張風(fēng)寶, 楊明義, 張加瓊, 解迎革, 趙國平

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室, 陜西 楊凌 712100;2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 理學(xué)院, 陜西 楊凌 712100;4.陜西省林業(yè)科學(xué)院 黃土高原水土保持與生態(tài)修復(fù)國家林業(yè)局重點實驗室, 陜西 西安710082)

黃土高原土壤侵蝕嚴(yán)重，是黃河泥沙的主要源地[1]。為防治水土流失，改善生態(tài)環(huán)境，保障黃河安瀾，有關(guān)部門在該地區(qū)開展了大量的水土保持工作。其中，淤地壩既能攔截泥沙，保持水土，防洪滯洪，又能淤地造田，增產(chǎn)糧食，加快脫貧致富，是黃土高原最為重要的和具有綜合作用的溝道水土保持工程措施[2]。黃土高原由無數(shù)個小流域構(gòu)成，小流域是土壤侵蝕發(fā)生、水土流失治理及土壤侵蝕研究的基本單元。小流域侵蝕產(chǎn)沙資料是研究小流域土壤侵蝕機理，建立小流域產(chǎn)沙模型，優(yōu)化小流域水土保持措施布局和揭示侵蝕環(huán)境交化對侵蝕泥沙響應(yīng)的基礎(chǔ)。然而，在黃土高原地區(qū)僅有極少數(shù)小流域有實測泥沙資料，絕大多數(shù)小流域缺乏侵蝕泥沙資料。黃土高原廣泛分布的淤地壩保存了歷次侵蝕產(chǎn)沙事件的信息，為挖掘小流域侵蝕產(chǎn)沙資料提供了可能[3-4]。同時，沉積泥沙中賦存著大量的小流域侵蝕環(huán)境演變和侵蝕泥沙來源的信息，是研究小流域土壤侵蝕變化特征及反演侵蝕環(huán)境變化的良好載體，為小流域侵蝕產(chǎn)沙及環(huán)境變化相關(guān)資料的獲取提供了新的途徑[5-7]。自從20世紀(jì)80年代起，相關(guān)學(xué)者就開始基于淤地壩沉積泥沙信息研究黃土高原小流域的土壤侵蝕特征，近40 a來，取得了一些研究成果，也存在一些問題。本文就近幾十年來基于壩地沉積泥沙研究小流域侵蝕方面取得成果和存在問題做一簡要的綜述，以期為更深入地利用淤地壩沉積信息研究黃土高原小流域土壤侵蝕提供必要的支撐。

1 利用淤地壩沉積泥沙研究小流域土壤侵蝕的可行性

1.1 大量淤地壩提供了充足的研究樣本

黃土高原地區(qū)淤地壩數(shù)量大，分布廣，便于選擇典型的淤地壩，為大范圍利用淤地壩沉積泥沙研究小流域土壤侵蝕提供了可能。黃土高原地區(qū)淤地壩最早是自然形成的，如有“淤地壩鼻祖”之稱的黃土洼(陜西省子洲縣裴家灣鄉(xiāng)王家圪洞)是公元1569年因溝壑兩岸大山發(fā)生巨型滑坡而形成的，群眾叫“天然聚湫”，距今已有433 a的歷史[8]。有文獻可考的人工修筑淤地壩最早是在明代萬歷年間(公元1573-1619年)。在清朝、民國時期都有淤地壩建設(shè)的相關(guān)記錄。例如，陜西省清澗縣高杰鄉(xiāng)辛關(guān)村、佳縣仁家村、子洲縣岔巴溝、米脂縣馬家鋪都有近百年以前的壩地[2]。由于各方面的原因，新中國成立之前淤地壩建設(shè)整體緩慢。新中國成立后，黃土高原地區(qū)淤地壩建設(shè)得到了快速發(fā)展。大體經(jīng)歷了4個階段：20世紀(jì)50年代的試驗示范，60年代的推廣普及，70年代的快速發(fā)展建設(shè)和80年代后以骨干壩為主體，完善提高壩系建設(shè)階段，其中60-70年代是淤地壩建設(shè)高峰期[9-10]。截至2011年底，黃土高原地區(qū)建成的各類淤地壩共計56 065座，其中大型骨干壩5 487座，中小型壩50 578座。主要分布在陜西、山西、內(nèi)蒙古、河南、甘肅、寧夏、青海等7省(區(qū))，其中陜西和山西省的淤地壩占淤地壩總數(shù)的80%以上[11]。黃土高原大量分布的不同類型淤地壩為研究不同區(qū)域、不同時段及不同尺度下小流域土壤侵蝕特征及其變化提供了基礎(chǔ)保障，有非常廣泛的可選擇性。

