中国水土保持科学
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中国水土保持科学
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2024年 22卷 1期
刊出日期 2024-02-29
1
曹文洪, 张晓明, 张永娥, 刘冰, 王友胜, 赵阳, 殷小琳, 韩晓
水土保持碳汇内涵与测算方法
水土保持深刻改变着地表覆被和结构、土地利用方式和陆地生态系统结构等，是增强陆地碳汇能力的重要途径。以水土保持林草、工程和耕作措施为切入点，按照"机理阐述-模型构建-分类测算"的总体思路，阐明水土保持碳汇内涵，明确了水土保持碳汇途径，构建水土保持碳汇测算方法，估算全国水土保持碳汇量。结果表明：水土保持具有垂向碳增汇、横向保土固碳（减少侵蚀土壤横向输移导致的碳流失）与减蚀减碳（避免碳排放）的多重功能。2021年，全国现存水土保持措施垂向碳增汇总量为1.54亿t，对陆域碳汇的贡献约43.5%~56.5%，其中林草措施植被和土壤碳汇量超过95%。水土保持保土固碳作用显著，2021年全国水土保持措施保土固碳总量为3 040.86万t，且具有明显的累积效应和长效作用。总体来说，2021年水土保持碳增汇（不包括水土保持林草措施植被碳汇量和土壤碳汇量）和减碳量为5 115万~6 230万t CO
2
，约占到全国现有陆地生态系统碳中和总量的4%~6%，这一部分尚未纳入国家碳汇核算体系，其应是实现"双碳"目标的重要环节。
2024 Vol. 22 (1): 1-11 [
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12
王慧钦, 吕茂奎, 姜永孟, 吴君梅, 朱洪如, 张世良, 邓翠, 谢锦升
松阔混交对侵蚀退化地土壤有机碳和微生物群落结构的影响
树种是调控森林土壤有机碳（SOC）积累的重要因子。为明确树种变化对红壤侵蚀退化地表层SOC积累的影响，采用配对实验设计，选择不同恢复年限的马尾松纯林和马尾松+木荷混交林（19和39 a）为研究对象，对比分析表层（0~10 cm）SOC质量分数的差异，并利用相关性分析与结构方程模型探讨其与凋落物特征、土壤氮素水平和微生物群落组成的关系。结果表明：1）恢复19 a的纯林和混交林SOC质量分数无显著差异，而恢复39 a混交林SOC质量分数较恢复19 a纯林、恢复19 a混交林以及恢复39 a纯林分别高39.8%、48.0%和93.6%（
P
<0.05）；2）SOC质量分数与土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮、磷脂脂肪酸总量、矿质氮和细菌呈显著或极显著正相关，与凋落物C/N和真菌细菌之比（F/B）呈显著或极显著负相关；3）结构方程模型分析表明，凋落物C/N是松阔混交后表层SOC质量分数变化的触发因子，矿质氮是微生物群落结构变化的关键因子。凋落物C/N可直接驱动SOC质量分数的变化（-0.35
*
），或通过矿质氮（-0.70
***
）诱导F/B、丛枝菌根真菌和细菌的变化起间接调控作用，以上因子共解释SOC质量分数变异的86.8%。综上，松阔混交促进侵蚀退化地SOC的积累，且其有效性随恢复年限增强。这个过程主要通过提升凋落物质量、增加微生物养分来源和土壤氮有效性、改变微生物群落结构完成。在我国实施"双碳"战略的背景下，多树种混交对红壤区退化马尾松林SOC提升具有重要意义。
2024 Vol. 22 (1): 12-20 [
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21
赵阳, 张永娥, 王昭艳, 张国军, 辛艳, 刘冰, 魏小燕
水土保持生态建设下的黄土高原典型流域水沙响应
为探讨黄土高原多沙粗沙区流域水沙关系演变特征及其对水土流失治理的响应，以黄河中游无定河流域为研究对象，综合采用水沙关系曲线、数理统计等多种方法，系统分析1956-2019年间无定河流域水沙关系多时间尺度演变特征及其与水土流失治理的协同响应。研究结果表明：1）研究时段内，无定河流域年径流及年输沙量呈锐减趋势（
