比(2014～2015 年)。来源：第2 章 基于野外原型观测的浅沟侵蚀过程研究

▲ 100 mm/h降雨强度和20°坡度试验处理下的坡面侵蚀过程。来源：第3 章 基于模拟试验的浅沟侵蚀过程研究

▲ 基于LIDAR 技术的切沟形态特征提取流程（长8m、宽3m 的试验土槽）。来源：第6 章 基于LIDAR 技术的切沟侵蚀过程试验研究

本书研究成果主要来自笔者数十年来承担的各类科研项目，包括国家自然科学基金委面上项目“典型黑土区地表径流、壤中流和土壤管道流驱动的浅沟侵蚀过程机制”(42177326)、黄河联合基金项目“水土保持措施配置对流域水沙过程的影响和作用”(U2243210)以及面上项目“黄土丘陵沟壑区切沟发育过程与形态模拟”(41271299)和“黄土丘陵区发育活跃期切沟侵蚀过程”(40871137)、国家重点基础研究发展计划（973计划）课题“不同类型区土壤侵蚀过程与机理”(2007CB407201)、国家自然科学基金重点项目“黄土高原小流域分布式水蚀预报模型研究”(40335050)、中国科学院知识创新工程重要方向项目“水蚀预报模型研究”(KZCX2-SW-422)。此外，还有徐锡蒙主持的国家自然科学基金委面上项目“黄土坡面浅沟发育过程定量表达与泥沙连续方程构建”(42277339)。

本书在以下方面取得了有创新性的研究成果：

• 阐明了划分降雨雨型对利用天然降雨估算次降雨浅沟集水区土壤侵蚀量的重要意义，并量化了不同雨型下坡上方侵蚀带的汇水汇沙对浅沟侵蚀的影响；

• 辨识了上方和侧方汇流对坡面浅沟侵蚀的贡献，明确了侧方汇流在增加浅沟集水区水文连通性和改变侧向比降和地形方面的作用，并建立了浅沟系统土壤侵蚀速率与降雨强度和汇流地形特征值的非线性方程；

• 阐明了壤中流和土壤管道流在促进浅沟沟头溯源侵蚀过程中的作用，揭示了经常被忽视的壤中流和土壤管道流在沟蚀发育过程中的重要作用；

• 验证了水动力学模型CCHE2D 在浅沟集水区水流数值模拟的适用性，并模拟了浅沟集水区水动力学参数的时空分布特征；

• 基于三维激光扫描技术研究了切沟侵蚀过程，明确了切沟发育不同阶段各主导侵蚀过程对坡面侵蚀的作用，阐明了典型流域切沟形态的空间分布特征，构建了切沟宽度、表面积和体积的转换模型。

鉴于浅沟和切沟侵蚀过程的复杂性与研究手段和技术条件限制，尤其是作者知识水平有限，本书的部分研究成果还是初步的，有些研究结论需进一步论证和深化。

本书共分七章，分别是：第1 章，沟蚀过程研究动态与研究重点；第2 章，基于野外原型观测的浅沟侵蚀过程研究；第3 章，基于模拟试验的浅沟侵蚀过程研究；第4 章，壤中流和土壤管道流对浅沟沟头溯源侵蚀过程的影响；第5 章，基于水动力学模型CCHE2D 的浅沟集水区水动力学参数时空分布数值模拟；第6 章，基于LIDAR 技术的切沟侵蚀过程试验研究；第7 章，切沟形态的空间分布特征及其体积估算模型。全书结构清晰，各章相对独立阐述一个中心问题，且章与章之间相互联系，构成了本书的结构体系。

本文摘编自《浅沟和切沟侵蚀研究》（郑粉莉，徐锡蒙，韩勇著. 北京：科学出版社，2023.12）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

责任编辑：杨帅英 张力群

本书针对流域侵蚀治理的迫切需要，聚焦浅沟和切沟侵蚀过程量化与机理研究的前沿领域，基于大量的野外定位观测和控制条件模拟试验资料，结合立体摄影测量和三维激光扫描等现代测量技术，揭示了浅沟和切沟的发生发展过程，明确了降雨、汇流、壤中流和土壤管道流等侵蚀动力和地形因子对沟蚀过程的影响，基于CCHE2D 水动力学模型模拟了浅沟集水区水动力学参数的时空分布特征，阐明了切沟发育过程及其不同发育阶段各主导侵蚀过程对坡面侵蚀的作用，明确了典型流域切沟形态的空间分布特征，构建了切沟宽度、表面积和体积的转换模型等。

本书可供从事土壤侵蚀、水土保持、地理学、土壤学、生态环境等领域的科研人员、高等院校相关专业师生以及相关领域管理人员参考。

（本文编辑：刘四旦）

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