1.2 明顯的沉積旋回是建立時間序列的基礎(chǔ)

黃土高原地區(qū)，侵蝕性降雨產(chǎn)生的洪水將侵蝕泥沙帶入淤地壩中，淤地壩相當(dāng)于小流域的沉砂池。根據(jù)水中泥沙沉降規(guī)律，沉降過程中存在顆粒分選作用，粗顆粒最先沉積，其次為粉砂，最后為黏粒。一般而言，每場洪水過程在淤地壩內(nèi)都能形成一個明顯沉積旋回層，即下粗(砂粒)上細(黏粒)，其厚度與次降雨侵蝕產(chǎn)沙量密切相關(guān)。根據(jù)眾多調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)[3，12-17]，沉積旋回泥沙在顆粒組成、顏色方面具有明顯差異，易于辨識，為區(qū)分每一次侵蝕產(chǎn)沙事件奠定了基礎(chǔ)。同時，龍翼等[12]發(fā)現(xiàn)由于沉積旋回頂部的細顆?？紫抖雀撸看?，每年末次洪水沉積層的頂部暴露在地面，春冬凍融過程擾動了原來的致密結(jié)構(gòu)，形成了多孔類似“凍豆腐”層的凍融結(jié)構(gòu)。據(jù)此可以對沉積層進行年際劃分。淤地壩沉積泥沙中明顯的沉降旋回及“凍豆腐”結(jié)構(gòu)是次降雨侵蝕事件及年際尺度的主要標(biāo)識，為利用淤地壩沉積泥沙獲取高時間分辨率小流域侵蝕產(chǎn)沙事件奠定了基礎(chǔ)。

1.3 可靠的斷代技術(shù)是建立準(zhǔn)確時間序列的保障

淤地壩沉積旋回記錄了小流域歷次侵蝕產(chǎn)沙事件，因此建立剖面沉積旋回時間序列是利用沉積泥沙研究小流域土壤侵蝕的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前主要是基于淤地壩運行歷史及當(dāng)?shù)匾恍┨厥馐录l(fā)生的時間，結(jié)合137Cs示蹤斷代技術(shù)，大雨對大沙原則，碳氮比突變以及沉積泥沙中一些特有標(biāo)識物(粉煤灰、除草劑等)標(biāo)定特定年份。地表土壤中的137Cs主要來源于20世紀(jì)50—70年代大氣核試驗產(chǎn)生的核塵，1954年首次在土壤中監(jiān)測到137Cs，1963年出現(xiàn)明顯的沉降峰值，之后137Cs沉降量逐年下降，70年代初基本沒有137Cs沉降[18]，1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站泄露事故對黃土高原是否影響還有爭議，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)存在一個小峰值[19]。137Cs隨時間的沉降特征在黃土高原淤地壩沉積旋回時間序列建立過程中已廣泛應(yīng)用[3,5,7,13-14]，保證了時間序列的準(zhǔn)確性。但因建壩年代限制，并非所有壩地沉積旋回都可用137Cs標(biāo)識作為時標(biāo)。

每一個沉積旋回都對應(yīng)著一次侵蝕性降雨事件，因此可以根據(jù)降雨時間序列和淤積層時間序列的一致性和大雨對大沙的產(chǎn)沙原則，將沉積旋回與相應(yīng)的降雨參數(shù)相對應(yīng)，建立淤地壩沉積旋回時間序列。魏霞等[20]將淤積量大的淤積層和降雨指標(biāo)(包括最大30 min降雨強度、次降雨量、次平均降雨強度、降雨侵蝕力等各項指標(biāo))較大的降雨場次相對應(yīng)，作為控制性降雨場次。在控制性層之間，按照淤積層的個數(shù)，將其中所有場次的降雨根據(jù)選定降雨指標(biāo)，按照大小篩選出相應(yīng)降雨場數(shù)，剔除明顯不產(chǎn)流產(chǎn)沙的降雨場次，再按時間先后順序與淤積的先后順序?qū)⒑Y選出的降雨和淤積層數(shù)一一對應(yīng)，建立了淤地壩沉積泥沙與侵蝕性降雨的關(guān)系。Zhao Tianyin等[14]基于降雨侵蝕力與侵蝕產(chǎn)沙的關(guān)系，同時結(jié)合137Cs時標(biāo)功能建立了壩地沉積旋回的時間序列。目前，“大雨對大沙”的原則是進行淤地壩沉積旋回時間序列建立的理論基礎(chǔ)，應(yīng)用較多[13,15,16,21-23]。