P
<0.05），且均在1970年左右发生减少突变；2）流域水沙关系在年际和场次洪水尺度上均发生深刻变化。2010年以后，暴雨频发导致流域内侵蚀物源头供应明显增加，流域河道泥沙输送能力小幅提高；3）水土保持措施实施对流域水沙锐减影响较大。2000年前后在相似降雨条件下，单位降雨量径流量和单位降雨量输沙量较20世纪70年代减少47%和62%。水土保持措施面积增加与流域径流输沙减少呈现较好的一致性，流域水土流失治理在提高黄河多沙粗沙区流域下垫面抗侵蚀能力等方面发挥重要作用。研究结果可为科学认知区域水土流失治理成效及入黄泥沙锐减成因提供参考。
2024 Vol. 22 (1): 21-26 [
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27
郭乾坤, 黄婷婷, 单志杰, 秦伟, 宁堆虎
横断山区典型流域次降水事件水沙特征分析
横断山区干热河谷高温低湿，植被稀疏，水土流失现象较为严重，是金沙江、澜沧江和怒江等大江大河泥沙的主要源区。干热河谷地区水土流失多由次强降水事件造成，因此在该区域基于次降水事件尺度开展水沙特征研究，对于评价降雨和下垫面对流域产流产沙的相对贡献、指导未来水土保持实践具有重要意义。基于金沙江一级支流龙川江流域小黄瓜园水文站1966-2018年实测水沙数据，运用Mann-Kendall方法划分基准期和变化期，并基于2期次降水事件，对比分析降雨等级相同、暴雨覆盖面积比例等级相同、降雨量和降雨空间分布相似等3种情况下，2期水沙特征及变化原因。结果表明：1）小黄瓜园1966-2018年径流量和输沙量呈现明显下降趋势，其中2008年为突变年份；2）水土保持措施主导下的下垫面变化是变化期径流输沙减少的主要原因。长期以来龙川江流域实施的水土保持工程有效地改变下垫面的情况，减流减沙效果明显。应进一步加强横断山区等地形复杂地区次降水事件尺度水沙变化研究，更好地指导水土保持优化配置与管理。
2024 Vol. 22 (1): 27-34 [
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35
耿凯利, 陈兴伟, 郑美玲, 谷梓鹏, 陈莹, 刘梅冰
闽江流域多时间尺度降雨—径流关系变化与成因
为进一步揭示闽江流域降雨-径流关系的时空变化规律，识别主要驱动因子，基于1960-2019年降雨和径流数据，应用TFPW-MK方法，按照年以及年内的汛期与非汛期、前汛期和后汛期、最大月和最小月等不同时间尺度，检测闽江上游三大支流、干流及全流域等空间尺度的降雨-径流演变趋势；结合Sen trend方法，从气候变化、土地利用和水库工程建设3方面，分析影响降雨-径流关系变化的成因。结果表明：1）闽江流域及各支流年降雨-径流均呈不显著上升，趋势变化一致；2）除支流建溪流域，闽江及其他支流非汛期降雨-径流上升趋势显著；汛期内部趋势变化分化明显，前汛期降雨-径流略减少，后汛期降雨-径流大部分显著增加；3）极端降雨-径流的变化趋势不一致，主要受大型水库工程建设的影响。基于多时间尺度的分析，更深入揭示闽江流域降水、径流的演变及气候变化与人类活动的影响，对区域水资源管理与水土保持具有重要参考价值。
2024 Vol. 22 (1): 35-41 [
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42
程清平, 任钇潼, 金韩宇
金沙江流域1961—2020年干湿日时空演变特征分析
准确地观测降水数据在揭示干湿日指数时空演变特征及影响因素等方面极其关键。金沙江流域是气候变化最为敏感的地区之一。由于风速、湿润和蒸发损等可能导致标准雨量器观测的降水量远小于实际降水量，而降水资料的准确与否直接影响金沙江流域水文过程分析和模拟研究。利用修订的Mann-Kendall、空间场显著性检验等，识别金沙江流域1961-2020年降水校正前后干湿日指数时空演变。结果表明：1）观测降水（Po）和校正降水（Pc）识别的干湿日指数值差异明显，但其空间分布近似一致；相较于Po，Pc识别的干湿日指数趋势在金沙江上段主要表现为减少，中下段主要表现为增加，雅砻段则表现为干日指数减少，而湿日指数增加。2）空间场显著性检验结果表明，Po和Pc识别的干湿日指数显著变化趋势主要由气候系统内部变率引起，仅Po和Pc识别的平均干日事件持续时间趋于显著增长的站点比例存在明显差异。这表明该流域干湿日指数变化趋势主要由气候变化主导，因而对气候变化十分敏感。综上，Po和Pc识别的金沙江流域干湿日指数存在明显的空间差异。因此，为准确在该流域进行水文研究和模拟，应考虑矫正降水资料的应用；同时极端干湿日的变化可能对金沙江流域农业生产和生态系统造成极其严重的威胁，应引起足够重视；基于Po和Pc识别的干湿日演变特征的相关研究，能为该流域滑坡、泥石流的预防，水资源安全规划与水土保持工作部署等，提供一定理论参考。
2024 Vol. 22 (1): 42-51 [
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52
程金花, 沈子雅
重庆四面山不同林分土壤抗蚀抗冲特征
为探讨重庆四面山地区不同林分土壤抗蚀抗冲特征，采用水浸试验和冲刷试验，计算土壤抗蚀指数与抗冲系数，对四面山4种林分类型（针叶林、阔叶林、针阔混交林和楠竹林），共9个不同植物组成的林地土壤抗蚀抗冲特征进行研究。结果表明：1）阔叶林的抗蚀指数最大，楠竹林抗蚀指数最小，随着土壤深度的增加，土壤抗蚀性能减弱，天然针阔混交林土壤抗蚀指数上下层差异最大（1.92倍）。2）二次多项式函数能高度拟合不同林分土壤抗蚀指数与水浸时间的关系（
R
2
>0.95），随着水浸时间的增加，不同林分土壤抗蚀性能下降。3）土层越深，土壤抗冲系数越大，抗冲性能越强，坡面上层土壤抗冲系数为下层的1.05~5.79倍。阔叶林的抗冲性优于其他林分。4） ≤ 1和>1~3 mm根径的根系总根长与根长密度与土壤抗蚀指数显著正相关（
P
<0.05），与土壤抗冲性呈显著负相关（
P
<0.05）。土壤抗蚀性和抗冲系数与总根质量、根质量密度呈显著负相关（
P
<0.05）。研究结果可为重庆四面山水土保持措施布设、选择合理的植被恢复模式及配置方式提供理论依据。
2024 Vol. 22 (1): 52-62 [
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张玉斌, 景泉, 崔金虎, 陈贵娟, 赵雪来, 侯利园
富钼专用保水剂对东北典型土壤保墒性能及大豆幼苗生长的影响
在东北集约化种植体系中，苗期水肥供应强度直接影响作物生长状况，并最终导致产量变异。富钼大豆专用保水剂是基于高分子材料合成与钼肥技术的耦合。针对东北2种典型土壤类型开展温室盆栽试验，通过二因子五水平的试验设计，研究土壤类型、保水剂类型及施用量对大豆苗期土壤水分利用效率及幼苗生长的影响。结果表明：1）施用不同剂量普通保水剂（H 2020）和富钼专用保水剂（GH 2021）均可在不同程度上提高土壤保水性能，并促进苗期大豆生长及地上部植株干质量；2）土壤含水率和大豆幼苗株高均随用量的增大而增加，且用量为0.5%的GH 2021显著促进大豆幼苗的生长，在黑土和风沙土条件下增幅分别可达68.0%和44.9%；3）0.5%剂量的GH 2021使风沙土土壤含水率提高343.1%，相较于施用H 2020保水性能提升33.6%；4）与H 2020相比，施用量为0.5%的GH 2021使风沙土条件下苗期大豆株高和地上部干质量分别提高16.3%和34.0%。综上，富钼专用保水剂在东北大豆种植区最佳应用范围为：2种土壤条件下，保水剂理论田间推荐用量为0.5%，其对风沙土的保墒性能优于黑土。该保水剂可用于提升干旱区土壤保水性能，改善苗期大豆生长环境和营养状况，最大限度激发东北大豆的增产潜力。
2024 Vol. 22 (1): 63-69 [