準(zhǔn)確詳細的淤地壩運行歷史也是沉積旋回時間坐標(biāo)建立的基礎(chǔ)。建壩時間、於滿時間、壩地利用時間及其他如壩體修補、有無潰壩事件等都可成為建立沉積旋回時間坐標(biāo)的主要時間點。值得一提的是耕作活動的影響。一般情況下，一旦進行耕作活動，沉積旋回的結(jié)構(gòu)就被擾動破壞，同時淤地壩開始啟動排洪設(shè)施。因此在調(diào)查過程中需要準(zhǔn)確確定壩地開始耕作的時間。另外，在實際操作過程中，一些特殊的標(biāo)記物也可成為沉積旋回斷代的主要標(biāo)識，如壩地內(nèi)首次出現(xiàn)地膜、農(nóng)藥、特定的生產(chǎn)活動產(chǎn)物等都可成為主要時間點的標(biāo)識物。如在陜北神木地區(qū)，沉積旋回泥沙中粉煤灰和重金屬含量就和當(dāng)?shù)孛旱V開采等相聯(lián)系。各種斷代技術(shù)、標(biāo)識物及小流域人類活動的相關(guān)記載，相互印證，相互補充，能夠建立比較可靠的沉積旋回時間序列，為獲取高時間分辨率的泥沙資料提供保障，是利用淤地壩沉積旋回研究小流域土壤侵蝕的基礎(chǔ)。

2 利用淤地壩沉積泥沙研究小流域土壤侵蝕特征

2.1 估算小流域土壤侵蝕強度的變化

土壤侵蝕強度是反映土壤流失的重要指標(biāo)，是土壤侵蝕學(xué)研究的核心問題，也是合理布設(shè)水土保持措施的基本科學(xué)依據(jù)。淤地壩建成后，攔截了歷次降雨侵蝕事件的泥沙，流失掉的泥沙量很少，尤其是“悶葫蘆壩”，因此，可以把淤地壩內(nèi)沉積泥沙量近似地作為淤地壩運行期間小流域侵蝕產(chǎn)沙量[24]。根據(jù)淤地壩的運行歷史及已建立的淤地壩沉積旋回時間序列，可以較準(zhǔn)確地估算出小流域侵蝕產(chǎn)沙強度隨時間的變化過程。這方面已經(jīng)有的研究報道比較多。張信寶等[3]估算出陜西省安塞縣云臺山溝小流域1960—1970年年均產(chǎn)沙模數(shù)為1.29×104t/(km2·a)。Zhao Tianyin等[14]估算出陜西省綏德縣一小流域侵蝕模數(shù)為11 970 t/(km2·a)。并發(fā)現(xiàn)侵蝕強度隨時間呈現(xiàn)明顯的階段性變化。Wei等[16]基于淤地壩沉積泥沙對比了黃土丘陵溝壑區(qū)和砒砂巖區(qū)小流域侵蝕強度變化，發(fā)現(xiàn)砒砂巖區(qū)小流域壩地年均沉積速率〔702.0 mm/(km2·a)〕高于黃土丘陵區(qū)〔171.6 mm/(km2·a)〕，并在實施退耕工程后沉積速率出現(xiàn)明顯拐點，砒砂巖地區(qū)拐點在1996年，而黃土丘陵溝壑區(qū)拐點在1991年，間接反映了北部砒砂巖區(qū)植被恢復(fù)較慢的實際情況。Zhao Guangju等[13]在基于淤地壩估算小流域土壤侵蝕強度的基礎(chǔ)上，對WATEM/SEDEM模型進行了驗證并取得滿意的預(yù)測結(jié)果。這些研究說明根據(jù)沉積剖面的時間序列和淤積量可定量分析小流域侵蝕產(chǎn)沙強度隨時間的變化特征及對侵蝕環(huán)境變化的響應(yīng)。