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70
焦雨萌, 曹建军, 陈洁, 王海茹, 李育梅
2007—2020年黄河流域农业灌溉用水效率——基于3阶段DEA模型和Malmquist指数
为使黄河流域农业灌溉水资源得到合理利用，采用3阶段DEA模型和Malmquist指数方法，分析2007-2020年黄河流域各省区在剔除外部环境影响因素下的实际农业灌溉用水效率。结果表明：1）黄河流域农业灌溉用水效率低下主要受制于经济水平和水资源禀赋，尽管政府的重视对其效率具有一定的促进作用，但效果不显著。2）在消除外部影响因素后，2007-2020年黄河流域灌溉用水的纯技术效率平均值被低估（0.931），综合技术效率平均值（0.733）和规模效率平均值（0.792）被高估。在省域尺度上，除河南省农业灌溉用水效率位于有效前沿面外，其余省区的农业灌溉用水投入均未得到有效利用。3）通过Malmquist指数分析发现，2007-2020年黄河流域农业灌溉用水效率整体呈波动上升趋势，平均增长率为10.3%。其中，技术进步变化>1，规模效率变化与Mamquist指数变化趋势相似。综上，黄河流域应在灌溉技术水平较高的基础上高度重视农业灌溉用水中规模效率的潜力，以进一步提升灌溉用水效率。
2024 Vol. 22 (1): 70-76 [
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刘烜沃, 白浪, 王云琦, 冯印成, 刘双楠, 孟祥江, 师贺雄
缙云山针阔混交林水热通量特征及其影响因子
基于涡度相关技术，对重庆市缙云山观测站内的针阔混交林生态系统的净辐射（
R
n
）、显热通量（
H
）、潜热通量（
L
E
）、土壤热通量（
G
）等进行处理，分析研究区水热通量及各环境因子的变化过程，明确水热通量变化的外在驱动因子，为森林经营及林业可持续发展提供科学依据。结果表明：1）该生态系统能量闭合缺失为0.26。2）各水热通量在日变化上呈现单峰变化趋势，在季节变化上呈现出夏季最大（日均值124.66 W/m
2
），冬季最小（日均值31.68 W/m
2
）；空气温度（
T
a
）、饱和水气压差（
V
PD
）呈现多峰变化趋势；降水集中于一年的4、7、8，9和10月；叶面积指数（
L
AI
）在生长季（4-10月）呈现单峰变化。3）非雾天情况下显热通量（
H
）显著大于雾天情况，冠层导度（
G
s
）表现出多维度的复杂特征。缙云山针阔混交林能量循环损失较小，数据可靠；太阳高度角变化引起的净辐射变化是水热通量变化的主导因素；降水量（
P
r
）的不规则分布及
L
AI
的变化导致
T
a
和
V
PD
多峰变化；雾气对土壤热量的导向会造成显热通量下降；较高的空气温度导致了大气与下垫面之间湍流形式的热流显著增加而使显热通量上涨。一般情况下，
H
主要受到
R
n
的影响，且分别受到
V
PD
和土壤温度（
T
soil
）的次要影响（雾天环境）以及
V
PD
和风速
W
S
的次要影响（非雾天环境）。
R
n
、
G
s
、
T
a
、
V
PD
均对
L
E
产生显著影响，未发现研究区
P
r
和
T
soil
与
L
E
存在显著关系。
G
s
受多种因素（
R
n
、
V
PD
、
T
a
、
V
WC
、
P
等）综合影响。
2024 Vol. 22 (1): 77-85 [
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86
杨晓虎, 宁鹏, 高润梅, 张雨晴, 赵润泽
中条山中段生态公益林典型森林群落天然更新特征及其影响因素
明确森林更新特征及其影响因素，对提高森林涵养水源与水土保持效能有重要意义。中条山林区水土大量流失，植被退化严重。选取中条山中段7种典型森林群落为研究对象，从树种组成、数量特征和空间分布格局方面综合分析林下更新特征，并探究影响林下天然更新的关键因子。结果表明：1）7种群落更新树种组成差异显著（
P