近10 a來，黃土高原極端暴雨事件頻發(fā)，淤地壩在防洪滯洪保障人民生命財產(chǎn)的同時，為研究極端降雨事件小流域侵蝕產(chǎn)沙特征提供了新途徑。Zhang等[17]以陜西省延長縣胡家灣淤地壩為例分析了2013年7月極端降雨事件的侵蝕產(chǎn)沙，發(fā)現(xiàn)在退耕坡面植被及梯田等對極端暴雨侵蝕的防控有限。魏艷紅等[25]對延河流域2013年7月連續(xù)暴雨下淤地壩毀壞及淤積情況進行了調(diào)查。2017年7月25—26日在陜西省子洲縣和綏德縣發(fā)生極端暴雨事件，綏德縣城幾近淹沒。中國科學(xué)院水利部水土保持研究所及黃河水利專業(yè)委員會等單位組織力量進行了災(zāi)后調(diào)查[26-27]，獲得近千余座不同類型淤地壩內(nèi)泥沙沉積的資料，積累了大量極端降雨條件下小流域侵蝕產(chǎn)沙的數(shù)據(jù)資料，這些資料無疑為研究極端降雨下黃土高原小流域侵蝕產(chǎn)沙及檢驗黃土高原水土保持措施對極端降雨災(zāi)害的防控提供了寶貴的資料。

2.2 識別小流域泥沙來源

小流域泥沙來源是研究小流域土壤侵蝕的一項重要內(nèi)容，只有"因源制宜"，才能對各種水土保持措施做出合理的布局。傳統(tǒng)測定泥沙來源的方法主要有徑流小區(qū)法[28]、普查法[29]、水文資料分析法[1]及模型模擬法[30]等。利用傳統(tǒng)方法雖然能夠獲得泥沙來源的一些資料，但自身都存在一定的局限性。淤地壩保存了來自小流域內(nèi)不同部位的泥沙樣，從壩地沉積泥沙入手，基于指紋因子法研究泥沙來源較傳統(tǒng)方法有更多優(yōu)勢，并且能夠克服傳統(tǒng)方法的不足。利用指紋因子法反推黃土高原淤地壩沉積物泥沙來源的研究，剛開始采用單因子或者兩因子識別技術(shù)，如利用土壤顆粒組成、137Cs和210Pb示蹤等[31-34]識別泥沙來源。簡單指紋識別方法盡管克服了小區(qū)法和大面積調(diào)查法的一些缺點，但其計算結(jié)果的可靠性較差，只能區(qū)分兩種或3種泥沙源地的泥沙來源。在此情況下，有關(guān)專家提出了復(fù)合指紋識別技術(shù)[35]。復(fù)合指紋識別技術(shù)就是基于小流域內(nèi)不同源地土壤理化指標(biāo)的差異，借助數(shù)理統(tǒng)計的方法找到小流域內(nèi)最佳指紋因子及其組合，結(jié)合相關(guān)模型計算不同源地泥沙的貢獻率。楊明義等[36]首先在延安市燕溝流域的一條支流上研究了次降雨過程不同時段泥沙來源的變化情況，證明復(fù)合指紋識別技術(shù)在黃土高原小流域內(nèi)的適用性。之后，Chen等[22,37]基于淤地壩沉積物，利用復(fù)合指紋技術(shù)，研究了黃土高原不同區(qū)域小流域泥沙來源的變化。Zhang等[17]研究了極端暴雨下泥沙來源的變化并與普通侵蝕事件泥沙來源進行了比較。Wang等[23]利用復(fù)合指紋示蹤技術(shù)研究了退耕前后淤地壩泥沙來源的變化，說明退耕工程對小流域泥沙來源的影響。總之，基于黃土高原淤地壩沉積泥沙，解決了泥沙來源研究的瓶頸問題，為研究小流域泥沙來源演變及對影響因子的響應(yīng)奠定了基礎(chǔ)，也為優(yōu)化小流域治理措施的合理布局提供了理論支撐。

3 壩地泥沙對小流域侵蝕環(huán)境變化的響應(yīng)

淤地壩沉積泥沙主要受到降雨條件、侵蝕類型、土地利用類型及人類活動等條件的影響，是壩控小流域侵蝕環(huán)境變化信息的載體。通過分析沉積旋回泥沙的理化性質(zhì)、沉積量、生物標(biāo)識物等，可挖掘大量的小流域侵蝕環(huán)境演變信息。