<0.05），辽东栎为更新优势种，华山松次之。辽东栎林除外，各群落林下更新不良，更新密度最低仅为38株/hm
2
。林下更新在2 m×2 m尺度上总体呈聚集分布，聚集强度指数最高3.36。2）枯落物与土壤厚度是影响幼苗更新的关键因子，其他因子只在特定林分发挥显著作用。山杨辽东栎混交林中，幼苗密度与枯落物厚度显著正相关（
P
<0.05），枯落物厚度2.7~3.7 cm时，幼苗密度较大（200~450株/hm
2
）；油松辽东栎混交林中，幼苗密度与土壤厚度显著正相关（
P
<0.05），土壤厚度15~24 cm时，幼苗密度较大（250~675株/hm
2
）。3）同一林分内，幼树对林分密度变化的响应更敏感。后续森林经营中可通过清理枯落物、林窗补植，加快演替进程。研究结果可为该区植被的合理经营管理提供理论支持。
2024 Vol. 22 (1): 86-94 [
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刘字呈, 陈国坤, 温庆可, 易玲, 赵晶晶
基于多特征组合优选与随机森林算法的石漠化信息提取——以云南省昭通市为例
石漠化是我国西南地区最主要的地质生态灾害之一，其引发的土地资源丧失、生态系统退化、干旱缺水等问题严重威胁着地区的生态安全、粮食安全和不发生规模性返贫。因此精确提取石漠化信息对区域经济社会持续发展至关重要。针对当前石漠化信息提取中存在的时相单一、时效性差、区域尺度提取结果精度低等问题，以云南省昭通市为例，提出一种多特征组合优选的分类方法。在优选样本和特征的基础上，利用Sentinel-2影像和DEM数据提取光谱、指数、植被覆盖度、基岩裸露率、纹理、地形等多特征，构建5种分类方案，并采用随机森林分类算法完成提取。结果表明：2020年昭通市石漠化土地面积为2 820 km
2
，占全市土地利用/覆被面积的11.11%，分类结果与实地调查区域一致性较好；利用Jeffries-Matusita distance（JM距离）得到的特征优选方案总体精度为88.0%，Kappa系数为0.85，石漠化土地生产者精度和用户精度分别达到91.2%和83.8%。本研究提出的方法能够较为准确地获取区域尺度石漠化空间分布信息，可为相关部门开展石漠化防治与监测工作提供参考。
2024 Vol. 22 (1): 95-105 [
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106
杨润丁, 杨冬民
基于LMDI模型的湖北省农业水足迹时空分布与驱动力研究
结合水足迹理论和传统农业用水核算方法，分析2005-2020年湖北省各市州农业水足迹时空演变特征，并利用LMDI模型对农业水足迹变化量进行驱动力因素分解。结果表明：1）湖北省农业水足迹呈现先上升再下降的波动趋势；湖北省各市州农业水足迹存在明显的时空分布差异，这是自然因素和经济因素共同作用的结果。2）各驱动力对湖北省农业水足迹变化的影响程度为经济效应>技术效应>人口效应，经济效应对农业水足迹变化量的贡献值，达53.72%，技术效应和人口效应的贡献值分别为32.86%和13.42%；其中，经济效应对农业水足迹起正向驱动作用，技术效应和人口效应对农业水足迹起到反向驱动的作用。研究结论拓展了长江流域农业水足迹及驱动力分析，同时对于提高农业可持续发展、增加农业用水效率有指导意义。
2024 Vol. 22 (1): 106-113 [
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114
窦晓慧, 许婷婷, 董智, 先露露, 王艺颖, 李红丽, 杨子晋
印度梨形孢—紫花苜蓿共生体幼苗对镉胁迫生理特性的响应
为探明印度梨形孢-紫花苜蓿共生体幼苗在镉（Cd）胁迫下生长、生理指标的变化及其对Cd的积累效应，通过水培实验，研究不同质量浓度镉胁迫下（0、5、10、30、50和100 mg/L）印度梨形孢（
Piriformospora indica
）对紫花苜蓿（
Medicago sativa
L）幼苗生理特性以及Cd富集和转移的影响。结果表明：1）Cd对紫花苜蓿生长具有"低促高抑"的效应，并且这种效应不受印度梨形孢的影响。在中高质量浓度Cd 胁迫下，接种印度梨形孢帮助紫花苜蓿幼苗提高生物量，减少黄叶数，明显改善其生长状况。2）不同质量浓度Cd胁迫下，接种印度梨形孢紫花苜蓿幼苗抗性生理指标显著提升，如可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量以及抗氧化酶活性，且丙二醛含量显著降低。3）接种印度梨形孢增加紫花苜蓿幼苗的生物富集系数，Cd质量浓度为5 mg/L时，生物富集系数较不接种增加86.36%；接种印度梨形孢还能降低Cd在紫花苜蓿幼苗体内的转移系数，Cd质量浓度为10 mg/L时，转移系数较不接种降低68.7%。研究表明印度梨形孢-紫花苜蓿共生体幼苗表现出很强的Cd耐受能力，在Cd胁迫下生长状况和毒性损伤得到明显改善，同时共生体幼苗对Cd具有更好的吸收能力，并且主要积累在根部，抑制Cd上移。结论可为微生物-植物抗逆性研究及其对重金属Cd水土污染的修复提供理论依据，对进一步加强加速水土保持生态修复具有重要意义。
2024 Vol. 22 (1): 114-121 [
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曹怡立, 吕刚, 张学利, 安宇宁, 刘亚萍, 马骏, 卢志朋, 郎明翰
不同土地利用方式土壤的钾素形态及有效性——以科尔沁沙地南缘为例
分析不同土地利用方式对土壤各形态钾素含量和有效性的影响，能优化土地利用，并对科尔沁沙地土壤肥力的提升具有重要意义。通过化学分析方法测试土壤的各形态钾素含量，计算非交换性钾转换量、非交换性钾转换率，结果表明：研究区土壤整体钾素质量分数为16.41~20.75 g/kg，但有效钾素质量分数仅占0.76%~2.62%，严重缺乏有效钾素，需要根据作物进行定期施肥。不同土地利用方式使土壤钾库储备显著提升（
P
<0.05），有效性增强，各形态钾素的有效部分比例提高0.46%~1.86%，质量分数呈现表聚特征，但受研究区土壤质地影响无层化特征。长期稳定的土地利用使土壤的非交换性钾转换量平均提高23 mg/kg，有效钾素间具有显著正相关性，促进各形态钾素间的平衡转化。土壤钾素肥力评价排序为阔叶林>旱田>针阔混交林>水田>针叶林>灌木>天然草地。在不添加钾素的情况下，营造阔叶林或针阔混交林是较好地维护提升风沙土钾素肥力水平的利用方式。
2024 Vol. 22 (1): 122-130 [
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131
田培, 毛梦培, 潘成忠
植被调控水土流失机制研究进展及展望
植被是调控水土流失的关键因子。从植被与水土流失关系的研究方法、植被调控土壤侵蚀的表征指标、植被不同部分（冠层、根系、枯落物）对土壤侵蚀的作用机制、植被对侵蚀泥沙分选性的影响机制、植被与其他因子交互作用的土壤侵蚀效应等5方面对植被调控水土流失机制的研究成果进行综述，并提出该领域的研究展望。笔者认为：植被盖度未达稳定值时其减沙的正向效应受到挑战，且植被盖度稳定值因土壤质地、植被类型和坡度而异，其机理尚不明确；在气候变化背景下，需要加强极端暴雨条件下植被根系促进浅层滑坡的机理研究；植被枯落物混入土壤后对土壤可蚀性的影响机理及其季节性变化机制有待进一步明晰；需加强植被覆盖下坡面径流水动力学特征及其对侵蚀泥沙颗粒分选性的影响机制研究，以及基于泥沙分选理论的林下土壤流失量化研究；植被与坡度、坡长、降雨强度等其他侵蚀因子交互作用的土壤侵蚀效应机理有待深入研究；另外，亟需研发包括植被参数、土壤参数、降雨和坡面流水动力学参数在内的植被侵蚀动力学方程，以推动土壤侵蚀物理模型的深入发展。
2024 Vol. 22 (1): 131-140 [
摘要
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