3.1 沉積泥沙化學(xué)特性對小流域環(huán)境變化的響應(yīng)

土壤中各元素的含量因土地利用類型不同而存在一定的差異，同時受到人類活動的影響，賦存有大量小流域環(huán)境變化的信息，其被侵蝕后又包含了大量對植被、降雨、分選性響應(yīng)的信息。目前，關(guān)于壩地沉積泥沙化學(xué)性質(zhì)的研究中，多數(shù)是通過分析其化學(xué)特性的剖面變化規(guī)律，探討其養(yǎng)分富集等[38-39]。近幾年來，研究者開始通過壩地泥沙化學(xué)特性的變化反推小流域侵蝕環(huán)境的演變。張風(fēng)寶等[6]通過對比分析，發(fā)現(xiàn)沉積旋回養(yǎng)分含量與溝壁土壤相接近，表明淤地壩運行期間小流域泥沙主要來源于溝壁坍塌和溝道擴展，重力侵蝕和溝蝕是主要侵蝕類型；同時，有機質(zhì)和全氮在壩地沉積旋回中呈明顯階段性變化，結(jié)合流域耕種歷史，沉積泥沙養(yǎng)分含量的階段性變化在一定程度上反映了農(nóng)村土地聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制對小流域土地利用和土壤侵蝕的影響。周瑋瑩等[40]分析了小流域土壤及沉積泥沙中的碳(C)、氮(N)、磷(P)的化學(xué)計量特征，結(jié)合泥沙量與降雨侵蝕力的階段性變化，對小流域流域侵蝕環(huán)境進行了反演。Wang等[41]基于淤地壩沉積泥沙不同團聚體中有機碳含量的變化，反推退耕工程前后小流域有機碳流失特征及對降雨特性的響應(yīng)。通過分析沉積泥沙化學(xué)性質(zhì)的變化，深入探討小流域侵蝕環(huán)境演變、養(yǎng)分流失機制等問題是未來的一個重要研究方向。

3.2 沉積泥沙物理特性對小流域環(huán)境變化的響應(yīng)

粒徑組成是土壤的主要物理特性，淤地壩沉積旋回的粒徑組成主要與降雨類型、流域表層土壤、淤積過程等因素有關(guān)。分析對比沉積泥沙粒徑的剖面變化，尤其是粗顆粒的含量，能在一定程度上反映地表徑流的強度，從而指示降雨量的變化。此類研究在湖泊沉積中較多[42]：降雨量大的年份，地表徑流發(fā)育，其剝蝕和搬運能力增強，沉積物粒徑增大；降雨量小的干旱年份，地表徑流貧乏，粗顆粒物質(zhì)難以搬運至湖泊，沉積物粒徑減小。劉鵬等[43]統(tǒng)計了黃土洼小流域1954年以來暴雨資料及沉積剖面中50～100 μm和>100 μm的粗顆粒泥沙，得出顆粒泥沙與日降雨量≥60 mm的暴雨在時間上存在較好的對應(yīng)關(guān)系。但仍舊存在粗顆粒異常值，其含量并不穩(wěn)定：即降雨量的峰值無法與粗顆粒含量的峰值相對應(yīng)[44]。由于黃土高原丘陵溝壑區(qū)強烈的泥沙侵蝕并非僅與降雨量有關(guān)，還與暴雨特性有關(guān)(暴雨初始強度、連日暴雨等)，所以“沉積泥沙中粗顆粒的含量指示降雨量”這一理論能否應(yīng)用于黃土高原小流域還有待進一步研究。因此，在后續(xù)的工作中應(yīng)該多開展一些在淤地壩沉積泥沙中粒度與環(huán)境的響應(yīng)關(guān)系研究，為小流域土壤侵蝕機理的研究開辟新思路。

3.3 沉積泥沙量對小流域環(huán)境變化的響應(yīng)

壩地內(nèi)沉積泥沙量隨時間的變化，一方面由降雨特性決定，另外一方面由小流域內(nèi)下墊面變化來決定。因此，淤地壩沉積泥沙量隨時間的的變化在一定程度上能反映出小流域內(nèi)土地利用、植被蓋度及侵蝕方式等變化。Zhao Tianyin等[14]發(fā)現(xiàn)小流域內(nèi)侵蝕產(chǎn)沙強度和侵蝕方式具有明顯的階段性變化，這種階段性變化與小流域內(nèi)水土保持工作、農(nóng)事活動強度和農(nóng)村政策的變化都明顯相對應(yīng)。相關(guān)研究對比分析了退耕前后淤地壩沉積泥沙量的變化，發(fā)現(xiàn)退耕后小流域侵蝕強度明顯低于退耕前侵蝕強度，這種侵蝕強度的變化是小流域內(nèi)植被變化的主要體現(xiàn)[15-16,23]，也間接說明了小流域侵蝕環(huán)境的變化。同時，基于淤地壩內(nèi)侵蝕泥沙的變化，利用雙累積曲線法，辨析人類活動和自然活動對于侵蝕泥沙量變化的貢獻，進而揭示小流域內(nèi)侵蝕強度變化的機制[16,23]。結(jié)合地理信息技術(shù)，將淤地壩內(nèi)沉積泥沙量的變化與小流域內(nèi)土地利用變化和植被覆蓋變化在時間上進一步耦合，不僅可識別小流域土壤侵蝕強度變化的內(nèi)在驅(qū)動機制，同時也可以為小流域土壤侵蝕模型的建立和驗證提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[13]。

3.4 沉積泥沙中生物標(biāo)志物對小流域環(huán)境演變的響應(yīng)

生物標(biāo)志物來源于生物體，能夠記載原始生物母質(zhì)相關(guān)信息，形成具有特定結(jié)構(gòu)的有機分子化合物。沉積物中的生物標(biāo)志物能提供有關(guān)生物輸入和沉積環(huán)境變化的信息，可以用來推斷小流域植被演替、生態(tài)環(huán)境的變遷等。黃土高原淤地壩建設(shè)與運行的過程正是黃土高原植被發(fā)生巨變的時期，退耕還林草及封禁過程與植被演替過程相對應(yīng)，這一時期內(nèi)不同階段淤地壩沉積泥沙中有豐富的植物變化和演替的信息。Chen 等[36, 45]提出了基于正構(gòu)烷烴的生物標(biāo)志物作為指紋因子，與土壤化學(xué)指紋因子相結(jié)合，判斷陜西省綏德縣王茂溝一小流域泥沙來源。生物標(biāo)志物作為指紋因子可克服泥沙化學(xué)性質(zhì)在沉積環(huán)境中發(fā)生變化及土壤化學(xué)性質(zhì)在不同植被條件下變化的缺點，可在一定程度上提高示蹤的準(zhǔn)確性，尤其對侵蝕環(huán)境變化劇烈的小流域。一些研究發(fā)現(xiàn)壩地沉積泥沙中的孢粉也具有指示小流域環(huán)境變化的作用[12,46]，張信寶等[46]通過比較陜北吳旗縣現(xiàn)代淤地壩沉積泥沙中和古代聚湫壩沉積泥沙中孢粉濃度和種類的差異，結(jié)合小流域內(nèi)不同土地利用類型坡面土壤中孢粉濃度和種類，試圖辨析小流域內(nèi)土地利用類型的轉(zhuǎn)化、泥沙來源變化和植被類型的演變，推斷出該地區(qū)300 a前的植被好于現(xiàn)代，溝谷地產(chǎn)沙量相對低于現(xiàn)代?，F(xiàn)代的草地相對300 a前退化非常嚴(yán)重。另外，孢粉對流域內(nèi)降雨的豐水和枯水年也有較好地指示意義[47]。孢粉示蹤技術(shù)在植被環(huán)境恢復(fù)、 沉積旋回區(qū)分和泥沙來源確定等方面具有一定的應(yīng)用潛力，后續(xù)這方面的研究還有待進一步加強，能夠解譯更多的小流域環(huán)境變化的信息。

4 存在問題及研究展望

黃土高原小流域內(nèi)廣泛分布的淤地壩不僅是治理水土流失的重要工程措施，同時也是記錄小流域侵蝕產(chǎn)沙和小流域侵蝕環(huán)境演變的重要載體，是獲取黃土高原小流域土壤侵蝕及侵蝕環(huán)境演變信息的主要途徑，在黃土高原小流域土壤侵蝕機理及小流域環(huán)境演變的研究中作用重大，為系統(tǒng)研究小流域土壤侵蝕機理提供了新途徑。近年來，這方面的研究逐漸增多，但在有關(guān)研究過程中還存在一些問題，有待進一步加強。

(1) 盡管在研究過程中采用了多種斷代手段，但淤地壩沉積旋回時間序列的建立還存在一定的不確定性和主觀性，將一些新技術(shù)如模型模擬、生物標(biāo)識等與傳統(tǒng)淤地壩斷代技術(shù)相結(jié)合，建立更為準(zhǔn)確可靠的淤地壩沉積旋回斷代技術(shù)方面的研究顯得尤為緊迫。

(2) 目前有關(guān)壩內(nèi)淤積過程和典型剖面選擇的研究比較薄弱。淤地壩內(nèi)淤積特征受降雨特性、水動力條件、小流域地形地貌特征等影響，沉積物厚度、容重、顆粒組成及化學(xué)性質(zhì)等在空間上存在很大的變異性和淤積不均衡性，導(dǎo)致典型剖面的選擇存在一定的困難。典型剖面的選擇對估算沉積量和泥沙來源都有直接的影響，因此需系統(tǒng)進行壩內(nèi)泥沙淤積過程的理論研究，明確壩地沉積泥沙容重、厚度. 顆粒組成及化學(xué)性質(zhì)等在空間分異特特征和影響因素，為典型剖面的選擇提供理論基礎(chǔ)。

(3) 黃土高原地區(qū)大多數(shù)中小型淤地壩沒有詳細設(shè)計資料，如何準(zhǔn)確估算淤地壩庫容是利用淤地壩沉積泥沙研究小流域侵蝕強度的基礎(chǔ)，也是難點。盡管目前大多研究利用建壩前地形圖來確定庫容，但因地形圖分辨率的限制，估算結(jié)果比較粗糙。將地球物探技術(shù)如高密度電阻率儀、探底雷達等利用于淤地壩庫容的確定是未來研究的一個重要方面。

(4) 淤地壩出沙系數(shù)的確定還需要進一步研究。對于有溢洪道的淤地壩，可能存在部分泥沙經(jīng)由溢洪道流出，確定合理的出沙系數(shù)對準(zhǔn)確估算小流域侵蝕強度非常重要，能夠彌補目前主要利用"悶葫蘆"壩進行研究的不足。部分研究者利用小型水庫的出沙系數(shù)來代替，但是否準(zhǔn)確還需實測資料進行驗證[13,16]。

(5) 現(xiàn)有大多研究以壩地沉積泥沙反演小流域內(nèi)侵蝕強度變化為主，對沉積泥沙內(nèi)賦存的小流域侵蝕環(huán)境演變信息(如氣候變化、人類活動強度、土地利用類型變化、植被演替、突發(fā)環(huán)境事件)挖掘不夠，因此借助一些新興技術(shù)手段，在更大尺度和范圍內(nèi)深度挖掘淤地壩內(nèi)賦存的大量有關(guān)小流域侵蝕環(huán)境演變特征及與侵蝕強度和泥沙來源響應(yīng)關(guān)系的信息應(yīng)是今后研究的重點。

(6) 在黃土高原小流域內(nèi)基于復(fù)合指紋示蹤泥沙來源的研究大多沒有考慮小流域土壤侵蝕分離、輸移和沉積過程中的泥沙的分選性，可能影響所得結(jié)果的準(zhǔn)確性。有關(guān)復(fù)合指紋示蹤泥沙來源結(jié)果準(zhǔn)確性的評估方面研究還鮮有報道，如何結(jié)合一些新的手段，加強復(fù)合指紋示蹤泥沙來源準(zhǔn)確性評估的研究需要進一步加強。

(7) 利用復(fù)合指紋技術(shù)識別淤地壩泥沙來源過程中運用的復(fù)合指紋識別模型單一。目前，基于淤地壩沉積物的復(fù)合指紋示蹤主要以多元混合模型[48]為主，而對Collins修正模型[49]、Landwehr模型[50]及基于蒙特卡洛算法[51]和貝葉斯算法[52-54]的模型應(yīng)用較少，盡管多元混合模型比較簡單，不校正或者簡單校正土壤顆粒和有機質(zhì)含量，但誤差可能相對較大。今后應(yīng)對多種模型交叉應(yīng)用，并進行模型間的對比分析。

(8) 有效技術(shù)手段和分析方法是深度解譯淤地壩沉積泥沙賦存信息的瓶頸。在研究過程中要加強和聯(lián)合運用多種技術(shù)手段和分析方法，使研究結(jié)果之間相互驗證，以彌補各方法自身的不足，增加研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。